推导变压器次级参数
1 推导副线圈匝数Ns
在能量守恒定律中η=1的情况下,原-次级间能量关系式用Vi、Vo1、Lp、Ls表示的第3个公式中,代入原-次级间电感关系
式Ls,就可推导副线圈匝数Ns:
)
另外,由原级克希霍夫电压定律第3个公式可知:Vi·Ton=Lp·Ipp,所以
)
2 η=1时的Vo1/Isp1和η≠1时的Vo/Isp的关系
当效率η变化时,磁芯形状、材料和变压器匝数不变,原、次级电感Lp、Ls也不变。比较能量守恒定律中η=1和η≠1的情
况,可得如下电压关系和电流关系:
3 由已知值求副线圈匝数Ns
由上述(6)、(7)求得的副线圈匝数Ns,是用η=1时次级输出电压Vo1和原级输入电压Vi或原级峰值电流Ipp表示的。如
果将上述Vo1用由(8)式求得的Vo来表示,则Ns可用下式表示:
在设计反激式电源变压器中,能确定变压器的三个参数:原级电感Lp、原线圈匝数Np和副线圈匝数Ns,就可以设计变压
器,然后试制,上机试验最终确认输出电压和电流、温升等。
如果有不合适的地方,就重新再调整设计。再调整设计也不是暗中摸索,而是根据理论公式来确定参数。对于初学者也可
减小再设计重新调整次数。
变压器送电调试运行
1.变压器空载投入冲击试验。变压器第一次投入时,可全压冲击合闸,冲击合闸时一般可由高压侧投入。变压器第一次受电后,持续时间应不少于10min,无异常情况。
2.变压器空载运行检查方法主要是听声音。正常时发出嗡嗡声,而异常时有以下几种情况发生:声音比较大而均匀时,可能是外加电压比较高;声音比较大而嘈杂时,可能是芯部有松动;有吱吱的放电声音,可能是芯部和套管表面有闪络;有爆裂声响,可能是芯部击穿现象。
3.变压器调试运行。经过空载冲击试验后,可在空载运行24~28h,如确认无异常便可带半负荷进行运行。经过变压器半负荷通电调试运行符合安全运行规定后,再进行满负荷调试运行。变压器满负荷调试运行48h,再次检查变压器温升、油位、渗油、冷却器运行。经过满负荷试验合格后,即可办理移交手续,方可投入运行。
3、电导----物体传导电流的本领叫做电导。在直流电路里,电导的数值就是电阻值的倒数,以字母ɡ表示,单位为欧姆。
4、电导率----又叫电导系数,也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。大小在数值上是电阻率的倒数,以字母γ表示,单位为米/欧姆*毫米平方。
5、电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差,叫做电动势或者简称电势。用字母E表示,单位为伏特。
6、自感----当闭合回路中的电流发生变化时,则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化,因此在回路中也将感应电动势,这现象称为自感现象,这种感应电动势叫自感电动势。
7、互感----如果有两只线圈互相靠近,则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时,则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化,在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。
防止外力破坏
1.合理选择配变的安装地点,安装地点尽量靠近负荷中心,将供电半径控制在0.5km范围内。同时又要尽量避免将其安装在易被雷击或者低洼积水地带。由于地处县城,路口边存在不少变压器,为了减少汽车撞击杆塔事故,沿马路边的杆塔上全部粘贴防撞条标识。
2.尽量避免在配电变压器上安装低压计量箱,因长时间运行,计量箱玻璃损坏或配变低压桩头损坏不能及时进行更换,致使因雨水等原因烧坏电能表引起配变受损。我所95%以上公用配变全部安装JP柜,对变压器安全运行起到很好保护作用。
3.不允许私自调节分接开关,以防分接开关调节不到位发生相间短路致使烧坏配电变压器。
4.在配变高低压端加装绝缘罩,防止自然灾害和外物破坏,在道路狭窄的小区和动物出入频繁的森林区加装高低压绝缘罩,防止配电变压器接线桩上掉东西使低压短路而烧毁配变。
5.定期巡视线路,砍伐线路通道,防止树枝碰在导线上引起低压短路烧坏配电变压器的事故。
变压器送电前的检查:
1 变压器试运行前应做全面检查,确认符合试运行条件时方可投入运行。
2 变压器试运行前,必须由质量监督部门检查合格。
变压器试运行前的检查内容:
1 各种交接试验单据齐全,数据符合要求。
2 变压器应清理、擦拭干净,顶盖上无遗留杂物,本体及附件无缺损,且不渗油。
3 变压器一、二次引线相位正确,绝缘良好。
4 接地线良好。
5 通风设施安装完毕,工作正常,事故排油设施完好;消防设施齐备。
6 油浸变压器油系统油门应打开,油门指示正确,油位正常。
7 油浸变压器的电压切换装置及干式变压器的分接头位置放置正常电压档位。
8 保护装置整定值符合规定要求;操作及联动试验正常。
9 干式变压器护栏安装完毕。各种标志牌挂好,门装锁。
变压器送电试运行验收:
下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。
1、 已知的参数
这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定,包括:输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出的功率Pout、效率η、开关频率fs(或周期T)、线路主开关管的耐压Vmos。
2、 计算
在反激变换器中,副边反射电压即反激电压Vf与输入电压之和不能高过主开关管的耐压,同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定:
Vf=VMos-VinDCMax-150V
反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后,就可以确定原、副边的匝比了。
Np/Ns=Vf/Vout
另外,反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态,根据在稳态下,变压器的磁平衡,可以有下式:
VinDCMin * DMax=Vf * (1-DMax)
设在最大占空比时,当开关管开通时,原边电流为Ip1,当开关管关断时,原边电流上升到Ip2。若Ip1为0,则说明变换器工作于断续模式,否则工作于连续模式。由能量守恒,我们有下式:
1/2 * (Ip1+Ip2) * DMax * VinDCMin=Pout/η
一般连续模式设计,我们令Ip2=3Ip1
这样就可以求出变换器的原边电流,由此可以得到原边电感量:
Lp= DMaxoVinDCMin/fs * ΔIp
对于连续模式,ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;对于断续模式,ΔIp=Ip2 。
可由AwAe法求出所要铁芯:
AwAe=(Lp * Ip22 * 104/Bw * K0 * Kj)1.14
在上式中, Aw为磁芯窗口面积,单位为cm2
Ae为磁芯截面积,单位为cm2
Lp为原边电感量,单位为H
Ip2为原边峰值电流,单位为A
Bw为磁芯工作磁感应强度,单位为T
K0为窗口有效使用系数,根据安规的要求和输出路数决定,一般为0.2~0.4
Kj为电流密度系数,一般取395A/cm2
根据求得的AwAe值选择合适的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯,这样磁芯的窗口有效使用系数较高,同时可以减小漏感。
有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式:
Np=Lp * Ip2 * 104/Bw * Ae
再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。有时求的匝数不是整数,这时应该调整某些参数,使原、副边的匝数合适。
为了避免磁芯饱和,我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙,计算如下:
lg=0.4π * Np2 * Ae * 10-8/Lp
在上式中,lg为气隙长度,单位为cm
Np为原边匝数,
Ae为磁芯的截面积,单位为cm2
Lp为原边电感量,单位为H
至此,单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、变压器的损耗和温升是否可以接受。同时,在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。