开发低频变压器的几点心得

工频变压器在网被大家称为低频变压器,以示与开关电源用高频变压器有区别.工频变压器在过去传统的电源中大量使用,而这些电源的稳定方式又是采用线性调节的,所以那些传统的电源又被称为线性电源.

工频变压器的原理非常简单,理论上推导出相关计算式也不复杂,所以大家形成了看法:太简单了,就那三、四个计算公式,没什么可研究的.设计时只要根据那些简单的公式,立马成功.

我认为上面的认识既有可取之处,也有值得研究的地方.可取之处:根据计算式,可以很快就计算出结果,解决了问题;值得研究的地方是:你是否了解自己设计出的产品性能?设计合理吗?设计优化过吗?经济性如何?

举个例子吧,根据功率选铁芯规格就是个很繁杂的问题,因为涉及的因素比较多.有些书推荐采用下面的半经验公式去选取:

S = K·Sqrt(P)(1)

定下S后,然后进行其它的计算.这确实是一种实用的方法,但也要认识到,这也是一种简化了的设计方法,大多数情况下存在着浪费.这种设计方法对业余爱好者来说用不着讨论(只是偶尔设计一个变压器自己用),但对企业来说,值得讨论,产品中大批量采用这种设计时,体现的是降低了经济效益.

那么,在专业的场合,比如变压器生产企业,他们是怎样的方法?

原理上,是根据导线在窗口中的占用系数去选取铁芯规格,但这样的计算很繁,而且关系不简单,比如相关计算式是:

P = 0.0222·f·B·J·Sc·Sm (2)

当电流密度由电压调整率决定时,计算式为:

P = 0.0555(f·f)(B·B)(Sc·Sc)·Sm·ΔU/(Z·Lm) (3)

这样复杂的关系,要人工拿出一个设计方案是非常头疼的,于是,专家们就根据实际情况,将这些关系结合数据编制成一系列表,设计工程师只要根据不同的设计指标查对应的表,就可以得到一组实用的数据,比如根据功率及其它指标查表,得到铁芯规格等.

这种方法带来的便利是如此之大,使得可以较快地拿出一些方案,再结合经验的积累,可以对方案做适当判断,再作出优化.即使如此,这种方法也存在着两个大的不足,一是专家们不可能作出所有的系列表,二是工程师们要拿出比较完整的设计出的产品参数,也得花费大量的时间去一一计算,一天要搞几个方案出来工程师的头肯定大了.好在现在的电脑应用普及了,专门的软件也有了,可让电脑去做呆板的计算工作,工程师只关注方案的设计和优化.

再比如,对于电流密度的选取,简单设计中一般建议为2.5A~3A/(mm·mm),但根据(3)式,小功率调整率大时,电流密度可以取的很大,能达到8~9A/(mm·mm)[参见本栏"會做低頻EI型變壓器的進來聊一聊"贴,我在那里给楼主提供了六个方案],这时的温升仍然不大,变压器可以安全工作,这种设计在保证安全的前提下,一般可以减少用铜量,在铜价很高的情况下,降低了成本;而大功率调整率受限时,电流密度有可能小于2A/(mm·mm),否则可能使得变压器温升过高烧毁变压器.需要强调说明的是,电流密度不是随便可以提高的,是和设计时的指标联系在一起计算给出的,随便提高往往导致性能恶化,甚至烧毁变压器.

也许有人认为:何必那样斤斤计较?我不这样认为,都说国外的经济增长如何如何节约能源、节约原材料,难道那不是一点一点抠出来的?开关电源的效率从何而来,不也是一点一点研究出来的吗?既然道理如此,如果真的从事工频变压器生产和设计,就必须认真做好自己的本行,搞清自己的工作相关内容.设想一下,某企业产品需要各类变压器,欲招聘一工程师从事设计,给几个实例让当场设计,甲、乙两工程师设计的结果都满足要求,但甲的成本平均比乙的低10%,你说企业会录用谁? （转自电源网）