R型铁芯变压器潜力探讨与若干问题的分析

R型铁芯变压器潜力探讨与若干问题的分析作者：佚名来源：网络点击数：6更新时间：2008-10-3010:01:16收藏此篇精彩内容到：1R型铁芯变压器目前现状R型铁芯变压器在国内发展已近20个年头，除了音响、仪表等设备利用其漏磁小、振动低、噪音小、高度矮外，并未在电源界引起多蟮南煊ΑＫ坪跗毡槿衔?⑴其尺寸重量体积并不小。⑵需要专用的绕线机。⑶与CD型铁芯变压器相比品种不够多。⑷安装不够牢靠；引出线方式不令人满意；不好端封，防潮性能难以保证。⑸最致命的缺点是合闸电流大，易烧保险丝。近年来R型铁芯变压器的价格已几乎与CD型铁芯变压器相近，但因上述原因，似乎R型铁芯变压器还是难有大的发展。本人经过一番探索认为并非如此，而是大有潜力。2R型铁芯变压器的造型优势人们都说R型铁芯变压器省铜，实际上它有一个理论值；目前CD型铁芯变压器可以说从电、磁性能和工艺方面是最好的，因而我们就选CD型铁芯变压器作为比较对象；假定铁芯截面都为1个单位，钢带厚度、涂层和占空系数均相同，如图1：R型铁芯变压器铁芯截面积：其中D为铁芯柱直径，则比较时对R型铁芯不应扬长避短，还应考虑R型铁芯截面的真圆度（见《国际电子变压器》2001.11真圆度与R型铁芯变压器有效截面的工程计算），26种（已不算少）铁芯的真圆度为0.946-0.981，那么CD型铁芯变压器铁芯截面积:S=a×b=0.707×1.414=1其中：a为CD型铁芯柱宽度b为CD型铁芯柱厚度我们再假定铁芯的窗孔均为１.２a,窗孔高度相同，都是双线包，窗孔绕满，绕组数据相同，则每一匝的平均周长就代表整个绕组长度的比例。R型铁芯变压器绕组平均周长为:=π×=π×(1.1945+0.707×0.6)=5.0827=π×=π×(1.15188+0.707×0.6)=4.94889CD型铁芯变压器绕组平均周长为:Lcdcp=2(a+b)+2π×0.3×a=2(0.707+1.414)+2π×0.3×0.707=5.573988若以CD型铁芯变压器为基数，将两者周长相比较：如此我们可认为R型铁芯变压器省铜（同时减少铜耗）理论值在10.88-11.12%之间。变压器设计要考虑许多因素，如从经济角度需考虑价格、体积、重量，从技术指标角度需考虑电压调整率、温升、效率以及各项技术指标等。而在多数情况下，我们共同考虑的是温升不要超过多少度，而温升又决定于铁损和铜损，R型铁芯为卷绕而成，没有气隙，在Pc/kg值相同，均为1W/kg的条件下，与CD型铁芯相比，磁通密度B高60%（50Hz、现有R型铁芯材质为Z8H-0.2,CD型铁芯材质为DQ151-0.35）-10%(400Hz、参考环型铁芯数据),我们暂且按10%计算；这意味着匝数又可减少近10%，或者说又可省铜近10%，或在铜损等于铁损的条件下整个变压器可节能近5%；这还意味着对体积、重量、电压调整率等一连串方面都有好处，这将是一种良性循环。如果以B值相同,均为1.7T（特拉斯）作为比较条件，Pc/kg值可减少63%（50Hz）-21%（400Hz），这意味变压器铁芯温升很低，也有助线圈散热，在400Hz的情况下，更有利于铁芯B值取高，同样也将是一种良性循环。当然有人对以上诸多好处都不感兴趣，而认为在现有情况下合闸时就易烧保险丝，怎么能再提高磁通密度B值呢？对此只能另当别论。4.1是合闸电流大的根源凡是有铁芯的元件，包括电动机、变压器，合闸时都会出现大电流，经验告诉我们电动机的启动电流会达到额定电流的5-10倍。由于铁磁性物质的磁滞效应，关断电源后铁芯中存在剩磁，参数在工作于B-H曲线单一相限的脉冲变压器或开关电源变压器设计时直接关系到增量磁通密度ΔB的取值，不可忽视；而在工频、中频、高频变压器中因为其工作于正弦波、无直流磁化都未予考虑，国内外标准对值都没有提出具体要求。鉴于电源变压器设计时需追求体积小、重量轻和经济性等综合指标，虽然CD型铁芯在1.0-1.3T以上已逐渐进入饱和,R型铁芯在较高B值进入饱和，但在50Hz的情况下其B值都已取到了1.6T-1.7T，空载时已达到1.7-1.8T，若电网波动+10%，B值已高达1.98T，此时铁芯处于极度饱和状态，磁化电流会很大。合闸瞬间由于交流电压幅值的不确定性和存在剩磁（即使不考虑电网波动），多数情况都会因为瞬间的阶跃电压迫使变压器的铁芯处于极度饱和状态（B-H曲线的斜率已趋向于0），严重时甚至超过取向硅钢磁通密度的理论值2.03T，此时只有空心电感和内阻在起作用，有数据记载此时的磁化电流将可能达到正常磁化电流的100倍。因此变压器的合闸电流当然会很大。4.2铁芯用于工频变压器弊多利少早期涉及R型铁芯变压器的设计人员一开始就发现其易烧保险丝，回过头来又觉得还是有切口的CD型铁芯变压器比较好。实际上，根据电子工业部标准103-77，在其对单相变压器铁芯尺寸精度参数规定中可以查到28种CD型铁芯端面间的间隙由小到大分为三档，分别为不得超过0.03、0.05和0.075毫米。不得超过意味着间隙越小越好，还意味着最好不切开，但迫于绕制线圈不便，切开铁芯也是不得已而为之。据1970年10月上海无线电27厂编写的《脉冲变压器设计》一书，其提供了小气隙取向硅钢铁芯数据，如表1。