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电源变压器在设计过程中的关键问题

  变压器设计的基本问题是磁通和电流密度。变压器的电流与容量成正比,电流密度的大小(即导线的粗细)按照导体的发热量来考虑。对于磁通,电磁学的基本关系式为u=4.44fwΦ,其中u为电压,f 为频率,在这里为50Hz,w为线圈的匝数;Φ是磁通量。由于硅钢片的磁通密度B受到材料的限制,一般仅能设计到1.4-1.8特斯拉,而 Φ=BS,所以,要增大Φ,一般只能增大铁芯的截面积。变压器的铁芯一般为三相柱式,铁芯的截面积按照上述公式可以确定,铁芯窗口的大小则要考虑把线圈放进去为原则。容量越大的变压器,导线越粗,铁芯的窗口就需要越大。

  在变压器的设计中,铜和铁的用量可以均衡考虑。因为一旦变压器的容量确定了,电流就确定了,导线的粗细也就确定了,增大匝数W,磁通Φ就可以小一些,铁芯的截面积就可以稍小一些,但是要把这些匝数绕进去,铁芯的窗口要大一些;相反,减小匝数W,磁通Φ就要大一些,铁芯的截面积要大一些,但是铁芯的窗口可以小一些。

  从上面的问题的分析可以看出,铁芯的选择与电压有关,而导线的选择与电流有关,即导线的粗细直接与发热量有关。也就是说,变压器的容量只与发热量有关。对于一个设计好的变压器,如果在散热不好环境中工作,假如为1000KVA,如果增强散热能力,则有可能工作在1250KVA。另外,变压器的标称容量还与允许的温升有关,例如,如果一台1000KVA的变压器,允许温升为100K,如果在特殊的情况下,可以允许其工作到120K,则其容量就不止 1000KVA。由此也可以看出,如果改善变压器的散热条件,则可以增大其标称容量,反过来说,对于相同容量的变频器,可以减小变压器柜的体积。

  所以在有些投标过程中,竞争对手故意标称较大的变压器容量,变压器怎么表示给用户设计裕量较大的假象,实际上是没有意义的,关键还要看变压器的体积和散热方式来区分,这一点也是非常重要的。

  变压器的设计一般只看额定容量,而不看额定功率,因为其电流只与额定容量有关。对于电压源型变频器,由于其输入功率因数接近于1,所以额定容量与额定功率几乎相等。电流源型变频器则不然,变压器怎么表示其输入侧变压器功率因数最多等于负载异步电机的功率因数,所以对于相同的负载电机,其额定容量要比电压源型变频器的变压器大一些。

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