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大功率高频开关电源变压器的优化设计

大功率高频开关电源变压器的优化设计
大功率高频开关电源变压器的优化设计

西南交通大学

硕士学位论文

大功率高频开关电源变压器的优化设计

姓名:张朋朋

申请学位级别:硕士

专业:物理电子学

指导教师:刘庆想

20090501

变压器的设计实例

摘要:详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法,以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证,效率高、干扰小,表现了优良电气特性。关键词:开关电源变压器;磁芯选择;磁感应强度;趋肤效应;中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展,开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分,更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件,对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中,真止难以把握是磁路部分设计,开关电源变压器作为磁路部分核心元件,不但需要满足上述要求,还要求它性能高,对外界干扰小。由于它复杂性,对其设计一、两次往往不容易成功,一般需要多次计算和反复试验。因此,要提高设计效果,设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 https://www.doczj.com/doc/1019242962.html,提示请看下图: 其主要技术参数如下: 电路形式半桥式; 整流形式全波整流; 工作频率 f=38kHz; 变换器输入直流电压 Ui=310V; 变换器输出直流电压 Ub=14.7V; 输出电流 Io=25A; 工作脉冲占空度 D=0.25~O.85; 转换效率η≥85%; 变压器允许温升△τ=50℃; 变换器散热方式风冷; 工作环境温度t=45℃~85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前,高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中,坡莫合金价格最高,从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应

小型变压器计算机辅助优化设计

小型变压器计算机辅助优化设计 张 利 郑文利 路 杰3 王国栋 刘相华 (东北大学 沈阳 110006) (沈阳化工学院3  沈阳 110021)摘要 采用模块编程技术,应用电磁学原理及用C 语言开发了一个基于Windows 平台 的功能较强的小型变压器(单相20kVA 以下,三相50kVA 以下)的CAD 系统,该系 统主要包括变压器的铁心选择、绕组的排列、几何参数和电磁参数的计算、总体结构 优化设计及参数化绘图等功能. 关键词: 小型变压器; 计算机辅助设计; 优化设计 分类号: TP 391.72 现代电器工业的发展要求小型变压器的设计具有更高的可靠性、快速性、灵敏性和精确性.国内各小型变压器厂尽管在单台容量和安装容量方面满足了生产实践的需要,但采用的设计方法基本上还是传统的手工设计方法,常用的方法有两种,即计算法和图解法.设计人员往往感到设计重复量大、设计效率低、精确性差.因此,我们开发了小型变压器(单相20kVA 以下,三相50kVA 以下)的计算机辅助优化设计系统,从而可以缩短设计周期,创造较好的经济效益,提高工厂的竞争能力. 1 系统结构 本系统参考了国内外有关小型变压器的设计方面的最新理论,应用计算机技术完成了1998年3月1日收稿 第12卷 第2期 1998.6沈 阳 化 工 学 院 学 报JOURNAL OF SHEN Y AN G INSTITU TE OF CHEMICAL TECHNOLO GY Vo.12 No.2J um.1998

总体功能的设计.在使用本系统时,只需输入初级电压、次级电压、次级电流、电源频率等数据,设计者便可按照计算机的提示进行变压器的铁心形式选择、绕组排列、铁心、绕组、导线等几何参数及电磁参数的计算.在此基础上,采用改进复合形法进行优化设计和采用ADS 进行参数化绘图.本系统分为8个模块,它们既相互独立,又可以通过数据文件的方式相互传递数据(如图1所示).这8个模块是: (1) 数据信息模块: 用来输入数据和保存数据. (2) 铁心参数计算: 选择铁心形式,计算铁心截面、窗口尺寸等参数. (3) 绕组计算模块: 主副绕组设计(正弦分布绕组) . 图1  软件模块 图2 设计框图 041沈 阳 化 工 学 院 学 报 1998年

大功率电源设计

《电力电子技术》课程设计说明书 大功率电源设计 院、部:电气与信息工程学院 学生姓名: 指导教师: 专业: 班级: 完成时间:2014年5月29日

摘要 主要介绍36kW 大功率高频开关电源的研制。阐述国内外开关电源的现状.分析全桥移相变换器的工作原理和软开关技术的实现。软开关能降低开关损耗,提高电路效率。给出电源系统的整体设计及主要器件的选择。试验结果表明,该装置完全满足设计要求,并成功应用于电镀生产线。 关键词:高频开关电源;全桥移相;零电压开关;软开关技术

ABSTRACT The analysis and design of 36 kW high frequency switching power supply are presented.The present state of switching power supply is explained.The operating principle of full bridge phase—shifted converter and realization of soft switching techniques are analysed.Soft switching can reduce switching loss and increase circuit s efficiency.Integer designing of power supply system and selection of main device parameters are also proposed.The experiment results demonstrate the power supply device satisfies design requirements completely.It has been applied in electric plating production line success—fully. Keywords:high frequency switching power supply;full bridge phase—shifted;zero voltage switching;soft switching tech— nlques

电力变压器铁芯柱截面的优化设计

A 题 电力变压器铁心柱截面的优化设计 电力变压器的设计中很重要的一个环节就是铁心柱的截面如何设计。我国变压器制造业通常采用全国统一的标准铁心设计图纸。根据多年的生产经验,各生产厂存在着对已有设计方案的疑问:能否改进及如何改进这些设计,才能在提高使用效果的同时降低变压器的成本。 现在以心式铁心柱为例试图进行优化设计。 电力变压器铁心柱截面在圆形的线圈筒里面。为了充分利用线圈内空间又便于生产管理,心式铁心柱截面常采用多级阶梯形结构,如图1所示。截面在圆内上下轴对称,左右也轴对称。阶梯形的每级都是由许多同种宽度的硅钢片迭起来的。由于制造工艺的要求,硅钢片的宽度一般取为5的倍数(单位:毫米)。因为在多级阶梯形和线圈之间需要加入一定的撑条来起到固定的作用,所以一般要求第一级的厚度最小为26毫米,硅钢片的宽度最小为20毫米。 铁心柱有效截面的面积,等于多级铁心柱的几何截面积(不包括油道)乘以叠片系数。而叠片系数通常与硅钢片厚度、表面的绝缘漆膜厚度、硅钢片的平整度以及压紧程度有关。设计时希望有效截面尽量大,既节省材料又减少能量损耗。显然铁心柱的级数愈多,其截面愈接近于圆形,在一定的直径下铁心柱有效截面也愈大。但这样制造也工艺复杂,一般情况下铁心柱的级数可参照表1选取。 图1 铁心柱截面示意图

表1 铁心柱截面级数的选择 问题一:当铁心柱外接圆直径为650毫米时,如何确定铁心柱截面的级数、各级宽度和厚度,才能使铁心柱的有效截面积最大。 问题二:实际生产中线圈的内筒直径和铁心柱的外接圆直径不是精确地相等,而留有一定的间隙以便于安装和维修,设计的两个直径的取值范围称为各自的公差带。因此可以在设计铁心截面时稍微增加铁心柱的外接圆的直径以使得铁心柱有更好的截面形状。请结合铁心柱截面的设计而设计出二者的公差带。 问题三:铜导线在电流流过时发热造成的功率损耗简称为铜损;铁心在磁力线通过时发热造成的功率损耗简称为铁损。为了改善铁心内部的散热,铁心柱直径为380毫米以上时须设置冷却油道。简单地说,就是在某些相邻阶梯形之间留下6毫米厚的水平空隙(如图2所示),空隙里充满油,变压器工作时油上下循环带走铁心里的热量。具体油道数可按表2选取。 油道的位置应使其分割的相邻两部分铁心柱截面积近似相等。 分别针对问题一和问题二的情况,增加油道要求再给出设计,并指出油道的位置。 油道 图2 带油道的铁心柱截面

变压器的选择与容量计算

变压器的选择与容量计算 电力变压器是供电系统中的关键设备,其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用,对变电所主接线的形式及其可靠与经济有着重要影响。所以,正确合理地选择变压器的类型、台数和容量,是主接线设计中一个主要问题。选用配电变压器时,如果 把容量选择过大,就会形成“大马拉小车”的现象。不仅增加了设备投资,而且还会使变压 器长期处于空载状态,使无功损失增加。如果变压器容量选择过小,将会使变压器长期处与 过负荷状态。易烧毁变压器。依据“小容量,密布点”的原则,配电变压器应尽量位于负荷 中心,供电半径不超过0.5千米。配电变压器的负载率在0.5?0.6之间效率最高,此时变压器的 容量称为经济容量。如果负载比较稳定,连续生产的情况可按经济容量选择变压器容量。对于仅向 排灌等动力负载供电的专用变压器,一般可按异步电动机铭牌功率的 1.2倍选 用变压器的容量。一般电动机的启动电流是额定电流的4~7倍,变压器应能承受住这种冲击, 直接启动的电动机中最大的一台的容量,一般不应超过变压器容量的30就右。应当指出的 是:排灌专用变压器一般不应接入其他负荷,以便在非排灌期及时停运,减少电能损失。对 于供电照明、农副业产品加工等综合用电变压器容量的选择,要考虑用电设备的同时功率,可按实 际可能出现的最大负荷的 1.25倍选用变压器的容量。根据农村电网用户分散、负荷 密度小、负荷季节性和间隙性强等特点,可采用调容量变压器。调容量变压器是一种可以根据负荷 大小进行无负荷调整容量的变压器,它适宜于负荷季节性变化明显的地点使用。对于 变电所或用电负荷较大的工矿企业,一般采用母子变压器供电方式,其中一台(母变压器)按 最大负荷配置,另一台(子变压器)按低负荷状态选择,就可以大大提高配电变压器利用率,降低配电变压器的空载损耗。针对农村中某些配变一年中除了少量高峰用电负荷外,长时间处于低负荷运行状态实际情况,对有条件的用户,也可采用母子变或变压器并列运行的供电方式。在负荷变化较大时,根据电能损耗最低的原则,投入不同容量的变压器。变压器的容 量是个功率单位(视在功率),用AV (伏安)或KVA(千伏安)表示。它是交流电压和交流

变压器优化设计软件开发

变压器优化设计软件开发 摘要:本软件编程语言为Visual Basic和C++,编程语言和变压器设计原理相结合。采用分层遗传算法实现变压器的优化设计,并以220kV两圈变压器为实例进行验证,改进的MLGA比单层传统GA成本节省了3.02%,比手工设计方案节约9.48%。开发了10-220kV等级变压器的优化设计软件及界面,实现变压器设计人员由手工计算向计算机软件计算转变。 关键词:Visual Basic;变压器设计原理;分层遗传算法;变压器优化设计 1 概述 变压器优化设计软 件节约设计成本,提高设计质量,缩短产品的开发周期,将人工智能技术、数据库技术应用于设计中去,快速设计其结构方案,进一步提高公司的技术水平、企业形象和在市场中的核心竞争力。研究基于知识工程的计算机集成系统对变压器制造企业在“以市场需求为中心”的激烈竞争中有着很强的应用价值,对我国变电设 备制造企业和国民经济的发展有重要的现实意义[1]。 2 分层遗传算法的原理 本软件采用改进的分层遗传算法进行优化设计,传统的遗传算法是将所有设计优化变量进行编码形成一个向量(染色体),然后由染色体组成一个种群进行进化操作;分层遗传算法的基本思想是将设计优化变量根据工程实际权重或优化先后顺序分类并进行独立编码,放置在不同的层中,每层中可以有多个种群进行并行的遗传操作,因此每个种群可以采用不同的遗传算子、不同的遗传参数,并行的设计。不失一般性,这里以三层遗传优化算法为例,简要介绍分层遗传算法原理[2]。如图1所示。 第一层GA1是控制其他模块的独立遗传算法,第二层GA2和第三层GA3分别由一系列的模块组成,每个模块对应一个子问题,每个子问题对应一个独立的GA,且同一层中的各个模块的编码相同。一个独立的GA可以用以下格式来描述: GA=(PO,PS,IS,FIT,SO,CO,MO) (1)其中PO、PS、IS、FIT,分别表初始种群、种群大小、编码长度以及适应度值,SO、CO、MO分别代表选择、交叉、变异,故分层遗传算法可以用下式描述: GAij=(POij,PSij,ISij,FITij,SOij,COij,MOij) (2) 其中下标i和j表示分层遗传算法第i层第j个模块,GAij表示用独立遗传算法求解第i层第j个模块。由于上层和下层以及同层相邻模块之间的影响,考虑上层和下层之间的影响,GAij可以表示为式(3)。 GAij={POij(GAi-1,j),PSij(GAi-1,j),ISij(GAi-1,j),FITij(GAi-1,j),SOij (GAi-1,j),COij(GAi-1,j),MOij(GAi-1,j)}(3) 如果考虑同层相邻模块的影响则GAij表示为式(4)。 GAij={POij(GAi-1,j,GAi-1,j,GAi-1,j),PSij(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1), ISij(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1),FITij(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1), SOij(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1),COij(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1), MO(GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1)}(4)

静电除尘用高压高频大功率变压器的设计

静电除尘用高压高频大功率变压器的设计 Design of High Voltage, High Frequency and High Power Transformer for Electrostatic Precipitators 浙江大学刘军,石健将,何湘宁 Email:liujun.zju@https://www.doczj.com/doc/1019242962.html,,jianjiang@https://www.doczj.com/doc/1019242962.html, 摘要:介绍了静电除尘用高压高频大功率变压器在LCC电路中工作时的设计。变压器的寄生参数—漏感和绕组电容被用作谐振元件使用,并与一个外加的串联谐振电容组成LCC谐振环。控制上采用断续电流模式,实现了功率器件的零电流开通和零电流零电压关断。仿真证明在几乎相同的输出电压下,较小的变压器绕组电容具有较小的谐振电流峰值,因此在采用了分段结构的变压器设计以减小变压器绕组电容。寄生参数的理论计算和实际测量值间的误差小于15%,因此可以用于谐振元件的优化设计来满足电路的需求。设计了具有60kV和60kW的高频变压器和相应的LCC谐振变换器,给出了实验结果。 Abstract-The design of a high voltage, high frequency and high power transformer is introduced considering its operation in the LCC resonant converter. The leakage inductance and winding capacitance of the transformer are used as the resonant elements. An additional series resonant capacitor is added to form the LCC topology. The discontinuous current mode (DCM) is adopted to achieve the ZCS turn-on and ZVZCS turn-off of the power switches. Smaller value of the winding capacitance is preferred because it has the effect of decreasing the peak value of the resonant current at almost the same output voltage. The theoretic calculation of the winding capacitance and leakage inductance of the transformer is given. The error between the theoretical calculation and practical measurement is within 15%. So optimization design of the parasitic resonant elements can be achieved to meet requirement of the circuit. A prototype of LCC resonant converter with 60kW and 60kV output is built based on the designed transformer. Experiment results are given. 关键词:变压器,高压,高频,大功率,LCC,谐振,软开关,绕组电容,漏感 Keywords:transformer, high voltage, high frequency, high power, LCC, resonant,soft switching, winding capacitance, leakage inductance 1.引言 高压高频大功率变压器广泛应用于环境保护之中,例如静电除尘用于大气的保护、污水处理实现水质的净化、等离子体处理织物用以减小染料的使用等等[1,2]。在这些应用中,高压高频大功率变压器是电源系统的关键部分,除了担负着升压、传递能量和安全隔离的重要作用之外,还直接影响到电路的运行。因此,高压高频大功率变压器的设计显得尤为重要。但高压高频大功率变压器的设计不同于传统工频大功率变压器,也不同于高压高频小功率变压器,更不同于电力电子开关电源中常规的低压高频变压器。高频、高压和大功率交织在一起,使得高压高频大功率变压器设计时必须特别考虑高压、高频和大功率工况下变压器内部的电场、磁场和热场[3]。因此,高压高频大功率变压器的设计涉及到电力电子学、物理学、材料学等交叉学科的研究。本文主要针对静电除尘用高压高频大功率变压器决定LCC谐振变换器工作特性的关键参数进行分析、研究和设计。 2.工作电路 高压变压器应用于高频场合时,寄生参数不容忽视。因为一方面当变压器高压侧绕组电容值折算到低压侧时需要乘以匝比的平方,由于匝比较大,因此得到的原边等效绕组电容较大;另一方面,为了保证高压变压器高低压绕组间的绝缘强度,两者间距离较大,电磁耦合与低压变压器情况下相比较差,导致漏感较大[4]。变压器的寄生参数对电路的工作具有较大的影响,引起输入电流的振荡、畸变,改变电路的特性,严重时电路将不能正常工作。因

简析500kV变电站所用变压器的优化设计

简析500kV变电站所用变压器的优化设计 发表时间:2016-07-01T15:15:50.023Z 来源:《电力设备》2016年第7期作者:龙晓慧罗栋梁邵贤[导读] 500kV电网系统的加强,设计和制造技术的提高及产品的不断改进。 龙晓慧罗栋梁邵贤(国核电力规划设计研究院)0引言500kV电网系统的加强,设计和制造技术的提高及产品的不断改进,所用电系统的可靠性也越来越高,通过对山东省已运行的3座500kV变电站所用电系统实际应用情况进行了调查、分析、研究,有必要对所用电系统中的所用变压器容量、台数及其一次接线方式作进一步优化设计。1所用变压器容量及台数的选择500kV变电站远景规模一般为2~4台主变压器,500kV出线4~回,220kV出线10~16回,主变压器低压侧接6~12组无功补偿装置,所用变压器容量大多在630~1000kVA之间[1-3]。安装3台所用变压器,近期安装2台所用变压器,其容量均按100%负荷考虑。所用变压器容量按下式计算[4]:S≥K1.P1+P2+P3 式中:S—所用变压器容量(kVA);K1—所用动力负荷换算系数,一般取K1=0.85;P1—所用动力负荷之和(kW);P2—所用电热负荷之和(kW);P3—所用照明负荷之和(kW)。根据变电站负荷统计及计算结果,在500kV变电站设计中,站用变压器一般选择630kVA或800kVA。由于负荷计算均按远景规模,而近期建设规模主变压器最多为2台,如淄博500kV变电站为2台主变压器;济南、潍坊500kV变电站均为1主变压器。主变压器各侧电压等级的出线回路也较少,这样所用变压器所带负荷也相对较少,如果所用变压器容量选择较大就不利于所用变压器的经济运行。从调查已运行的变电站所用电系统负荷情况与按远景规模所用负荷计算的结果相比较看,按远景规模所用负荷计算的结果要大的多, 主要原因如下: (1)真空滤油机和真空泵负荷,一般在主变压器大修时才使用。(2)主变压器冷却负荷,在计算负荷时按ODAF冷却方式,全部冷却器都运行,而实际情况主变压器负荷轻只有部分冷却器运行。(3)各电压等级配电装置断路器、隔离开关操作机构等加热负荷,由于各电压等级单元数量较少,达不到远景计算负荷。从所用变低压侧380V/220V接线方式来考虑,一般均采用单母线分段接线,一段母线上接一台工作所用变,正常运行时两台所用变分裂运行,基本上各带一半全所用电负荷。重要负荷都按双回路设计,另外随着制造厂技术水平不断提高,主变压器的可靠性越来越高,主变压器大修的可能性变的更少。鉴于上述分析的情况及所用变压器本身故障率极小,500kV变电站所用变压器我们推荐选用2所用变压器。每台所用变压器容量按全所负荷的100%考虑。若仍选用3台所用变压器,其一,考虑实际所用电负荷应用情况。其二,考虑低压侧380V/220V一般采用单母线分段接线,一段接一台工作所用变,备用所用变低压侧有两台自动开关分别接两段母线上。正常工作时两台工作所用变同时运行,分段开关断开。任一台工作所用变故障、退出或检修时可投入备用所用变;当仅有一台所用变运行时合上分段开关,此时一台所用变带全所负荷。一台所用变压器运行的可能性是非常小的,这种情况的出现只有在一台主变压器检修时才会出现上述情况,即便如此,在考虑其它负荷的同时率后,一台所用变带全所负荷也是适宜的。因此我们建议采用3台所变时,从初期到远景每台所用变压器容量都按全所负荷66.7%来选择。 2所用变压器一次接线方式对于选用2台所用变压器,初期建设只有1台主变压器时,装设1台从所外可靠电源引接的所用变压器。当第二台主变压器安装后,此外引的所用变压器从第二台主变压器低压侧引接。因为两台主变压器同时故障的可能性很小,若出现这种可能,我们从接线方式上考虑外引电源通过隔离刀闸与主变压器低压母线上引接隔离刀闸,相互切换来实现对全所供电。其接线方式如下: 这种接线方式,正常时由主变压器低压母线供电;母线或主变压器故障检修时,由外引电源来供电。母线隔离刀闸与外引电源进线隔离刀闸之间可实现电气闭锁,来保证母线或主变压器故障检修时,其低压侧不带电。当500kV变电站最终规模选用3台所用变压器时,与以往工程接线相同,即两台工所用变高压侧分别接于主变压器三次侧母线上,备用所用变压器采用外引电源。3技术经济比较从技术上来讲,选用两台所用变压器是完全可行的,正常时,两台所用变压器同时向全所负荷供电;当一台所用变压器故障、检修退出运行时,另一台所用变压器可带全所负荷。从经济上来讲,选用两台所用变压器可节省一台所用变压器约16,一台带套管电流互感器的断路器约12.5万元,另外还可适当节约占地,共计节省投资约30万元左右。4结论

电力变压器铁芯柱截面的优化设计

电力变压器铁芯柱截面的优化设计 摘要 针对变压器铁心柱截面优化设计,建立数学模型,利用动态规划法计算变压器铁心柱截面最优解,通过matlab程序实现。当直径为650毫米,叠片系数为0.98的时候,计算出级数为14级的时候有效面积最大,铁心柱截面的最大有效面积为314163.5平方毫米,面积利用率为94.72%。 运用动态规划方法计算任何铁心直径截面的最优解,既准确又快捷。利用vb进行编程,导出可执行软件。只要输入铁心柱的直径,级数,最小片宽还有叠片系数就能很快的算出铁心几何面积和有效截面积,以及各级的宽度和厚度。 而对于线圈的内筒直径和铁心柱的外接圆的公差带的设计,结合前一题的铁心柱截面的设计,对铁心柱直径的基本尺寸至500mm的,我们根据二者的最优配合,得出其上下偏差和公差,继而得到它们的公差带。对于基本尺寸500mm至3150mm的没有推荐的最优配合,综合考虑各因素的影响,可采用其常用配合,得出他们的公差带。同样利用vb进行编程,导出可执行软件,只用输入基本尺寸,然后选择公差代号和过程等级,就可上下偏差和公差。 根据铁心柱直径确定要增加的油道数,根据油道使分割相邻两边的面积近似相等,算出各个被分割的面积的大小,确定油道的位置。 关键词:动态规划最优解公差带基本尺寸有效面积 一问题的重述 电力变压器的设计中很重要的一个环节就是铁心柱的截面如何设计 为了充分利用线圈内空间又便于生产管理,心式铁心柱截面常采用多级阶梯形结构,截面在圆内上下轴对称,左右也轴对称。阶梯形的每级都是由许多同种宽度的硅钢片迭起来的。如何构造各个小矩形,使几何截面积最大?这就是电力变压器铁心柱截面积的优化问题。 为了改善铁心柱内部的散热,在某些相邻阶梯形之间留下一些水平空隙,放入冷却油。油道的位置应使其分割的各部分铁心柱截面积近似相等。因此在确定各级的设计后,还要考虑油道的设计。 问题一:当铁心柱外接圆直径为650毫米时,如何确定铁心柱截面的级数、各级宽度和厚度,才能使铁心柱的有效截面积最大。 问题二:实际生产中线圈的内筒直径和铁心柱的外接圆直径不是精确地相等,而留有一定的间隙以便于安装和维修,设计的两个直径的取值范围称为各自的公差带。因此可以在设计铁心截面时稍微增加铁心柱的外接圆的直径以使得铁心柱有更好的截面形状。请结合铁心柱截面的设计而设计出二者的公差带。 问题三:铜导线在电流流过时发热造成的功率损耗简称为铜损;铁心在磁力线通过时发热造成的功率损耗简称为铁损。为了改善铁心内部的散热,铁心柱直径为380毫米以上时须设置冷却油道。简单地说,就是在某些相邻阶梯形之间留下6毫米厚的水平空隙,空隙里充满油,变压器工作时油上下循环带走铁心里的热量。具体油道数可按表2选取。油道的位置应使其分割的相邻两部分铁心柱截

移相全桥大功率软开关电源的设计

移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里,一般要求工作电源的输出电压较低,而电流很大。电源的功率要求也比较高,一般都是几千瓦到几十千瓦。目前,如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源,输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调,满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术,同时采用了较好 的散热结构,该电源的各项指标都满足了用户的要求,现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出,高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构,整个主电路,包括:工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值,防止偏磁的。考虑到效率的问题,谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大,将会导致过高 的关断电压尖峰,这对开关管极为不利,同时也会增大关断损耗。另一方面,还会造成严重的占空比丢失,引起开关器件的电流峰值增高,使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式,控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关,滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形,可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗,另一方面又可以兼顾高频化,使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中,滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡,图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后,功率母排的温升为38℃,电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升,我们最终采用了容性功率母排,图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出,谐振基本消除,满载运行一小时后,无感功率母排的温升为11℃,电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构,使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗,输出整流二极管采用多只大电流(400A)、耐高电压(80V)的肖特基二极管并联使用。而且,每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样,每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时,次级整流二极管配上了RC吸收网络,以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗,有利于效率的提高。 对于大电流输出来说,一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件,并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方

关于大功率高频变压器的设计

关于大功率高频变压器的设计 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料,它有较高磁导率,低的矫顽力,高的电阻率。磁导率高,在一定线圈匝数时,通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压,因此,在输出一定功率要求下,可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低,磁滞面积小,则铁耗也少。高的电阻率,则涡流小,铁耗小。新晨阳电容电感铁氧体材料是复合氧化物烧结体,电阻率很高,适合高频下使用,但Bs值比较小,常使用在开关电源中。 高频变压器的设计通常采用两种方法[3]:第一种是先求出磁芯窗口面积AW 与磁芯有效截面积Ae的乘积AP(AP=AW×Ae,称磁芯面积乘积),根据AP值,查表找出所需磁性材料之编号;第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计。 注意: 1)设计中,在最大输出功率时,磁芯中的磁感应强度不应达到饱和,以免在大信号时产生失真。 2)在瞬变过程中,高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡,使损耗增加,严重时会造成开关管损坏。同时,输出绕组匝数多,层数多时,应考虑分布电容的影响,降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的,应根据不同的工作要求,保证合适的电容和电感。 单片开关电源高频变压器的设计要点 高频变压器是单片开关电源的核心部件,鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性,为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法,可供高频变压器设计人员参考。 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994~2001年,国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品,现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件,新晨阳电容电感单片开关电源中高频变压器性能的优劣,不仅对电源效率有较大的影响,而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性(EMC)。为此,一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。 高频变压器的直流损耗是由线

变压器设计

应用领域: ?逆变焊机电源 ?通讯电源 ?高频感应加热电源 ? UPS电源 ?激光电源 ?电解电镀电源 性能特点: ?高饱和磁感应强度----有效缩小变压器体积 ?高导磁率、低矫顽力-提高变压器效率、减小激磁功率、降低铜损 ?低损耗-降低变压器的温升 ?优良的温度稳定性-可在-55~130℃长期工作 铁基纳米晶铁芯与铁氧体铁芯基本磁性能对比 纳米晶铁芯铁氧体铁芯 基本参数 饱和磁感强度Bs 1.25T 0.5 剩余磁感Br(20KHz) <0.20 0.2 铁损(20KHz/0.2T)(W/Kg) <3.4 7.5 铁损(20KHz/0.5T)(W/Kg) <30 — 铁损(50KHz/0.3T)(W/Kg) <40 — 磁导率(20KHz)(Gs/Oe) >20,000 2,000 矫顽力Hc(A/m) <1.60 6 饱和磁致伸缩系数(×10-6) <2 4 电阻率(μΩ.cm) 80 106 居里温度(℃) 560 <200 铁芯叠片系数 >0.70 — 纳米晶主变铁芯一代产品 安泰非晶生产的第一代逆变主变压器铁芯,带材厚度30μm,适合20KHz条件下工作。磁芯设计最大功率=重量最小值x10

产品规格 铁芯尺寸保护盒尺寸 有效截面 积 磁路长 度 重量最小 值 建议适用焊机 电流 od(mm) id (mm) ht(mm) OD (mm) ID (mm) HT (mm) (cm2) (cm) (g)(A) ONL-503220 50 32 20 53 28 23 1.35 12.8 125 120, 140, 160 ONL-644020 64 40 20 66 37 23 1.68 16.3 200 160, 180 ONL-704020 70 40 20 73 38 24 2.16 17.3 270 180, 200 ONL-704025 70 40 25 72 37 28 2.63 17.3 330 180, 200 ONL-755025 * 75 50 25 77 47 28 2.19 19.6 310 180, 200 ONL-805020 80 50 20 82 46 23 2.1 20.4 300 160, 180, 200 ONL-805 025 80 50 25 85 44 30 2.63 20.4 390 200, 250, 300 ONL-1006020 100 60 20 105 56 23 2.8 25.1 510 315, 350, 400 ONL-1056030 105 60 30 110 56 35 5.06 25.9 945 315, 350, 400 ONL-1206030 120 60 30 125 57 35 6.3 28.3 1280 400, 500, 630 ONL-1206040 * 120 60 40 125 57 45 8.4 28.3 1710 500, 630 ONL-1207020 120 70 20 125 67 25 3.5 29.8 750 350, 400, 500 ONL-1207025 120 70 25 125 67 30 4.38 29.8 940 315, 350, 400 ONL-1207030 120 70 30 125 67 35 5.25 29.8 1130 500, 630, 800 ONL-1207040 * 120 70 40 125 67 45 7 29.8 1500 500, 630, 800, ONL-1308040 130 80 40 136 76 45 7 33 1660 500, 630, 800 ONL-17011050 * 170 110 5 0 176 104 56 10.5 43.96 3320 1000, 1250, 1600 注:可以根据用户要求提供其它规格的铁芯。 纳米晶主变铁芯二代产品 相比一代逆变主变压器铁芯,二代铁芯减小了发热量,在同等工作条件可以选择更加小型化的铁芯,满足焊机行业轻量化、小型化的发展要求。

反击式开关电源变压器设计

反激式开关电源变压器的设计 反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我算变压器的方法。 算变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入85V到265V,输出5V,2A 的电源,开关频率是100KHZ。 第一步就是选定原边感应电压VOR,这个值是由自己来设定的,这个值就决定 了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压,是这样的,这要从下面看起,慢慢的来, 这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,来分析一下一个工作周期,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压,开关开通时间,和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的I=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压,即放电电压,开关管关断时间,和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流的值会回到原来,不可能会变,所以,有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,,上升了的,等于下降了的,懂吗,好懂吧,上式中可以用D来代替TON,用1-D来代替TOOF,移项可得,D=VOR/(VOR+VS)。此即是最大占空比了。比如说我设计的这个,我选定感应电压为80V,VS为90V ,则D=80/(*80+90)=0.47 第二步,确实原边电流波形的参数. 原边电流波形有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下图所示,画的不好,但不要笑啊.这是一个梯形波横向表示时间,纵向表示电流大小,这个波形有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波形的面积再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值,这个值是这样算的,电流平均值=输出功率/效率*VS,因为输出功率乘以效率就是输入功率,然后输入功率再除以输入电压就是输入电流,这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值,尖峰值是多少呢,这个我们自己还要设定一个参数,这个参数就是KRP,所谓KRP,就是指最大脉动电流和

(完整word版)高频变压器大全

EF型高频变压器详细资料 ?EF型高频变压器 ?各种电子、电器线路的必需元件之一 ?做工优良,品质保证 ET型高频变压器详细资料 具有杂散电容小,纹波系数低,电感偏差小等特点用于彩色电视电源,液晶显示电源,电脑开关电源,电子镇流器等主要型号有:DL-ET24、DL-ET28、DL-ET28A等 EFD型高频变压器详细资料 EFD型变压器是为了适应超薄型开关电源而设计的一款高频变压器。它拥有扁型的铁氧体磁芯,它的形状能同时满足电源变压器高功率的要求和超薄体积的要求,同样也能适应开关电源在温升方面的要求,但对

PCB板的要求会提高;其它性能接近于EE型和EC型变压器。EFD变压器常用型号有EFD15,EFD20,EFD25,EFD30等. ER/EC型高频变压器详细资料 EC/ER型变压器是基本型的铁氧体磁芯,它们被广泛用于开关电源及和多种电子线路中,振荡方式有全桥,半桥,单端式,谐振式,推挽式线路等,具有优良的材料特性,适用于典型的变压器结构,EC/ER磁芯的圆柱型中心柱,使之绕线较为容易,并增大了绕组的截面积,可增大输出功率,适用于各种开关电源变压器和阻流线圈。EC型变压器的型号有EC2820,EC3542,EC4042,EC4950,EC5345,EC70等。 下表列出部分产品的外形尺寸及输出功率。 随着磁材特性和工作频率的不同,最大输出功率会有所不同,表中数据仅供参考。 测试条件1KHz/1V,耐压AC2000V,绝缘电阻:DC500V ≥200MΩ。 序号规格 外型尺寸mm 参考VA 重量 A B C f=50KHz f=100KHz 参考值g 1 EC-28 28 34 30 4 2 58 35 2 EC-35 35 46 29 100 150 78 3 EC-40 40 47 32 180 290 110 4 EC-42 42 47 41 240 380 125 5 EC-49 49 58 53 650 1000 191 以上数据仅供参考。 EI型高频变压器详细资料

24V电源变压器设计

24V电源变压器是低频变压器. 本文介绍的方法适合50Hz一千瓦以下普通交流变压器的设计. (1) 电源变压器的铁心 它一般采用硅钢片. 硅钢片越薄,功率损耗越小,效果越好.整个铁心是有许多硅钢片叠成的,每片之间要绝缘.买来的硅钢片, 表面有一层不导电的氧化膜, 有足够的绝缘能力.国产小功率变压器常用标准铁心片规格见后续文章. (2) 电源变压器的简易设计 设计一个 变压器,主要是根据电功率选择变压器铁心的截面积,计算初次级各线圈的圈数等.所谓铁心截面积S是指硅钢片中间舌的标准尺寸a和叠加起来的总厚度b的乘积.如果24V电源变压器的初级电压是U1,次级有n个组,各组电压分别是U21,U22,┅,U2n, 各组电流分别是I21,I22,┅,I2n,...计算步骤如下: 第一步,计算次级的功率P2.次级功率等于次级各组功率的和,也就是P2 =U21*I21+U22*I22+┅+U2n*I2n. 第二步, 计算变压器的功率P.算出P2后.考虑到变压器的效率是η,那么初级功率P1=P2/η,η一般在0.8~0.9之间.变压器的功率等于初,次级功率之和的一半,也就是P=(P1+P2)/2 第三步, 查铁心截面积S.根据变压器功率,由式(2.1)计算出铁心截面积S,并且从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格表中选择铁心片规格和叠厚. 第四步, 确定每伏圈数N.根据铁心截面积S和铁心的磁通密度B,由式(2.2)得到初级线圈的每伏圈数N.铁心的B值可以这样选取: 质量优良的硅钢片,取11000高斯;一般硅钢片,取10000高斯;铁片,取7000高斯.考到导线电阻的压降, 次级线圈每伏圈数N'应该比N增加5%~10%,也就是N'在1.05N~1.1N之间选取. 第五步,初次级线圈的计算.初级线圈N1=N*U1.次级线圈N21=N'*U21,N22=N'*U22 ┅,N2 =N'*U2n. 第六步, 查导线直径.根据各线圈的电流大小和选定的电流密度,由式(2.3)可以得到各组线圈的导线直径.一般24V电源变压器的电流密度可以选用3安/毫米2 第七步, 校核. 根据计算结果,算出线圈每层圈数和层数,再算出线圈的大小,看看窗口是否放得下.如果放不下,可以加大一号铁心,如果太空,可以减小一号铁心.采用国家标准GEI铁心,而且舌宽a和叠厚b的比在1:1~1:1.7之间, 线圈是放得下的.各参数的计算公式如下: ln(S)=0.498*ln(P)+0.22 ┅(2.1) ln(N)=-0.494*ln(P)-0.317*ln(B)+6.439┅(2.2) ln(D)=0.503*ln(I)-0.221┅(2.3) 变量说明: P: 变压器的功率. 单位: 瓦(W) B: 硅钢片的工作磁通密度. 单位: 高斯(Gs) S: 铁心的截面积. 单位: 平方厘米(cm2) N: 线圈的每伏圈数. 单位: 圈每伏(N/V) I: 使用电流. 单位: 安(A) D: 导线直径. 单位: 毫米(mm) (二)GEI铁心规格

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