请教大家如何设计"理想变压器"

bigbat

请教大家如何设计"理想变压器" [复制链接]

 

我想先讨论理想情况下的变压器（无涡流损耗、无磁饱和，无导线电阻），然后一步一步的加入约束条件来设计一个实用的变压器。目的是：了解变压器和电源的设计关系。我不是真的要做变压器哦。

1、目标是设计一款220V到15V的100VA(伐)变压器（单相）。

可以推出：变压器变比为："44/3" 那么最省材料的设计就是44:3。(抬杠的聊法)如果是非常极端,使用14又(2/3):1,通过把初级线圈不满圈的方式，即14圈3分之2圈的方式，这种方法理论上对不对？

2、目标如上（以下都称变压器），如果使用44:3，考虑材料的电阻问题。可能电流为6.7A电流，这时加入导线电阻，设导线电阻为0.1欧姆。这里0.1欧姆是电源的内阻。这时内阻的功率如何计算？是否：W=I*I*R,变压器损耗为1W。

3、工频电源为50HZ，电压220V(市电)，100VA的功率（输入电源），这时可以产生多大的电磁场？

4、如果考虑次级断开的情况，是不是变压器电感越大越好？

5、如果不是(不考虑磁饱和，涡流损耗)那么理想的电感量为多少？怎么计算的。

6、次级需要较为平稳的直流，使用理想全桥整流，那么电容如何选择？电容不可能无限大，无限大就没有电压了这个我知道哦。

 

annysky2012

这个了解的不深入，你可以咨询以下变压器厂家。

maychang

既然是 设计 ，就不可能是理想变压器，只能是实际变压器。理想变压器怎么可能 设计 出来呢？

maychang

1、目标是设计一款220V到15V的100VA(伐)变压器（单相）。

可以推出：变压器变比为："44/3" 那么最省材料的设计就是44:3。(抬杠的聊法)如果是非常极端,使用14又(2/3):1,通过把初级线圈不满圈的方式，即14圈3分之2圈的方式，这种方法理论上对不对？

理论上就不对。理想变压器怎么绕2/3圈？如果能够绕2.3圈，那还不如绕7又1/3比1/2，能够省一半匝数。

实际变压器是可以绕出1/2圈的，但很麻烦，且会带来其它问题，还不如设计成整数匝。

maychang

1、目标是设计一款220V到15V的100VA(伐)变压器（单相）。

既然是220V，想必交流电源是50Hz。传输功率已经给定，那么下一步应该选择铁芯。工频变压器通常使用硅钢片叠成的铁芯，已经冲裁成形，有若干种不同大小可以选用。同一种冲裁好的硅钢片铁芯又可以选择叠厚。铁芯中心柱宽度确定叠厚也确定，中心柱截面积就确定了。

第二步是计算匝数。绕组总匝数是由绕组电压和铁芯磁通决定的。铁芯截面积越大，在同样的磁通密度下显然磁通越大，匝数就可以越少。小型变压器(数VA，不过厂商往往标注成若干W)每伏特电压需要十几匝甚至几十匝，大型的电力变压器(铁芯截面积当然很大)每伏特不到一匝，甚至不到0.1匝。

所以你想220V电压绕14又2/3匝比1匝，或者44匝比3匝，那只能是截面积比办公桌面还大若干倍的铁芯才能够办得到。这么大的铁芯配上很细的线(你的变压器只有100VA，初级线径不到1毫米)，是巨大的浪费。

maychang

观察一下市场上出售的小功率工频变压器，其铁芯大小总是和窗口(绕铜线那部分)成一定比例的。之所以设计成这样的比例，目的是总重量总体积尽量小。铁芯设计得很大，绕线匝数少，铜线重量当然少，但铁芯重量却很大。反过来，铁芯设计得很小，绕线就必须多，铁芯重量小了，铜线重量却大了。只有铁芯尺寸和窗口尺寸比例合适时，总重量总体积才接近最小(当然同时成本也接近最小)。

maychang

继续5楼讨论。给定铁芯截面积，需要绕多少匝，是由铁芯允许的饱和磁通密度决定的。劣质铁芯允许的饱和磁通密度小，需要多绕匝数，优质铁芯材料允许的饱和磁通密度大，可以少绕。

对某种硅钢片，铁芯饱和磁通密度不是一个非常确定的数值，实际工作磁通密度可以设计成小于某值，或稍微大一点，或更大一点。但是，工作磁通密度越大，铁损就越大，铁芯发热越厉害。所以，倒底采用多大的工作磁通密度，还需要考虑铁芯的散热条件。

maychang

2、目标如上（以下都称变压器），如果使用44:3，考虑材料的电阻问题。可能电流为6.7A电流，这时加入导线电阻，设导线电阻为0.1欧姆。这里0.1欧姆是电源的内阻。这时内阻的功率如何计算？是否：W=I*I*R,变压器损耗为1W。

如果已经确定一次电流和二次电流，二次电流额定值为6.7A，且绕组导线电阻为0.1欧。那么次级铜损为6.7A*6.7A*0.1欧＝4.489W。但这只是次级铜损，初级绕组也有电阻，也通过电流，当然也有损耗。一般情况，都是设计成初级导线电阻上的损耗等于次级导线电阻上的损耗(至少比较接近)。如果设计成初级电阻损耗和次级电阻损耗相等，那么两个绕组上电阻损耗8.978W。

但这并不是变压器损耗，还要加上铁损才是变压器总损耗。铁损可以根据你使用的磁通密度和铁芯总体积计算，各种不同硅钢片也不一样。

maychang

3、工频电源为50HZ，电压220V(市电)，100VA的功率（输入电源），这时可以产生多大的电磁场？

我猜你要问的是：这时可以产生多大的磁通密度。

前面已经说过：磁通密度由你的铁芯截面积、匝数决定(频率已经给定，电压也已经给定)。

蓝色天使

以下是个人观点：

1、这个理论计算来看，只要变比对可以有多种数据。

2、关于这个问题理论计算不全面，既然输出级电阻是0.1Ω，输出端损耗Wo=6.7*6.7*0.1=4.422W;

但是输入端的导线电阻没有考虑；导线内阻与导线截面积和长度有关；所以既然你考虑输出端电阻损耗；是不是要考虑一下如入端的损耗；

3、描述磁场物理量有三个，磁感应强度B（国际单位制为T，特斯拉或者Gs）磁通Θ（Wb,韦伯）；磁场强度H（A/m）;如果根据能量守恒角度来看，输入功率等于输出的功率100VA；你的意思应该是100VA在一定磁导率和一定体积尺寸的铁芯上储存能量是多少，如何计算，这个你参考安培环路定律 ，磁芯储存的能量与线圈匝数，电流，平均磁路长度，磁芯体积，磁芯的磁导率有关。

4、次级开路与初级电感量没有直接关系，关于变压器模型建议你看一下高中等教育出版社《电机与拖动》第二章节内容里面有变压器的数学模型。你的这个说法毫无科学依据。

5、一个磁芯在特定输入电压下的储存的能量在第三个问题已经说清楚了，参考安培环路定律。

6、电解电容选取根据负载最大电流计算出等效负载电阻R, 电解电容计算依：RC≥（3-5）T（R最大输出电流时负载等效电阻，C滤波电容的容量，T交流电的周期）。

 

boy59

上图是理想变压器，下图为一般的变压器模型，电感量设计、损耗等问题都可有参考这个模型来分析。

关于理想变压器个人认为是能传递直流电的一种装置。