变压器的材料决定变压器的工作频率吗

bigbat

变压器的材料决定变压器的工作频率吗 [复制链接]

 

工频50HZ的变压器在高频时效率很低，这不知道是什么原因有说是因为材料涡流损耗造成的，但是开关电源的设计书中通常讲到变压器设计时就是给出一大推的经验公式，这一点让人很迷惑！我就非常的头疼这一点，学了半天的开关电源就是没有方向感。而且一说开关电源设计就说变压器是关键，可是原因是什么就没有下文了。还有几本国内的书就是直接操别的东西。一句依据公式可以推出什么之类的玩意。您要不是个混职称才写书的“废料”你就给人讲出来呀。下面是我的一些问题希望大家赐教。

1、变压器材料的“绝缘特性”决定着涡流的损耗，也就是说：相同磁导率材料变压器初级线圈电压的变化率越大在次级单根导线感应的电压变化率也越大，也就是变压器效率越高，变压器体积就可以越小，由于变压器骨架也是“线圈”所以形成的涡流也就越大是吗？

2、磁导率相同的情况下，磁性材料的磁滞曲线越宽剩磁越大，剩磁大的材料称“硬磁材料”，剩磁小的为“软磁材料”，也就是说：磁性材料越“软”，变压器效率越高是吗？（暂时不要考虑涡流等性质，只考虑单一性质磁滞）

3、同种磁性材料量越大（只考虑质量，不考虑形状和漏磁），其“磁量”越大是吗？（可能用“磁量”一词不合适，就姑且这样称呼吧）也可是说变压器“磁饱和”的可能性越小，变压器材料质量越大磁饱和的可能性越小是吗？

4、变压器在次级开路的情况下，如果初级的“电感”较小就会增加导线的电流是吗？当然有些电路可以增加次级检测当次级开路时断开初级，也就无所谓了，那么反过来：变压器的电感是不是越大越好呢？(不要考虑材料成本，导线电阻这些因素只考虑电感单一因素)

5、变压器设计肯定是要综合考虑各种因素，单本次讨论只需要考虑问题中提到的单一因素，就像导线就考虑电阻是首要的一样，材料的导电性强越好，然后在考虑成本、耐腐蚀、体积安装性质什么的，请大家按照本条的要求回答问题，在此郑重地诚恳地说声:"谢谢！"

 

maychang

『由于变压器骨架也是“线圈”所以形成的涡流也就越大是吗？』

变压器的骨架都是绝缘材料制成，其中没有涡流。

maychang

『也就是说：磁性材料越“软”，变压器效率越高是吗？』

磁性材料越“软”，每个周期内磁滞损失就越小(一个周期内单位体积的磁滞损失恰好就是磁滞回线所包围的面积)。

maychang

『同种磁性材料量越大（只考虑质量，不考虑形状和漏磁），其“磁量”越大是吗？』

不知道你说的 “磁量” 是指什么。所以无法说 “是” 也无法说 “不是”。

maychang

『变压器在次级开路的情况下，如果初级的“电感”较小就会增加导线的电流是吗？』

是。

这个次级开路时初级电流，通常称为 “空载电流”。

maychang

『变压器的电感是不是越大越好呢？(不要考虑材料成本，导线电阻这些因素只考虑电感单一因素)』

变压器初级电感量越大，空载电流越小。

但不考虑成本是不可能的。

另外，变压器初级电感量过大，会影响变压器有载工作的效率。

maychang

『单本次讨论只需要考虑问题中提到的单一因素，就像导线就考虑电阻是首要的一样，材料的导电性强越好』

如果只考虑材料的导电性(正式名称是电阻率)，那么应该用银做导线。但是用银的成本太高。

电力工业上，远距离的输电线甚至不用铜线而用导电性不如铜线的铝线。之所以用铝线，也是出于成本的考虑。

maychang

你提出的这些问题，建议仔细阅读赵修科老师所著《开关电源中磁性元器件》一书。

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 12:11 『同种磁性材料量越大（只考虑质量，不考虑形状和漏磁），其“磁量”越大是吗？』 不知道你说 ...

我想说的意思最接近的词是“磁通量”，“磁通量”和截面积有关，我又觉得不是很确切。问题的中心是：磁性材料越多，越不容易磁饱和

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 12:15 『变压器的电感是不是越大越好呢？(不要考虑材料成本，导线电阻这些因素只考虑电感单一因素)』 变压器初 ...

这个我理解的是：电感太大了就会使得电流较小，这就像“阻抗匹配一样”。适合大小最好。

maychang

bigbat 发表于 2021-10-8 13:39 我想说的意思最接近的词是“磁通量”，“磁通量”和截面积有关，我又觉得不是很确切 ...

『我想说的意思最接近的词是“磁通量”，“磁通量”和截面积有关』

磁通不仅与截面积有关，还与磁路长度有关。在一定范围内，磁通大致上与截面积成正比，但与磁路长度成反比。而磁性材料的体积，等于截面积乘磁路长度。所以磁通绝对不是与磁性材料的体积有关，还和磁路的形状有关。

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 12:22 『单本次讨论只需要考虑问题中提到的单一因素，就像导线就考虑电阻是首要的一样，材料的导电性强越好』 ...

我的意思是只考虑“一般性”的原则，不去考虑特殊情况，比如：早期的战场指挥通讯用有线电话，那时的导线是“银包铜”加钢芯线。就是因为这时不考虑“成本”。二战时造原子弹时由于铜是战略物资，使用了“白银”导线和“黄金”导线。这些都是特殊的情况，在有高铁的导线是“铜合金”的因为铝不耐磨，怎么不用钢的呢，又便宜又耐磨。

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 12:24 你提出的这些问题，建议仔细阅读赵修科老师所著《开关电源中磁性元器件》一书。

谢谢，我一定仔细读一遍，原来读的不认真。

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 12:05 『由于变压器骨架也是“线圈”所以形成的涡流也就越大是吗？』 变压器的骨架都是绝缘材料制成 ...

我当然知道绝缘体内没有涡流了，我的意思是：频率高涡流越严重

bigbat

maychang 发表于 2021-10-8 13:50 『我想说的意思最接近的词是“磁通量”，“磁通量”和截面积有关』 磁通不仅与截 ...

是的，我知道磁通有点不合适，所以就没有说磁通，而是用了“磁量”不伦不类，问题的意思是：相同材料的情况下体量大的磁性材料要比体量小的比较，变压器更不容易磁饱和。

maychang

bigbat 发表于 2021-10-8 13:39 我想说的意思最接近的词是“磁通量”，“磁通量”和截面积有关，我又觉得不是很确切 ...

『问题的中心是：磁性材料越多，越不容易磁饱和』

这句话倒是接近正确。在相同的电流作用下(相同的安匝数)，只要增加磁路长度，磁路的磁阻就会成正比地增加(说成磁场强度H减小也可以)，从而磁感应强度减小，材料退出饱和。

不过，为使磁性材料不饱和，另有相当简单而成本低的方法，不必刻意增加磁路长度。磁路长度太大，不但体积大成本高，还会降低变压器效率。

maychang

bigbat 发表于 2021-10-8 13:42 这个我理解的是：电感太大了就会使得电流较小，这就像“阻抗匹配一样”。适合大小最好。

这和 “阻抗匹配” 还不大一样。变压器匝数和磁路截面积等等的选择，是力求成本低同时体积重量小，还要求一定效率。这三者之间只能是折中选择。有时为了减小体积，我们不得不牺牲一些成本，或者为了提高一些效率，不得不牺牲一些体积。

上面是变压器设计的准则。对整个开关电源来说也是一样。

PowerAnts

没有啥频率限制，硅钢片能跑多高频率？几十HZ, 几百HZ，几KHZ甚至十几KHZ都是成熟的，胆管输出变压器就是！而如果设计得当，跑1MHZ也没问题。干活不是差事，是一种修行。

bigbat

PowerAnts 发表于 2021-10-12 12:56 没有啥频率限制，硅钢片能跑多高频率？几十HZ, 几百HZ，几KHZ甚至十几KHZ都是成熟的，胆管输出变压器 ...

有点不理解为什么很多高频变压器使用铁氧体材料，而不是使用容易加工和机械强度高的硅钢呢，是硅钢更贵吗？本人没有设计过任何变压器。

PowerAnts

bigbat 发表于 2021-10-13 10:27 有点不理解为什么很多高频变压器使用铁氧体材料，而不是使用容易加工和机械强度高的硅钢呢，是硅钢更贵吗 ...

磁材的选用主要看工况损耗，对于宽带变压器来说磁材决定频率下限，绕组参数决定频率上限。

以硅钢片的音频变压器为例，磁损最大发生在30HZ，15KHZ的磁损小到可忽略。

但是，若只处理15KHZ的信号的话，该变压器个头和成本又都非常浪费了。

这种情况要选非晶铁芯而不能选硅钢片