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30kHz北海变压器的设计

时间:2018-4-21 15:35:40 点击量:505
30kHz北海变压器的设计

在传统的北海变压器设计中,由于磁心材料的限制,其工作频率较低,一般在20kHz左右。随着技术的不断发展,系统的小型化,化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此,研究使用频率更高的北海变压器是降低系统体积,提高功率比的关键因素。本文根据超微晶合金的优异电磁性能,通过示例介绍30kHz超微晶北海变压器设计

1、北海变压器的性能指标

电路形式:半桥式变换器原理见图1:


工作频率f:30kHz

变换器输入电压Ui:DC300V

变换器电压U0:DC2100V

变换器电流Io:0.08A

整流电路:桥式整流

占空比D:1%~90%

效率η:≥80%

耐压:DC12kV

温升:+50℃

工作环境条件:-55℃~+85℃

2、北海变压器磁心的选择与工作点确定

从北海变压器的性能指标要求可知,传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足北海变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑,但坡莫合金、钴基非晶态价格高,约为超微晶合金的数倍,而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右,且加工工艺复杂。因此,综合三种材料的性能比较(表1),选择饱和磁感应强度Bs高,温度稳定性好,价格低廉,加工方便的超微晶合金有利于北海变压器技术指标的实现。

表1(1)钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较


磁心工作点的选择往往从磁心的材料,北海变压器的工作状态,工作频率,功率,绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T,在双极性北海变压器的设计中,磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6~0.7T,经特别处理的磁心,Bm可达到0.9T。在本设计中,由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因,把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T,而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。

3、北海变压器主要参数的计算

3.1北海变压器的计算功率

半桥式变换器的电路为桥式整流时,其北海变压器的计算功率为:

Pt=UoIo(1+1/η)(1)

将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80%代入式(1),可得Pt=378W。

3.2北海变压器的设计能力

北海变压器的设计能力为:

Ap=(Pt•104/4BmfKWKJ)1.16(2)

式中:工作频率f为30kHz,工作磁感应强度Bm取0.6T,磁心的窗口占空系数KW取0.2,矩形磁心的电流密度(温升为50℃时)KJ取468。经计算,北海变压器的设计能力AP=0.511cm4。


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