Presentation变压器绕组分析设计方法与举例0421.ppt

变压器绕变压器绕组损耗分析设计与举例组损耗分析设计与举例陈陈 为为 博士博士chw@福州大学电气工程与自动化学院 教授，博导中国电源学会常务理事，专家委员会副主席变压器与电感器专委会主任委员磁性元件的设计考虑磁性元件的设计考虑结构设计结构设计电气设计电气设计损耗设计损耗设计温升设计温升设计EMIEMI设计设计杂散参数杂散参数高频涡流损耗机理高频涡流损耗机理ri(t)rJ(r)JeddyJsourceJtotalJtotal = Jsource + JeddyH(t)R-R0JsourceH(t)Jeddy集肤效应集肤效应邻近效应邻近效应气隙H(t)Jeddy由于涡流效应，导致电流密度分布不均匀，从而引起损耗的增加由于涡流效应，导致电流密度分布不均匀，从而引起损耗的增加xi(t)H(t)H1H20LWithDv 绕组交流电阻随频率的提高而增大；绕组交流电阻随频率的提高而增大；v 绕组交流电阻随所处磁场强度的增大而增大；绕组交流电阻随所处磁场强度的增大而增大；v 绕组交流电阻随铜箔宽度绕组交流电阻随铜箔宽度/导线线径变化存在一个最小损耗点导线线径变化存在一个最小损耗点铜箔绕组交流损耗特性铜箔绕组交流损耗特性变压器绕组窗口的磁场分布变压器绕组窗口的磁场分布40:2IpIsIm变压器绕组窗口内磁场一般平行于绕组层变压器绕组窗口内磁场一般平行于绕组层MMF(x)Ipxmc由于 很大H1H2H5变压器绕组窗口内磁场的计算变压器绕组窗口内磁场的计算x根据安培环路定律可计算根据安培环路定律可计算每层导体两侧的磁场分布每层导体两侧的磁场分布MMF(x)IpxMMF(x)IpxMMF(x)Ipx绕组结构对磁场的影响绕组结构对磁场的影响三明治结构三明治结构全交错结构全交错结构一般结构一般结构电流 I 选择导电面积 Aw 频率f 选择导线线径 f f选择需要的股数 n传统绕组线规选择的误区传统绕组线规选择的误区根据透入深度d根据电流密度Jp 选择尽量粗的导线或更厚的铜箔，以增大导电面积，减低电流密度选择尽量粗的导线或更厚的铜箔，以增大导电面积，减低电流密度p 对多股绞线，在一定线径下，选择尽量多的股数，以增大导电面积对多股绞线，在一定线径下，选择尽量多的股数，以增大导电面积认识误区：认识误区：只有集肤效应，只有集肤效应，没有邻近效应没有邻近效应对某一股来说，集肤效应大大减弱了，但存在其它股电流对其的邻近效对某一股来说，集肤效应大大减弱了，但存在其它股电流对其的邻近效应（应（内部邻近效应内部邻近效应），股数越多，内部邻近效应越强。

股数越多，内部邻近效应越强多股绞线涡流损耗机理多股绞线涡流损耗机理Litz wire (0.1mm*100股)1000KHz100KHz1000KHz多股绞线涡流分布比较多股绞线涡流分布比较Solid wire (1.0mm*1股)100KHz绕组损耗计算方法绕组损耗计算方法绕组计算的简化绕组计算的简化Dowell模型模型面积不变厚度不变电阻不变电阻率改变厚度不变电阻不变电阻率改变奇次奇次AC直流直流偶次偶次ACip1ip2is1is21TDT0.5T (0.5+D)T推挽变压器绕组电流的谐波分解推挽变压器绕组电流的谐波分解(理想波形理想波形)奇次奇次AC MMF 在整个原边在整个原边(Np1+Np2)与整个副边与整个副边(Ns1+Ns2)绕组之间平衡绕组之间平衡偶次偶次AC MMF 只在原边的两个绕组之间平衡只在原边的两个绕组之间平衡 (Np1 and Np2)偶次偶次DC MMF 在所有绕组之间平衡在所有绕组之间平衡推挽变压器绕组电流安匝平衡机制推挽变压器绕组电流安匝平衡机制奇次奇次偶次偶次奇次奇次偶次偶次√Np1Np2Ns1Ns2Ns1Ns2Np1Np2推挽变压器绕组基本结构的考虑推挽变压器绕组基本结构的考虑磁场强度分布磁场强度分布s1/2 s1/2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 s2/2 s2/2Np1=Np2=6Ns1=Ns2=26推挽变压器绕组设计举例推挽变压器绕组设计举例原边绕组电流的波形 副边绕组电流波形 推挽变压器绕组电流波形推挽变压器绕组电流波形****ip2ip1is1is2ip2is21、对所有绕组标出同名端，对所有电流均以同名端为正方向、对所有绕组标出同名端，对所有电流均以同名端为正方向2、根据电流正方向作出各绕组电流波形、根据电流正方向作出各绕组电流波形1.00.50.20.7(设设 Duty=0.3)IdcNp1=Np2=6Ns1=Ns2=26tt绕组损耗分析与设计的具体步骤绕组损耗分析与设计的具体步骤ip11.00.50.20.7tis1t1.01.03、对各绕组电流作、对各绕组电流作FFT谐波分解谐波分解s1/2 s1/2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 s2/2 s2/24、作出各层绕组布置图、作出各层绕组布置图……k: 谐波次数谐波次数i: 绕组层号绕组层号5、计算每层导体的电流线密度、计算每层导体的电流线密度J（即每层导体的总安匝（即每层导体的总安匝IN除以绕组窗口高度除以绕组窗口高度A））6、计算每层导体两边的磁场强度、计算每层导体两边的磁场强度H1k,i和和H2k,iLayer: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Current density: Js1 Js1 Jp1 Jp2 Jp1 Jp2 Jp1 Jp2 Jp1 Jp2 Jp1 Jp2 Jp1 Jp2 Js2 Js2H1k,3H2k,3Scheme: s1/2 s1/2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 s2/2 s2/2AH1k,iH1xH2xWw0x7、计算每层导体中的电流密度分布、计算每层导体中的电流密度分布J(x)以及交直流损耗（单位长度）以及交直流损耗（单位长度）8、计算每层导体的各次谐波的交流损耗和直流损耗、计算每层导体的各次谐波的交流损耗和直流损耗9、计算原边绕组和副边绕组的总损耗、计算原边绕组和副边绕组的总损耗Jdcx 表示高度方向的直流电流线密度Pac和Pdc均表示高度方向的单位损耗D=0.3, Nharm=15, Input DC=0.6A, MLT=1m原边原边(Foil)和副边和副边(Solid)绕组设计曲线与绕组设计曲线与结果结果原边原边(Foil)副边副边(Soild)H1xH2xH0H1(n,Jx)=H0+(n-1)*JxH2(n,Jx)=H0+n*JxJx1n02AINt=Total Ampere-turn of Ns1Jx=INt/(A*n0)H(n)nNpNpNs2副边采用副边采用Litz多股绞线的绕组损耗分析多股绞线的绕组损耗分析D=0.3, Nharm=15, Input DC=0.6A, MLT=1m副边绕组副边绕组(Litz线线)设计曲线与结果设计曲线与结果最低绕组损耗设计线最低绕组损耗设计线f f=0.2f f=0.1f f=0.3变压器绕组交流电阻的测量原理变压器绕组交流电阻的测量原理RmN1N2LmLk1Lk2R1R2RmLk1n2*Lk2R1n2*R2Lk1n2*Lk2R1n2*R2Lmp 由于线圈交流损耗是线性的，因此可以通过阻抗分析仪测量由于线圈交流损耗是线性的，因此可以通过阻抗分析仪测量p 由于线圈副边短路，磁芯没有磁通和损耗，因此只有绕组损耗由于线圈副边短路，磁芯没有磁通和损耗，因此只有绕组损耗p 对于变压器，原边绕组和副边绕组的损耗是难以分离的对于变压器，原边绕组和副边绕组的损耗是难以分离的N1N2N1N2Impedance AnalyzerShortNpNs变压器绕组损耗测量原理变压器绕组损耗测量原理OpenNp1Np2Ns2Ns1ImpedanceAnalyzerShortImpedance AnalyzerShortNp1Np2Ns2Ns1RPkac for k=奇次RPkac for k=偶次变压器绕组损耗测量变压器绕组损耗测量--推挽变压器推挽变压器IpIp。