变压器损耗的讨论

一般常说的变压器包含铜损和铁损,其中铜损又包含直流损耗,交流损耗,铁损包含涡流损耗和迟滞损耗,希望有经验的高手能够针对这些损耗的计算和分析方法系统的介绍一下.

好话题,斑竹请先发表高见啊.

话题应该算好,可是我现在被这些东西搞晕了, 你也别闲着,发表发表呀.
1. 一般而言,铁损可以根据datasheet提供的损耗曲线来进行估算,而供应商给的损耗曲线针对的是双极性的应用,因此在单极性应用中,同样的损耗可以deltaB加倍来使用.因为有曲线可寻,其损耗不难获得(曲线作假的不算,呵呵).
2. 铜损的计算相对比较复杂,一般的做法是计算绕组的直流电流和交流电流,直流电阻和交流电阻分别求损耗再加总,其中直流电阻和直流电流都不难计算,个人认为难点在于交流电阻的计算上.
另外,对于开关电源的方波电流,这样的计算方法是不是合理?好像没有见到过有关的论证?

直流电阻的计算Rdc=电阻率*绕线长度/导线的截面积, 需要注意的是铜的电阻率会随着温度的改变而改变,由于一般的变压器设计其工作温度都接近100度(最恶劣环境),因此以100度的电阻率来进行损耗计算更接近实际应用.

看的人不少,怎么没有发言?难道大家对这个都没有兴趣?

那你继续呀.

我也是来请教的,懂一点的来说说噻,知道多少就说多少啊

开这个讨论话题本来是想跟大家学习学习的,既然大家都没有兴趣就罢了,让它沉吧!

不要沉呀,本来这东东的理论书本上都讲得不少,实际应用上会有出入,你上面已概括了一下,不知你那里搞昏了呢? (不好意思的问)

举个例子,如果一个4圈的绕组,工作于70KHz的频率,0.25的duty, 正激,输出电流30A,用0.65的铜线8根可以绕一层绕完,如果换5mil*24mm(或者7mil的)的铜皮就需要4层,这样比较起来哪一种的损耗更大?如何计算其损耗?

这要用Dowell 及Ferreira 等人的邻近效应曲线来估算了,铜皮的Fr接近1,而铜线在2左右,更精确的要用FEM来求解了.

实际上用铜线和铜皮看不出效率的差异,但是铜线的实验温升比较低,这好像有点不通啊.
还有依照DC损耗和AC损耗的总和计算方法,如果二次的绕组不变,减少一次的圈数,duty减小应该是要减低变压器的铜损耗,可实验上duty减小温生反而更高,又该如何理解?
当然,试验中用的是同样的风冷条件.

Dowell的分析是有很多假设的,两种绕法的Fr是不是相差一倍很难说准,还有一层铜线跟4层铜皮的散热效果好像不一样,在风冷情况下,前者会不会好些? 量度温度的误差是否有别?
初级圈数和D减小,有效值电流应该会增加,温升自然更高.

就因为有着这许多的变数,才有讨论变压器的必要啊.
D减少对于正激来说有效电流Irms=Io*D^0.5应该减小,为何是增加呢?
今天特意翻了翻赵老师的磁性元件分册,发现P86对于线径的选取用的是交流电流的有效值而不是总电流有效值,不知道是笔误还是另有玄机?

其实我对用平均直流和有效交流来计算损耗一直有存疑,比如以一个Ipk=4A,D=0.25的电流,在1欧姆电阻上产生的功耗来看:
Iav是1A,如果用平均电流则P=1*1*1=1W; 如果用有效电流则P=4*0.25^0.5=2W; 如果用脉冲电流来算则P=4*4*1*0.25=4W, 这个结果差异显然太大了,不知道QAZ兄对这个有什么看法?

是啊,变压器是个颇堪玩味的东西,弄不清摸不透的地方多着呢.
假设电流是矩形的,那么Io=Ipk*D,Irms=Ipk*√D ,即Irms=Io/√D,因为Io 不变,D小了,Irms便大了.另外磁心的涡流损跟(dB/dt)^2有关,现在dt小了,铁损可能也增大了.(注:这里Io是输入电流)
你的例子推的有点不对,一方面不能用平均电流来计(这道理很明显),二方面Irms才是=4*√0.25, 所以P=Irms^2=4W ,跟你的脉冲方法一致.

赵老师的书里,线径的选取用的是总电流有效值,是你看错啦.

因为是正激应用,D通常选择是小于0.5(这个跟趋势无关),如果D从0.25变0.2,则D^0.5应该从0.5变0.447,RMS将减小到原来的89.5%,为什么Irms会变大?
铁损当然有增大的可能,但是还是觉得铜线的温度应该随铜损的减小而降低,与试验结果不符合.
我的例子Irms造成的损耗确实算错了,太大意了,呵呵.
赵老师的书例3算导线截面积用的是10A, 而总有效电流是14A吧?看以下摘录.
1139196375.pdf

又看了一下,“那么Io=Ipk*D,Irms=Ipk*√D ,即Irms=Io/√D”你的计算为什么变除了?正激里面Io和Ipk不是应该用同一个电流吗(一般deltaI很小?)?否则前面的计算也不成立了啊,我认为你前面那个Io应该是变压器副边的电流Is,而Ipk就是Io才合理.

你看我的推导,Irms是Io除以√D呀,所以你的例子应该大了12%才对,铜铜损就大了25%..(注:这里Io是输入电流)

明显地赵书p79与p86有矛盾,p79是错的吧,难道直流分量不造成损耗.

呵,Io是平均输出或输入电流,我不是说Io 不变吗,是恒定功率的情况.不好意思,我以为你会意了.(再弄清:如果输入功率是100W,输入电压是100V,那Io 便是1A,并不是电流脉冲的斜坡中点)

昏了,我手上有两个版本的,上面的附件一本在P79另一本在P86,对应上面附件的那本P86没有设计举例呀.
我也觉得用Iac来计算线径是不适当的.

所以Irms=Io*√D?我得算算,有点糊涂了.

好像没什么问题呀,呵呵.

你那4圈铜皮的故事,有没有用 MagDesigner或Pexprt来玩玩过?

没有呢,Pexprt不能玩多组的吧?我做实验用的是ATX的电源,ERL35的变压器,Pexprt找不到ERL35或者EER35等同的变压器模型,不会玩,呵呵.
MD我一直玩不了.

都是网络惹的祸,我在讲输出,而你讲的是输入,难怪会觉得怪怪的了,哈哈.
如果Io用平均值来看的话,你的Ipk就是斜坡的中点了,好像你的推理也没什么问题,不过Ipk也应该是不变的,到底问题出在哪里?

Io可以是输入,也可以是输出平均电流,对我们的分析没有分别,无论考虑的是原边副边,结果都一样.
Ipk变呀,Ipk=Io/D,D变,Ipk为什么不变? (注:这里Io是输入电流)

Ipk如果定义为斜坡的中点, 在二次侧是不会变的,它就是输出电流Io啊.
对于二次绕组,Iav跟D是正比例的关系,D减小则Iav减小,但是一次的Iav是不会变的而Ipk是会变的,所以应该分开讨论才比较合理.

副边的电流脉冲波形跟原边的一样呀 (除了幅度外),所以副边的Ipk也是变的,而且不等於输出电流Io,Io是储能电感后的电流,不是副边的电流.
因为两边波形一样,就不用分开分析了

不一样啊,原边的是副边除以匝比得到的,所以原边会变而副边不会变啊.
副边的Ipk跟输出电流Io的大小是一样的,你画个波形看看如何?

你是对的,我也糊涂了,忘了是不变的功率,所以原边Iprms=Iin/√D ,副边Isrms=Iout*√D,同意不?