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【讨论】打破砂锅问到底,AP值为什么算不准

 【讨论】打破砂锅问到底,AP值为什么算不准

AP法在网上的帖子很多,大多数书本上介绍用AP法选择磁心,但熟悉变压器的设计人员很少用AP法计算功率,因为他们有经验可循,新手用AP法计算磁心发现计算值与实际值相差甚远,问题出在哪里?在网上找不到答案,我们希望有志之士,有理论出理论,有实践出实践。共同讨论这个问题,共同进步。能否解决我心中无底,只能是尽力全程陪同而已。

我们例举网友对AP值的看法

一骑红辰排长 114

 http://bbs.dianyuan.com/topic/719919

感觉用ap算出来的磁芯和最后选用的磁芯相差一大截,看过实例算出AP=0.157cm4 后边选用1.264cm4,这样对我们选用磁芯效果不大

 xiwangcumt排长 108

讨论一下磁芯的AP值与功率的关系,说不定相差5倍!

http://bbs.dianyuan.com/topic/719919

呵呵,首先,大家要抱持怀疑的态度,无论是前辈们已经直接给出过的公式,抑或是我在此处提出的结论,都有可能是错误的,只要你能带着自己的看法和理解,去了解各家的思维,我们就能共同进步

心中有冰1

在我的经验中,AP计算法只是一个参考而已,主要是根据自己以往对自己的供应商提供的磁芯作的功率容量测试值,在针对具体要设计的产品SPEC进行选择。

 qinzutaim旅长 2751

看过好多实例,最后选用的都比AP法算出来大几倍

 

  taoxinyang班长 80

AP法计算变压器,AP值算出来后,怎样选择磁芯?我看到给的例子,AP=0.3747,而查表选择的值是0.75。表格里临近0.3747的值还有0.51,为什么不选?看到多数选择的AP值是计算值的两倍左右了?为什么呀

   七年之痒旅长 2948

http://bbs.dianyuan.com/topic/61430

 在此系列公式以前曾经在网上流传着很多的AP算法的版本,各位网友也曾经讨论过,不过公式计算的结果和实际采用的磁芯尺寸有很大的偏差.但是不能就说这些AP的算法说是错误的,它们只是应用的场合不同,分析的对象不同,所以就存在着很大的误差.

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2011-10-10 14:12

首先提出自己的看法

AP法是磁心截面积与磁心窗口面积的乘积,磁心截面积与电压有关,窗口面积与电流有关,AP值实际是电压与电流的乘积,AP值与功率有关这个大方向是不错的。至于计算结果发生大的误差可能原因有:

1.    计算公式的推导出现了问题

2.    计算输入的参数与实际不太吻合

3.    现实中的一些问题,公式不可能包括进去。

要找出这些问题的凝结所在,可以用倒推法一步一步的解析,将一个成熟的变压器设计用的参数,代入公式看差别出在哪里。

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zvszcs
LV.12
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2011-10-10 15:33
@隐形专家
首先提出自己的看法AP法是磁心截面积与磁心窗口面积的乘积,磁心截面积与电压有关,窗口面积与电流有关,AP值实际是电压与电流的乘积,AP值与功率有关这个大方向是不错的。至于计算结果发生大的误差可能原因有:1.    计算公式的推导出现了问题2.    计算输入的参数与实际不太吻合3.    现实中的一些问题,公式不可能包括进去。要找出这些问题的凝结所在,可以用倒推法一步一步的解析,将一个成熟的变压器设计用的参数,代入公式看差别出在哪里。
只要适用就好,没有最好,只有更好
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2011-10-10 17:09
@隐形专家
首先提出自己的看法AP法是磁心截面积与磁心窗口面积的乘积,磁心截面积与电压有关,窗口面积与电流有关,AP值实际是电压与电流的乘积,AP值与功率有关这个大方向是不错的。至于计算结果发生大的误差可能原因有:1.    计算公式的推导出现了问题2.    计算输入的参数与实际不太吻合3.    现实中的一些问题,公式不可能包括进去。要找出这些问题的凝结所在,可以用倒推法一步一步的解析,将一个成熟的变压器设计用的参数,代入公式看差别出在哪里。

个人浅见

本来AP法就是一个很粗略的计算公式,给一个大概的数量级,不是精确值。

AP与P成正比,与dB,K(窗口系数), J(电流密度)成反比。

在计算或者设计时候的值与最后真实的值会相差很大

比如窗口系数一般会选择40%来计算,但是当真正绕线的时候,有没有发现过真实的窗口系数与40%差很大;

再有电流密度的问题,也会不一致;

dB差别也会有,低频时候主要考虑饱和问题,中高频就会考虑磁芯损耗,dB就不会取特别大。

当这些参数都会有变化或者误差时候,最后算出来到误差就很可观了,差几倍没有问题。

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2011-10-10 20:51

我们借用七年之痒的帖子

http://bbs.dianyuan.com/topic/61430

一个输出功率6W的小型变压器,根据公式计算如下: 
设变压器效率为0.8,Bm1.4,Ku0.4,允许温升50Kj534,工频50HZ 
AP=((6/0.8+6)*10000/2.22*1.4*50*0.4*534)^1.14 
  =(135000/33193)^1.14 
  =4.95  cm^4 

根据资料EI-41  Wa:1.68cm^2   舌宽:1.3cm 
Ae=Ap/Wa=4.95/1.68=2.95cm^2 
叠厚=Ae/舌宽=2.95/1.3=2.26cm 
这样就计算出,一个6W输出的变压器,允许最高温升50度的条件下采用EI-41*22的型号

我们将七年之痒的帖,用软件补充一些数据,输出6W.补充为输出3V2A.磁通密度1.4T,补充为初级2578匝。线径0.1mm,次级44匝,0.9mm,初级电流0.041Ma.铜损1.6W铁损1.234W,变压器效率=6/6+1.6+1,234)×100%=68%

 

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2011-10-10 20:57

本周讨论窗口利用系数

定义,窗口利用系数是指在变压器或电感器的窗口面积中铜所占的面积,窗口利用系数在EI铁心中受两个因数的影响,

1.     导线铜面积与带绝缘导线绝缘面积的影响。导线裸线面积与带绝缘面积的比值可能为0.941-0.673范围内变化,相差40%左右,也就是说,因为导线绝缘层面积占铜线面积的比值不同AP值有40%的误差、按本例来说明,初级导线0.1mm,QA-1漆包线,带绝缘直径为0.125. 导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.64.次级导线0.9mm, 带绝缘直径为0.96.导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.88.两者相差27.5%

2.     每一种骨架(抽屉式、工字、王子、子母式。)可绕导线的面积不同、例如:

EI 41 抽屉式骨架

 

骨架绕线面积=7.9×(26.2-15.3/2=43.06mm2。两个骨架绕线面积86.11mm2


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2011-10-10 20:58


 

若用工字型骨架

骨架绕线面积=18.2×(28.2-16/2=111.02mm2。两种骨架绕线面积相差22.4%

即抽屉式骨架要比工字型骨架少绕22.4%

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ctx1211
LV.7
8
2011-10-10 21:57
@隐形专家
[图片] 若用工字型骨架骨架绕线面积=18.2×(28.2-16)/2=111.02mm2。两种骨架绕线面积相差22.4%即抽屉式骨架要比工字型骨架少绕22.4%
听课ing
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2011-10-11 07:20
@ctx1211
听课ing
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隐形专家
LV.10
10
2011-10-11 08:26
@隐形专家
[图片] 若用工字型骨架骨架绕线面积=18.2×(28.2-16)/2=111.02mm2。两种骨架绕线面积相差22.4%即抽屉式骨架要比工字型骨架少绕22.4%

1.    问:。“变压器与电感器设计手册(第三版)”117页中导线裸线面积与带绝缘面积的比值可能为0.941-0.673范围内变化是怎么的来的


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qi8903
LV.6
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2011-10-11 08:27
@隐形专家
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zvszcs
LV.12
12
2011-10-11 08:28
@隐形专家
1.    问:。“变压器与电感器设计手册(第三版)”117页中导线裸线面积与带绝缘面积的比值可能为0.941-0.673范围内变化是怎么的来的

应该是根据漆层厚度计算出来的,漆包线的漆层厚度肯定有国家标准的

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隐形专家
LV.10
13
2011-10-11 09:15
@zvszcs
应该是根据漆层厚度计算出来的,漆包线的漆层厚度肯定有国家标准的

答:我们能绕的线最细为0.05~0.063mm。常用圆线最大直径不超过2.5mm

若用QA-1牌号的线

0.063mm导线带绝缘直径为0.076mm2.5mm导线带绝缘直径为2.578mm

导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.69~0.94

若用QA-2牌号的线

0.063mm导线带绝缘直径为0.083mm2.5mm导线带绝缘直径为2.618mm

导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.58~0.91

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zvszcs
LV.12
14
2011-10-11 09:21
@隐形专家
答:我们能绕的线最细为0.05~0.063mm。常用圆线最大直径不超过2.5mm若用QA-1牌号的线0.063mm导线带绝缘直径为0.076mm,2.5mm导线带绝缘直径为2.578mm导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.69~0.94若用QA-2牌号的线0.063mm导线带绝缘直径为0.083mm,2.5mm导线带绝缘直径为2.618mm导线裸线面积与带绝缘面积的比值为0.58~0.91
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lxgmvp
LV.7
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2011-10-11 09:57

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隐形专家
LV.10
16
2011-10-11 11:30
@lxgmvp
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隐形专家
LV.10
17
2011-10-12 13:25

1.    槽满率(借用电机设计中的一个重要数据)

槽满率是指带绝缘导线(截面积)占有绕线空间面积的百分比

 

这一段可能大家看不要懂,简单说一下圆铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积70%。扁铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积80%,为什么这样低,我解释一下,能否绕的下是由带绝缘导线面积来确定的不是由铜线面积来确定的,我们计算是用圆面积,实际导线占用的是矩形面积,这里相差78.4%。(π/4

2.    先算出带绝缘导线窗口利用系数

EI 41 窗口面积=8×21=168mm2

3.    工字型骨架绝缘导线窗口利用系数Ku

 

实际窗口利用系数,对0.1mm导线来说

工字型  Ku=0.46×0.64=0.2944

抽屉式  Ku=0.358×0.64=0.229

实际窗口利用系数,对0.9mm导线来说

工字型  Ku=0.46×0.88=0.4

抽屉式  Ku=0.358×0.88=0.315

也就是说书上的Ku=0,4,对于工字型骨架,导线比较粗实适用的,若导线比较细,又是抽屉式骨架相差就比较远了,

4.    从上面的例子、可见,就窗口利用系数

AP相差(最大)=0.4-0.229/0.4)×100%=43%

5.    看一下实际窗口利用系数数多少?

初级圈数2578 线径0.1mm,初级铜导线截面积=2578×0.7854×0,1×0.1=20.25mm2

次级圈数44 线径0.9mm,次级铜导线截面积=44×0.7854×0.9×0.9=28mm2

两项合计铜导线总截面积=28+20.25=48.25

变压器窗口利用系数=40.25/168=0.24

窗口利用系数0.24与计算AP值公式中窗口设定的窗口利用系数0.4相差60%

即我们计算出来的AP值为5的话要用5/0.6=8.3去查铁心表格中的AP值。

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lxgmvp
LV.7
18
2011-10-12 13:30
@隐形专家
1.    槽满率(借用电机设计中的一个重要数据)槽满率是指带绝缘导线(截面积)占有绕线空间面积的百分比[图片] 这一段可能大家看不要懂,简单说一下圆铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积70%。扁铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积80%,为什么这样低,我解释一下,能否绕的下是由带绝缘导线面积来确定的不是由铜线面积来确定的,我们计算是用圆面积,实际导线占用的是矩形面积,这里相差78.4%。(π/4)2.    先算出带绝缘导线窗口利用系数EI41窗口面积=8×21=168mm23.    工字型骨架绝缘导线窗口利用系数Ku[图片] 实际窗口利用系数,对0.1mm导线来说工字型 Ku=0.46×0.64=0.2944抽屉式 Ku=0.358×0.64=0.229实际窗口利用系数,对0.9mm导线来说工字型 Ku=0.46×0.88=0.4抽屉式 Ku=0.358×0.88=0.315也就是说书上的Ku=0,4,对于工字型骨架,导线比较粗实适用的,若导线比较细,又是抽屉式骨架相差就比较远了,4.    从上面的例子、可见,就窗口利用系数AP相差(最大)=(0.4-0.229/0.4)×100%=43%5.    看一下实际窗口利用系数数多少?初级圈数2578线径0.1mm,初级铜导线截面积=2578×0.7854×0,1×0.1=20.25mm2次级圈数44线径0.9mm,次级铜导线截面积=44×0.7854×0.9×0.9=28mm2两项合计铜导线总截面积=28+20.25=48.25变压器窗口利用系数=40.25/168=0.24窗口利用系数0.24与计算AP值公式中窗口设定的窗口利用系数0.4相差60%即我们计算出来的AP值为5的话要用5/0.6=8.3去查铁心表格中的AP值。

图挂了。。。

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隐形专家
LV.10
19
2011-10-12 13:34
问:为什么要用槽满率这样古怪的名称。
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amonson
LV.8
20
2011-10-12 16:40

 

功率一定,磁芯材质选定后Bm确定,频率确定,占空比确定。还有变数的就是r和Ku:r取0.3和取1之间就差了4倍,也就是同f同D同B同K的情况下,CCM直流分量越大,相对于DCM来说需要的AP就越大;Ku的变化带来的差异更大,尤其是小磁芯。自从有了强制安规认证之后,安全距离必须保证,所以有了档墙,越是小的磁芯,档墙所占据的面积比例越大,Ku就越低;即使是大一些的磁芯不加档墙,为了安规也不得不使用三层绝缘线,这也大大降低了Ku。而且由于反激变压器我们在计算AP时只代了初级电流,所以算窗口利用率时也只能算初级线圈,那么这个值就更小了,很可能只有0.1左右,这和直接照搬书上的0.4又差了4倍。这样一看,算不准就对了。

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隐形专家
LV.10
21
2011-10-12 18:41
@amonson
[图片] 功率一定,磁芯材质选定后Bm确定,频率确定,占空比确定。还有变数的就是r和Ku:r取0.3和取1之间就差了4倍,也就是同f同D同B同K的情况下,CCM直流分量越大,相对于DCM来说需要的AP就越大;Ku的变化带来的差异更大,尤其是小磁芯。自从有了强制安规认证之后,安全距离必须保证,所以有了档墙,越是小的磁芯,档墙所占据的面积比例越大,Ku就越低;即使是大一些的磁芯不加档墙,为了安规也不得不使用三层绝缘线,这也大大降低了Ku。而且由于反激变压器我们在计算AP时只代了初级电流,所以算窗口利用率时也只能算初级线圈,那么这个值就更小了,很可能只有0.1左右,这和直接照搬书上的0.4又差了4倍。这样一看,算不准就对了。
算不准很正常,但找出算不准的原因,做到心中有数,毕竟AP值是一种比较接近的算法。
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ctx1211
LV.7
22
2011-10-12 19:47
@amonson
[图片] 功率一定,磁芯材质选定后Bm确定,频率确定,占空比确定。还有变数的就是r和Ku:r取0.3和取1之间就差了4倍,也就是同f同D同B同K的情况下,CCM直流分量越大,相对于DCM来说需要的AP就越大;Ku的变化带来的差异更大,尤其是小磁芯。自从有了强制安规认证之后,安全距离必须保证,所以有了档墙,越是小的磁芯,档墙所占据的面积比例越大,Ku就越低;即使是大一些的磁芯不加档墙,为了安规也不得不使用三层绝缘线,这也大大降低了Ku。而且由于反激变压器我们在计算AP时只代了初级电流,所以算窗口利用率时也只能算初级线圈,那么这个值就更小了,很可能只有0.1左右,这和直接照搬书上的0.4又差了4倍。这样一看,算不准就对了。
amonson讲的不错啊
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hxzx
LV.6
23
2011-10-12 20:27
@amonson
[图片] 功率一定,磁芯材质选定后Bm确定,频率确定,占空比确定。还有变数的就是r和Ku:r取0.3和取1之间就差了4倍,也就是同f同D同B同K的情况下,CCM直流分量越大,相对于DCM来说需要的AP就越大;Ku的变化带来的差异更大,尤其是小磁芯。自从有了强制安规认证之后,安全距离必须保证,所以有了档墙,越是小的磁芯,档墙所占据的面积比例越大,Ku就越低;即使是大一些的磁芯不加档墙,为了安规也不得不使用三层绝缘线,这也大大降低了Ku。而且由于反激变压器我们在计算AP时只代了初级电流,所以算窗口利用率时也只能算初级线圈,那么这个值就更小了,很可能只有0.1左右,这和直接照搬书上的0.4又差了4倍。这样一看,算不准就对了。
说的好!要理解公式才会用的好!
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隐形专家
LV.10
24
2011-10-16 17:29

小结:、

窗口利用系数定义

定义,窗口利用系数是指在变压器或电感器的窗口面积中铜所占的面积,窗口利用系数在EI铁心中受三个因数的影响,

1.          导线铜面积与带绝缘导线绝缘面积的影响。导线裸线面积与带绝缘面积的比值可能为0.58~0.91范围内变化,相差40%左右,功率小线径细比功率大线径粗AP值要选大一些。

2.          每一种骨架(抽屉式、工字、王子、子母式。)可绕导线的面积不同,绕线面积与窗口面积的比值不同选AP值时要根据骨架逐次加大抽屉式、子母式》抽屉式、>王子>工字。

3.          AP值与绕线水平有关。

下个帖子讨论电流密度对AP值的影响。

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258481469
LV.3
25
2012-03-05 01:07
@隐形专家
1.    槽满率(借用电机设计中的一个重要数据)槽满率是指带绝缘导线(截面积)占有绕线空间面积的百分比[图片] 这一段可能大家看不要懂,简单说一下圆铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积70%。扁铜线带绝导线面积占有骨架可绕面积80%,为什么这样低,我解释一下,能否绕的下是由带绝缘导线面积来确定的不是由铜线面积来确定的,我们计算是用圆面积,实际导线占用的是矩形面积,这里相差78.4%。(π/4)2.    先算出带绝缘导线窗口利用系数EI41窗口面积=8×21=168mm23.    工字型骨架绝缘导线窗口利用系数Ku[图片] 实际窗口利用系数,对0.1mm导线来说工字型 Ku=0.46×0.64=0.2944抽屉式 Ku=0.358×0.64=0.229实际窗口利用系数,对0.9mm导线来说工字型 Ku=0.46×0.88=0.4抽屉式 Ku=0.358×0.88=0.315也就是说书上的Ku=0,4,对于工字型骨架,导线比较粗实适用的,若导线比较细,又是抽屉式骨架相差就比较远了,4.    从上面的例子、可见,就窗口利用系数AP相差(最大)=(0.4-0.229/0.4)×100%=43%5.    看一下实际窗口利用系数数多少?初级圈数2578线径0.1mm,初级铜导线截面积=2578×0.7854×0,1×0.1=20.25mm2次级圈数44线径0.9mm,次级铜导线截面积=44×0.7854×0.9×0.9=28mm2两项合计铜导线总截面积=28+20.25=48.25变压器窗口利用系数=40.25/168=0.24窗口利用系数0.24与计算AP值公式中窗口设定的窗口利用系数0.4相差60%即我们计算出来的AP值为5的话要用5/0.6=8.3去查铁心表格中的AP值。
好贴、画了差不多一年的板子了、最近在学习变压器、、谢谢隐形大虾…
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