关于EI迭片铁心经验公式"P=(Sc/k)2"中的"k"值
我们在进行低频变压器设计时常常会用到EI迭片铁心,而在进行铁心功率估算时,会用到这样一个经验公式:P=(Sc/k)2或者Sc=kP0.5。
式中,Sc——铁心有效截面积;
P——铁心输出功率;
k——经验系数。
现在要问的是这个经验系数k从何而来?怎样选取?
我们知道变压器的输出功率P与铁心的几何尺寸有关,当不忽略变压器损耗时,其输出功率与铁心几何尺寸有如下关系:
P=2.22×f×Bm×j×Sc×Sm×0.01×η
式中:f——频率(Hz)
j——电流密度(A/mm2)
Bm——磁通密度(T)
Sm——铁心有效窗口面积(cm2)
Sc——铁心有效截面积(cm2)
η——效率
我们知道,常用EI片的尺寸是按如下规律确定的(特殊情况除外):
所以: Sc×Sm=(2n×m×0.95)×(n×3n×0.35)
=1.995n3×m
如果设叠厚=舌宽,即:2n=m,则有:
Sc×Sm=1.995n3×m
=0.2763×[(2n)3×m×0.952]
=0.2763×S2
式中:0.35为窗口利用系数;0.95为一般叠片系数。
则上式可写成:
P=2.22×f×Bm×j×0.2763×S2×0.01×η
={S/[1/(0.006163×f×Bm×j×η)0.5]}2
则系数k=1/(0.006163×f×Bm×j×η)0.5
我们以表1为例,看k各是多少(各参数是按一般情况选取的)
注意上面的系数K是在铁心叠厚等于舌宽,即:2n=m的情况下得出的,曾有一个变压器P:120V/50Hz;S:16V/45VA,用的是EI76/22的铁心,Z11片,温升只有39℃,系数K为0.792。所以当铁心叠厚接近舌宽的时候,可以参考上面的系数k。
但铁心叠厚与舌宽相差较大,如叠厚=2×舌宽时,则不能用上面的系数。
如设叠厚=2×舌宽,即:m=4n
则有: Sc×Sm=1.995n3×m
=0.13815×(2n×4n×0.95)2
=0.13815×S2
P=2.22×f×Bm×j×0.13815×S2×0.01×η
={S/[1/(0.00306693×f×Bm×j×η)0.5]}2
则系数k=1/(0.00306693×f×Bm×j×η)0.5
从表2看各系数K又是多少:
可以看到,当铁心叠厚与舌宽相差较大时,系数K明显大了,即铁的用量会增加,从另外一个角度也可以理解,那就是这时铜损明显多了,所以应增加铁来达到减少铜的用量及损耗。当然从上面的两个表格数据还可以看出当功率一定,铁心叠厚比舌宽增加了N倍,系数K就增加了N0.5倍,比如上面叠厚=2×舌宽时,K便增加了20.5倍,即1.414倍。
所以一般情况下,系数
k=N0.5/(2.22×f×Bm×j×0.2763×0.01×η)0.5
即:k=12.77×[N/(f×Bm×j×η]0.5
如果叠厚比舌宽小,也应是如此的,因为这时虽然铁心中柱截面成了矩形,铜的损耗会增加,但这时窗口面积是比较大的,散热面积也是比较大的,就相当于一个EI96/10与EI96/100的窗口面积是相同的一样,它们的功率会翻很多倍,但散热面积却不会翻很多倍,用通俗的话说,就是EI96/10占便宜了,但它是以牺牲体积做为代价的。
我们常用的如EI48/20,EI54/25,EI57/30,EI86/40,EI96/50等,其叠厚基本上是舌宽的1.5倍,若取J=3.5,f=50,Bm=1.4,η=0.85,则K=1.08,为了保险起见,通常可以取K=1.1左右。
另外,在我的经验中,作为工频变压器,铁心材质与系数K有一定关系,但不会相差太大,比如同样的功率,如果用H50选K=1.12,用Z11则会选K=1.05左右。
最后说明一点,不管你怎样选取这个系数,只要最终变压器各特性优良,成本最低即可。
暂无评论