电源变压器在设计过程中的关键问题-电子工程世界

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变压器与电流的是否成正比？

变压器设计的基本问题是磁通和电流密度。变压器的电流与容量成正比，电流密度的大小(即导线的粗细)按照导体的发热量来考虑。对于磁通，电磁学的基本关系式为u=4.44fwΦ，其中u为电压，f 为频率，在这里为50Hz，w为线圈的匝数；Φ是磁通量。由于硅钢片的磁通密度B受到材料的限制，一般仅能设计到1.4-1.8特斯拉，而 Φ=BS，所以，要增大Φ，一般只能增大铁芯的截面积。变压器的铁芯一般为三相柱式，铁芯的截面积按照上述公式可以确定，铁芯窗口的大小则要考虑把线圈放进去为原则。容量越大的变压器，导线越粗，铁芯的窗口就需要越大。

在变压器的设计中，铜和铁的用量可以均衡考虑。因为一旦变压器的容量确定了，电流就确定了，导线的粗细也就确定了，增大匝数W，磁通Φ就可以小一些，铁芯的截面积就可以稍小一些，但是要把这些匝数绕进去，铁芯的窗口要大一些；相反，减小匝数W，磁通Φ就要大一些，铁芯的截面积要大一些，但是铁芯的窗口可以小一些。

变压器的容量和什么有关系呢？

从上面的问题的分析可以看出，铁芯的选择与电压有关，而导线的选择与电流有关，即导线的粗细直接与发热量有关。也就是说，变压器的容量只与发热量有关。对于一个设计好的变压器，如果在散热不好环境中工作，假如为1000KVA，如果增强散热能力，则有可能工作在1250KVA。另外，变压器的标称容量还与允许的温升有关，例如，如果一台1000KVA的变压器，允许温升为100K，如果在特殊的情况下，可以允许其工作到120K，则其容量就不止 1000KVA。由此也可以看出，如果改善变压器的散热条件，则可以增大其标称容量，反过来说，对于相同容量的变频器，可以减小变压器柜的体积。

所以在有些投标过程中，竞争对手故意标称较大的变压器容量，给用户设计裕量较大的假象，实际上是没有意义的，关键还要看变压器的体积和散热方式来区分，这一点也是非常重要的。

为什么电流源型变频器需要较大的变压器容量？

变压器的设计一般只看额定容量，而不看额定功率，因为其电流只与额定容量有关。对于电压源型变频器，由于其输入功率因数接近于1，所以额定容量与额定功率几乎相等。电流源型变频器则不然，其输入侧变压器功率因数最多等于负载异步电机的功率因数，所以对于相同的负载电机，其额定容量要比电压源型变频器的变压器大一些。

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