计算滤波电感值

变压器是一种静止的电气设备，根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能，转换成另一种形态的交流电能。电力变压器（升压、降压、配电）特种变压器（电炉、整流、焊接）仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）实验用变压器（高压、调压）按用途变压器基础知识变压器实例电源变压器电力变压器环形变压器接触调压器控制变压器三相干式变压器工厂车间变电所调试以及负载实验控制箱中三相整流电源主变焊机控制电路有时应用焊机控制电路有时应用一、变压器的基本结构变压器的主要结构：铁心和绕组。•铁心是变压器的磁路部分；•绕组是变压器的电路部分。铁心的作用是形成磁路。铁心通常用0.35mm或者0.5mm厚的硅钢片冲裁成一定的形状然后叠装而成。为减小涡流损耗，在硅钢片表面涂有绝缘漆或者经氧化处理形成绝缘层。•铁心的结构单相壳式变压器心式变压器迭片奇数层偶数层心式冷轧硅钢片迭片•绕组的结构绕组是变压器的电路部分，一般用圆铜线或扁铜线在绕线模上绕制而成。密绕时导线需要绝缘处理绕组（线圈）的作用是构成电流通路，接电源一边的绕组称为一次绕组，接负载一边的称为二次绕组。一次绕组的电流含有激磁电流分量，建立磁场，负载状态下的磁场是一次绕组和二次绕组磁动势向量合成的结果。单相和三相芯式变压器二、基本物理量1、磁感应强度B又称为磁通密度或磁密，磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强度的大小和方向的物理量。磁感应强度B的单位：1特斯拉（T）=104高斯（Gs）2、磁通量Φ在均匀磁场中，磁通量Φ是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。磁通量Φ的单位：1韦伯=108麦克斯威3、磁导率（导磁系数）μ磁导率表示物质导磁性能的物理量，不同物质磁导率不同，真空磁导率μ0是常数，μ0=4π×10-7H/mB=μH相对磁导率μr：某种物质的磁导率与真空中磁导率的比值常用铁磁材料的相对磁导率4、磁场强度H磁场强度H等于该点的磁感应强度B与介质磁导率μ的比值，方向与该点的磁感应强度方向一致。三、铁磁材料的磁性能1、具有高导磁率铁磁材料中有均布的磁畴存在，磁畴是在磁性材料中包含的一些环形电流单元，每个单元形成一定方向的小磁体，软磁材料磁畴方向是无序分布的，有外界磁场的作用下，磁畴按照磁场方向统一取向，并使得磁场强度加强，即磁性材料产生了磁化，而且称为具有高的导磁率。2、具有磁饱和性能磁（1）oa段B和H近似为线性关系；（2）ab段随着H的增加，B值增加缓慢；（3）b点以后H增加时B几乎不增加，达到了磁饱和状态。磁化曲线测试装置磁化曲线、磁导率及磁饱和现象磁导率化曲线几种常用铁磁材料的磁化曲线3、磁滞现象磁滞回线图中Br:剩磁Hc:矫顽磁力磁场强度H变化（即激磁电流变化）时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度H变化的现象称为磁滞现象。铁磁材料的分类：1）软磁材料磁滞回线窄，其剩磁和矫顽力都很小；用于制作交流电器设备的铁心2）硬磁材料磁滞回线宽，剩磁和矫顽力都较大；用于制作永久磁铁abb四、铁磁材料中的能量损耗1、磁滞损耗铁心在交变磁场作用下反复磁化时，磁畴克服摩擦力随着外部磁场的变化反复取向，这样所产生的热损耗称为磁滞损耗。2、涡流损耗当线圈中通入交流电流时，交变磁通Φ在铁心中产生感应电动势和感应电流，感应电流在铁心中形成闭合回路且呈旋涡状，故称为涡流。铁心内产生涡流时，使铁心发热，造成能量损耗称为涡流损耗。涡流的产生简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。原绕组（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为N1副绕组（二次绕组或次级绕组）：接到用电设备上的线圈，其匝数为N2交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。dtdNeudtdNeu222111;变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。五、变压器的工作原理六、绝缘系统、冷却方式、允许温升1、绝缘：主绝缘：不同绕组之间的绝缘、绕组与铁心的绝缘、绕组对地的绝缘、绕组与介质间的绝缘、引线端子间的绝缘等。从绝缘：绕组的匝间绝缘和绕组不同段之间的绝缘。2、冷却：干式变压器：干式浇注（成为一个模块）、干式自冷、干式风冷，焊接变压器均采用这种类型的结构油浸式变压器：自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等。变压器的发热和散热变压器运行时，铁损、铜损和附加损耗使得变压器发热，环境介质对所产生的热量进行传导散失，环境介质为气态或液态，介质或处于静止状态或处于流动状态。根据变压器冷却介质的种类不同，又可以分成以下两种：3、温升：•绕组允许最高温度由所使用的绝缘材料，绝缘等级确定。部件/部位温升限度C测量方法线圈自然油循环65电阻法强迫油循环铁心表面75温度计与变压器油接触（非导电部分）的结构件表面80油面55平特性变压器的设计定义：变压器的初级和次级耦合紧密，没有漏磁，当输出电流变化时，电压不变的变压器。类型：1）熔化极气体保护焊机的主变压器；2）晶闸管弧焊整流器的主变压器。设计内容：输出电压电流的额定值电磁感应基本定律铁心尺寸绕组尺寸结构参数性能指标一、交流变压器运行的基本规律作用在交流变压器上的波形常见的有正弦波、矩形波和三角波，如图：根据电磁感应定律有：则对变压器的初级绕组有：ddeNdtdt（1）（2）11deNdt1121110mmmmTedtNdedtNdNd由（2）式得：设e1的平均值为，则有_1u_111_1112244mmmmmTNdNNfNTuuf—交流电压频率（HZ）；N1—一次绕组匝数；Φm—磁通量幅值。电压半波平均值的求解公式为：_202TudtTu2202TUudtT电压有效值的求解公式为：_Uku令K——波形系数。则变压器初级绕组上电压有效值U1为：_111144mmUkfNkfkNu对于正弦交流电压，波形系数K=1.11114114.444.4410mmFeUfNUfNBA式中：Bm—铁心磁通密度（T—伏.秒/米2）AFe—铁心净截面积（cm2)二、变压器容量与基本尺寸的关系变压器容量：S=IUS变压器尺寸铁心柱截面积As铁心窗口面积Ac1、单相变压器的容量与尺寸的关系初级侧容量S1次级侧容量S2设次级侧有n个独立绕组，则：总容量S121211221112121122112211S4.44222S()nniiiiitmmmmmttttnnttiitiiiiSSSSIUIUefeeeeNIeNIeINNI设绕组每匝感应电动势为：由于初次级之间没有漏磁，所以将代入上式，得=e设初级绕组和次级绕组中流过的电流密度都为J,则I1=A1JI2i=A2iJJ—A/mm211221112212242222()100A22210022210102.22nmiiniiccucucmccumFeccucumFecSNANAJNANAAkAkASAkJBAAkJJkBAA令A=—初次级绕组总的截面积（cm）设—铁心窗口面积（cm）—窗口填充系数则有：为减少涡流损耗，铁心一般由单片硅钢片叠装而成，实际铁心截面积As大于铁心净截面积，故有：Afe=kFeAskFe—叠片系数S=2.22kFekcuJBmAsAc设η是变压器的效率，则：S2=ηS1222212.221,A,2.221cFecumsscFecumsSSSkkJBAAASkkJBA在单相变压器中近似取则有A、B两组典型数据，如下，计算S2与As之间的关系：21.2S20.88S参数名称ABBm(T)1.01.4J(A/mm2)2.55kFe0.90.93kcu0.30.2η0.850.85S2(VA)0.69As21.33As2As(cm2)21.2S20.88S2sAkSk=0.8~1.25kAs2、三相变压器容量与尺寸关系设一个铁心柱上的初次级绕组总容量用SＩ表示，则41222101002ImsFeccuSBAkAkJ1.11FecumsckkBJAA取Ａｃ＝２Ａｓ则有：22.22IFecumsSkkJBA1122112211()nnIiitiiiiSIUIUeIUINN11122111002niiccuiIUINAkJN1222.221IFecumsSkkJBA21IISS2sIAkS故有：或'1sIAkS一般地，Ａc＝1.45As三、绕组的计算114.44tmUefN设f=50HZ,kFe=0.9,则44.4410tmsFeefBAk44.44500.910msBA2210msBA令01tNeN0—每伏匝数05045msmFeNBABA（匝/V）Bm—磁通密度（T）As—铁心柱截面积（cm2)AFe—铁心净截面积（cm2）对于单相变压器，取21.2sAS带入et公式，则Bm—磁通密度（T）；S2—单相变压器输出容量（V.A)当S2单位为kVA时，则2222.41010000.76tmmeBSBS（V/匝）22222101.22.410tmmeBSBS（V/匝）式中：S2—单相变压器输出容量（kV.A)取Bm=(1~1.3)T,则有2(0.76~1)teS绕组截面计算121()IAmmJ222()iiIAmmJ式中：J—电流密度（A/mm2)对于三相变压器，S2III表示输出容量，以kV.A作单位，则有：绕组匝数计算：11tUNe（匝）221.05iitUNe（匝）220.760.443IIItmmIIISeBBS(V/匝）如果以三相变压器单柱输出容量计算，则公式与单相变压器的相同。四、结构设计三相平特性变压器结构简图如下：当铁心截面积As确定后，有As=ab一般地：b=(1.2~2)a式中：As—铁心柱截面积（mm2）a——铁心片宽（mm）b——铁心叠厚（mm）（1）铁心尺寸三相干式变压器窗口尺寸有：窗口高h=(2.5~3.5)a(mm)绕组高h’=h’-(8~16)(mm)初级绕组每层匝数：''1111.1hnd取整为n1初级绕组层数：'111Nmn取整为m1初级绕组所占窗口的窗宽111(0.15)1.1cmd(mm)（2）绕组结构设计次级绕组每层匝数取整为n2次级绕组层数：取整为m2次级绕组所占窗口的窗宽''2211.1hnd'222Nmn222(0.15)1.1cmd窗口总宽度为：122(7)10ccc铁心片布置如图：c铁心片剪片规格如下：1）(mm)(2)caa2）(mm)()caa3）(mm)()haa铁心叠片顺序：（3）铁心结构设计铁心每层面积：a铁心叠厚0.1sAba(cm)铁心体积（4）铁/铜比计算[]FeFeFeVAbk(cm)3变压器铁心质量：1[][(23)(2)2]100FeAcahach(cm2)37.610FeFemV(kg)初、次级绕组线总长：222LlN222iiiLlN或111LlN（m）（m）l1、l2——初、次级绕组导线的平均匝长。绕组总体积为：或121122cucucuVVVLALA（cm3）1211221cucucuniiiVVVLALA（cm3）初、次级绕组的总质量为：38.910cucumV（kg）一般地，铁铜比为：/2.5~3Fecumm五、空载电流的计算空载电流I0Ic—由铁心的磁滞、涡流损耗Pfe引起的有功分量。W/kgFe—单位铁心质量的铁损（）FeFeFePm（W）1FecPIU（A）(A)220cIIIFeFeFemS(W)SSFeI—由铁心的磁化容量及气隙的磁化容量引起的无功分量。V.A/)Fekg—单位质量铁心的磁化容量（BmξFeAA)sSAnA式中：—气隙截面积（n—气隙数2V.A/)cm—单