一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法，给出了EI叠片硅钢铁芯的功率系数K的计算式，使用该方法同样可以推出其他非标准EI铁芯功率系数K的计算式，避免了传统的靠经验来决定系数K的取值，以带来的设计过剩或容量不足的缺点。

A Calculating Method of K Coefficient for Calculating Power from Cross Section Area of Transformer Core

The invention discloses a method for calculating the K coefficient of power calculated from the cross section area of transformer core, and gives the formula for calculating the power coefficient K of EI laminated silicon steel core. By using this method, the formula for calculating the power coefficient K of other non-standard EI iron core can also be derived, which avoids the shortcomings of traditional experience-based determination of the value of coefficient K, resulting in excess design or insufficient capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法
本专利技术涉及变压器
，具体涉及一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法。
技术介绍
变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，变压器工程师在对产品进行初步设计时，往往首先考虑的是根据负载容量来选取相应的铁芯，在一般的变压器设计书籍或电工手册中均使用了以下经验公式：P＝(Sc/K)xP：变压器输出容量(W)Sc：铁芯柱横截面积(cm2)K：经验系数x：指数，对于EI叠片硅钢铁芯，指数x一般取2对于经验系数K，工程师们各有观点，根据自身所涉足行业的深浅对于不同类型的变压器都有自认为最合理的取值范围，而往往这是在固定的模式下或有限的实验数据支撑下得出的数据。比如，50Hz的小型单相工频变压器，当采用标准EI叠片硅钢铁芯时，K值大多取0.8～1.2之间(实际上这个系数也不精确)。所述标准EI叠片硅钢铁芯片由E型与I型冲制片组成，一般采用对插的方式交叉叠片。业内标准EI片尺寸已形成系列化、标准化，例如：EI48、EI57、EI60、EI66、EI76.2、EI85.8、EI96、EI114、EI133.2、EI152.4等，若设标准EI片边柱宽度为n，则窗口宽度为n、窗口高度为3n、铁芯中柱宽为2n、铁芯总宽为6n、铁芯总高为5n；此处假设铁芯叠厚为a*2n，a为倍数。EI48表示铁芯总宽为48mm，即6n＝48.随着市场用户的需求，而往往也会遇到一些非标准的EI型铁芯，或更高频率的变压器，比如400Hz等，那经验系数K又该如何选取呢，在没有类似的实验数据条件下往往会选取铁芯过大或过小。因此，对于式(1)经验系数K的具体算法有必要做更进一步的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法，并提供了K的计算式，适用于标准的EI铁芯，非标的EI铁芯也同样可以用此方法进行推导。步骤如下：第1步，列出经验公式：P＝(Sc/K)2--------------------------------------------(1)P：变压器输出容量(W)Sc：铁芯柱横截面积(cm2)K：经验系数第2步：求变压器输出功率P2与铁芯面积乘积Sc*Sm的关系1)、变压器输入功率：P1＝U1*I1---------------------------------------------(2)式中，P1：输入功率(VA)，U1：输入电压(V)，I1：输入电流(A)2)、输入电流与导线截面的关系：由j1＝I1/Q1导出I1＝j1Q1----------------------(3)式中，j1：电流密度(A/mm2)，Q1：导线有效截面积(mm2)3)、由电磁感应定律得：U1＝4.44W1BmScf*10-4--------------------------------(4)式中，W1：初级圈数，Bm:工作磁密(T)，Sc：铁芯有效横截面积(cm2)f：工作频率(Hz)4)、将式(4)代入式(2)得：P1＝4.44W1BmScf*10-4I1--------------------------------(5)5)、将式(3)代入式(5)得：P1＝4.44W1Q1Bmj1Scf*10-4-------------------------------(6)式中W1Q1为铁芯窗口有效利用面积，设初次级各占一半，则有：W1Q1＝0.5Sm*102-------------------------------------(7)式中，Sm为铁芯有效窗口面积，即铁芯窗口中铜线截面积6)、将式(7)代入式(6)得变压器输入功率：P1＝2.22Bmj1SmScf*10-2--------------------------------(8)7)、变压器输出功率P2：P＝P1*η＝2.22fBmjSmScη*10-2--------------------------(9)式中，η：效率，j1：直接用j代替，P2：直接用P代替Sm：铁芯有效窗口面积，即铁芯窗口中铜线截面积(cm2)第3步：将面积乘积Sc*Sm转换为铁芯柱横截面积ScSc*Sm＝(2n*a2n*0.95)*(n*3n*0.35)＝(2n*a2n*0.95)*[(1.05/3.8a)*(2n*a2n*0.95)]＝(1.05/3.8a)*(2n*an*0.95)2＝(1.05/3.8a)*Sc2----------------------------(10)式中，0.95为叠片系数，0.35为窗口有效利用系数第4步：将式(10)代入式(9)并转换为式(1)的格式第5步：将式(11)与式(1)相比较得出系数K上式即为标准EI铁芯经验系数K的计算式所述标准EI叠片硅钢铁芯，由E型与I型结构的冲片EI组成，采用对插的方式交叉叠片，所述EI片边柱宽度为n，则窗口宽度为n、窗口高度为3n、铁芯中柱宽为2n、铁芯总宽为6n、铁芯总高为5n；假设铁芯叠厚为a*2n，a为倍数。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法，导出了经验公式K的计算式，并列出了其推导过程。避免了全靠经验的粗放式变压器设计，会使计算更加精细化。附图说明利用附图对专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。附图1是本专利技术一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数的推导步骤；附图2是EI叠片硅钢铁芯示意图；附图3是窗宽为2n时的EI叠片硅钢铁芯示意图；附图4是窗高为6n时的EI叠片硅钢铁芯示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据图1、图2、图3和图4所示，并结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。实施案例1图2是EI叠片硅钢铁芯示意图，业内通常以铁芯总宽(6n)命名铁芯型号，单位为mm。例如EI48，则n＝48/6＝8mm。设叠厚a2n＝30mm，试求此硅钢叠片铁芯容量为多大？先计算叠厚系数a＝a2n/2n＝30/16＝1.875，若设f＝50Hz,Bm＝1.5T,j＝5A/mm2,η＝80％，将此参数代入式(12)计算系数K则变压器容量P为：P＝(Sc/K)2＝(16*30*10-2/1.01)2＝22.5W此处Sc为铁芯中柱截面积，即放线圈的柱子，即2n*a2n。实施案例2图2是标准EI片尺寸图，例如EI114，则n＝114/6＝19mm。设叠厚a2n＝60mm，试求此硅钢叠片铁芯容量为多大？先计算叠厚系数a＝a2n/2n＝60/38＝1.58，若设f＝50Hz,Bm＝1.35T,j＝3A/mm2,η＝85％，将此参数代入式(12)计算系数K则变压器容量P为：P＝(Sc/K)2＝(38*60*10-2/1.226)2＝346W此处Sc为铁芯中柱截面积，即放线圈的柱子，即2n*a2n。实施案例3非标铁芯，如附图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法，其特征在于，步骤如下：第1步，列出经验公式：P＝(Sc/K)

【技术特征摘要】
1.一种由变压器铁芯截面积计算功率的K系数计算方法，其特征在于，步骤如下：第1步，列出经验公式：P＝(Sc/K)2--------------------------------------------(1)P：变压器输出容量(W)Sc：铁芯柱横截面积(cm2)K：经验系数；第2步：求变压器输出功率P2与铁芯面积乘积Sc*Sm的关系1)、变压器输入功率：P1＝U1*I1---------------------------------------------(2)式中，P1：输入功率(VA)，U1：输入电压(V)，I1：输入电流(A)2)、输入电流与导线截面的关系：由j1＝I1/Q1导出I1＝j1Q1----------------------(3)式中，j1：电流密度(A/mm2)，Q1：导线有效截面积(mm2)3)、由电磁感应定律得：U1＝4.44W1BmScf*10-4--------------------------------(4)式中，W1：初级圈数，Bm:工作磁密(T)，Sc：铁芯有效横截面积(cm2)f：工作频率(Hz)4)、将式(4)代入式(2)得：P1＝4.44W1BmScf*10-4I1--------------------------------(5)5)、将式(3)代入式(5)得：P1＝4.44W1Q1Bmj1Scf*10-4-------------------------------(6)式中W1Q1为铁芯窗口有效利用面积，设初次级各占一半，则有：W1Q1＝0.5Sm*102-------------------------------------(7)式中，Sm为铁芯有效窗口面积，即铁芯窗口中铜线截面积6)、将式(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞翠，冉瑞刚，
申请(专利权)人：刘飞翠，
类型：发明
国别省市：广东,44