1、引言
我們提出工頻變壓器溫升計算的問題,對高頻變壓器的溫升計算也可以用來借鑒。工頻變壓器的計算方法很多人認為已趨成熟沒有什么可討論的,其實麻雀雖小五臟俱全,再成熟的東西也需要不斷創新才有生命力。對于一個單位的工程技術人員來講溫升計算問題可能并不存在,溫升本身來源于試驗數據,企業本身有大量試驗數據,溫升問題垂手可得,拿來主義就可以了,在本企業來說絕對有效,離開了本企業也帶不走那么多數據。但冷靜的考慮一下,任何一個企業不可能生產全系列變壓器,總會有相當多的系列不在你生產的范圍內,遇到一些新問題,只能用打樣與試驗的方法去解決,小鐵心不在話下,耗費的工時與材料都不多,大鐵心耗費的鐵心與線材就要考慮考慮了。老企業可以用這樣簡單的辦法去解決,只不過多花費一些時間罷了,一個新企業或規模不大的企業,遇到這些問題要用打樣與試驗的方法去解決,就耗時比較多了,有時候會損失商機。進入軟件時代,軟件的編寫者如不能掌握這一問題,軟件的用戶將會大大減少。下面就溫升的計算公式進行探討,本文僅提出一個輪廓,供大家參考。
2 熱阻法
熱阻法基于溫升與損耗成正比,不同磁心型號熱阻不同,熱阻法計算溫升比較準確,因其本身由試驗得來,磁心又是固定不變的,熱阻數據由大型磁心生產廠商提供。有了廠家提供的熱阻數據,簡單、實用何樂而不為。高頻變壓器可采用這一方法。而鐵心片供應商不能提供熱阻這一類數據,因此低頻變壓器設計者很難采用。熱阻法的具體計算公式如下:
式中,
溫升ΔT(℃)
變壓器熱阻Rth(℃/w)
變壓器銅損PW(w)
變壓器鐵損PC(w)
3 熱容量法
源于早期的灌封變壓器,由于開放式變壓器的出現這種計算方法已被人遺忘,可以說是在考古中發現。這種計算方法的特點是把變壓器看成是一個密封的元件,既無熱的傳導,也無熱的輻射,更無熱的對流,熱量全部靠變壓器的鐵心、導線、絕緣材料消耗掉。這樣引出一個熱容量(比熱)的概念,就可以利用古人留給我們的比熱的試驗數據,準確的計算出變壓器的溫升來。不是所有的變壓器都可以利用這一計算公式,唯獨只有帶塑料外殼的適配器可采用這一方法,這種計算方法準確度猶如甕中捉鱉十拿九穩。若適配器開有百葉窗,那就有一部份熱量通過對流散發出去,如不存在強迫對流,百葉窗對溫升的影響只在百分之三左右。上一代的變壓器設計工作者對這一計算方法很熟悉,現在的變壓器設計工作者根據此線索,進行考古也會有收獲。熱容量法的計算模式如下:
式中,溫升ΔT(℃)
變壓器質量Gt(g)
變壓器銅損PW(w)
變壓器鐵損PC(w)
T—加熱時間常數(s)
At—變壓器散熱面積(cm2)
Ct——變壓器比熱(w·s/℃·g)
CC——鐵心比熱(w·s/℃·g)
GC——鐵心質量(g)
cw——導線比熱(w·s/℃·g)
Gw——導線質量(g)
cis——絕緣材料比熱(w·s/℃·g)
Gis——絕緣材料質量(g)
Gt——變壓器質量(g)
4 散熱面積法
散熱面積法基于熱量全部由變壓器表面積散發出去,這種算法有三種類型:
4.1 統算法
不管變壓器的鐵損銅損統統加起來,讓他從變壓器表面積散發出去,環型變壓器常采用這一形式。有兩種公式:
1)第一種形式
α——變壓器散熱系數(w/cm2·℃)
At——變壓器散熱表面積cm2
2)第二種形式
4.2 熱交換法
熱交換法的理論認為若鐵心的溫度與線圈的溫度不同,為達到溫度平衡鐵心與線圈之間必需進行熱交換,熱交換有三種形式,一是鐵心溫度高線圈溫度低,鐵心向線圈傳熱,二是鐵心溫度低線圈溫度高,線圈向鐵心傳熱,三是鐵心溫度與線圈溫度相等,互不傳熱,這樣計算方法與統算法相似,只不過他要先計算出鐵心與線圈的溫度后才能下結論,統算法是不管三七二十一,鐵心與線圈溫度是多少只有一種算法,
1)計算線圈與鐵心初始溫升比
2)計算線圈與鐵心間熱平衡系數k
3)計算修正前溫升Δτw0
Aw——線圈散熱面積(cm2)
鐵心散熱面積AC與線圈散熱面積AW之比
αw0——線圈散熱系數(w/cm2·℃)
散熱面積的計算也有三種,第一種認為變壓器底部的面積是不能散熱的,是將變壓器底部表面積不計入變壓器的散熱