变压器的温升计算公式

工程师必备电容知识笔记 关于反激变压器的设计 PSR原边反馈开关电源电路设计 关于设计高效高可靠LED灯具的五点忠告 多路输出反激变换器的设计问题 基于LED的离网式太阳能照明系统设计 高功率因数、高可靠性LED驱动器设计 乐大桥：TI收购NS背后的故事

　　1 引言

　　工频变压器的计算方法很多人认为已趋成熟没有什么可讨论的，对于一个单位的工程技术人员来讲温升计算问题可能并不存在，温升本身来源于试验数据，企业本身有大量试验数据，温升问题垂手可得。下面就温升的计算公式进行探讨，本文仅提出一个轮廓，供大家参考。

　　2 热阻法

　　热阻法基于温升与损耗成正比，不同磁心型号热阻不同，热阻法计算温升比较准确，因其本身由试验得来，磁心又是固定不变的，热阻数据由大型磁心生产厂商提供。有了厂家提供的热阻数据，简单、实用何乐而不为。高频变压器可采用这一方法。而铁心片供应商不能提供热阻这一类数据，因此低频变压器设计者很难采用。热阻法的具体计算公式如下:


　　式中，

　　温升ΔT(℃)

　　变压器热阻Rth(℃/w)

　　变压器铜损PW(w)

　　变压器铁损PC(w)

　　3 热容量法

　　源于早期的灌封变压器，由于开放式变压器的出现这种计算方法已被人遗忘，可以说是在考古中发现。这种计算方法的特点是把变压器看成是一个密封的元件，既无热的传导，也无热的辐射，更无热的对流，热量全部靠变压器的铁心、导线、绝缘材料消耗掉。这样引出一个热容量(比热)的概念，就可以利用古人留给我们的比热的试验数据，准确的计算出变压器的温升来。不是所有的变压器都可以利用这一计算公式，唯独只有带塑料外壳的适配器可采用这一方法，这种计算方法准确度犹如瓮中捉鳖十拿九稳。

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　　若适配器开有百叶窗，那就有一部份热量通过对流散发出去，如不存在强迫对流，百叶窗对温升的影响只在百分之三左右。上一代的变压器设计工作者对这一计算方法很熟悉，现在的变压器设计工作者根据此线索，进行考古也会有收获。热容量法的计算模式如下：


　　式中，温升ΔT(℃)

　　变压器质量Gt(g)

　　变压器铜损PW(w)

　　变压器铁损PC(w)

　　T—加热时间常数(s)

　　At—变压器散热面积(cm2)

　　Ct——变压器比热(w·s/℃·g)

　　CC——铁心比热(w·s/℃·g)

　　GC——铁心质量(g)

　　cw——导线比热(w·s/℃·g)

　　Gw——导线质量(g)

　　cis——绝缘材料比热(w·s/℃·g)

　　Gis——绝缘材料质量(g)

　　Gt——变压器质量(g)

　　4 散热面积法

　　散热面积法基于热量全部由变压器表面积散发出去，这种算法有三种类型：

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　　4.1 统算法

　　不管变压器的铁损铜损统统加起来，让他从变压器表面积散发出去，环型变压器常采用这一形式。有两种公式：

　　1)第一种形式:


　　α——变压器散热系数(w/cm2·℃)

　　At——变压器散热表面积cm2

　　2)第二种形式:


　　4.2 热交换法

　　热交换法的理论认为若铁心的温度与线圈的温度不同，为达到温度平衡铁心与线圈之间必需进行热交换，热交换有三种形式，一是铁心温度高线圈温度低，铁心向线圈传热，二是铁心温度低线圈温度高，线圈向铁心传热，三是铁心温度与线圈温度相等，互不传热，这样计算方法与统算法相似，只不过他要先计算出铁心与线圈的温度后才能下结论，统算法是不管三七二十一，铁心与线圈温度是多少只有一种算法，

　　1)计算线圈与铁心初始温升比


　　2)计算线圈与铁心间热平衡系数k


　　3)计算修正前温升Δτw0


　　Aw——线圈散热面积(cm2)


　　铁心散热面积AC与线圈散热面积AW之比

　　αw0——线圈散热系数(w/cm2·℃)

　　散热面积的计算也有三种，第一种认为变压器底部的面积是不能散热的，是将变压器底部表面积不计入变压器的散热面积，第二种是认为变压器底部虽不能散热，但底部是安装在金属底板也会散热，因次将底部的面积计算进去，第三种是变压器表面不规则时为了计算方便要用等效散热面积去代替，例如环型变压器，采用直径等于变压器外径，高度等于变压器高度的一个圆柱体的表面积来代替变压器的散热面积，这三种计算方法的散热面积是不同的，所引起的误差要折算到散热系数中，这样才能使计算下.

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