变压器尺寸与频率

电器工程 变压器
2022-01-13 23:11:36

对于相同的额定功率,60Hz 变压器小于 50Hz 变压器。专为在 kHz 范围内工作而设计的变压器甚至更小。为什么变压器尺寸随频率减小?

4个回答

每个交流循环的电能都转换为磁能,然后再转换回来。变压器可以“存储”的磁能量在其质量上或多或少是线性的。在更高的频率下,这些循环会发生更多,因此相同的变压器将转换更多的功率,或者相同的功率可以通过更小的变压器传输。

到目前为止,其他答案已经给出了直观的解释。如果我们对变压器进行建模,我想向您展示这些方程是如何工作的。

如果我们通过假设空载电阻降非常小来简化变压器,那么我们可以说变压器中的感应电动势等于施加的电压。如果我们假设变压器上没有负载并且我们假设施加的电压是正弦的,感应电动势是正弦的并且磁通是正弦的,我们可以说初级中的感应电动势是 \$e_1=N_1 \frac {d\phi}{dt}\$,其中\$e_1\$ 是感应电动势,\$N_1\$ 是初级匝数,\$\phi\$ 是磁芯中的通量。

正如我上面假设的,\$\phi\$ 是一个正弦曲线,所以我们可以写成 \$\phi = \phi_{max} sin(\omega t)\$。那么我们可以说 \$e_1=N_1 \frac{d\phi}{dt} = \omega N_1 \phi_{max} cos(\omega t)\$。如果我们重新排列它并且还记得我们假设感应 EMF 等于施加的电压,我们得到 \$\phi_{max}= \frac{V}{\sqrt2 \pi f N_1}\$。

基本上,这个等式所说的是,我们的峰值通量与施加的电压成正比,与我们施加的电压的频率和变压器初级的匝数成反比。通量越高,变压器中需要的钢就越多,以将通量密度保持在合理水平,这意味着更高频率的变压器可以更小。

变压器对铁芯充电的周期之间的时间长度随着频率的增加而减少。

想象一下,尝试在双手之间移动棒球 1Hz,然后以 1000 倍的速度尝试……用更小的球可能是可行的,但仍然很困难。

我与存储在变压器铁芯金属中的磁通量有关。开关越快,放电/充电的时间就越少,因此正确的设备将解决这个问题。

对于大多数系统,飞机使用 440hz 变压器和 440hz 交流电,因为它们更小/更轻,而且重量是飞机的一个问题。

处理高功率的变压器的尺寸或多或少与频率成正比,因为铁中损失的功率随着频率的增加而增加,因此 Xmer 加热得更快。因此,为了有效冷却,必须增加表面积,这需要更大的 Xmer。而对于低功率 Xmer,温升并不是什么大问题,它的大小取决于它必须处理的通量(通量越低,Xmer 越小)。通量的数量取决于循环的长度。