我公司设计中频变压器基本原理.doc

我公司设计中频变压器基本原理 我公司生产各种铁芯、非晶体及铁氧体中高频变压器，频率从50—30000HZ，广泛用于表面淬火、透热等各种适应加热的领域内，为使客户充分了解及使用本公司的各种变压器，我们编写以下说明，供我厂广大客户参考。 目 录 目录 1 1.中频变压器 2 1.1变压器的用途 2 1.2变压器的工作 2 1.3 线圈的正确结构和尺寸的确定 4 1.4 线圈的结构形式 6 1.5 磁导体 7 2.中频变压器的近似计算 11 2.1 原始数据 11 2.2 铁心截面形状和尺寸的选定 12 2.3 铁心内的感应密度和损耗系数的求法 13 2.4 铁心的热力计算 13 2.5 规定工作状态的计算 14 2.6 磁轭的计算 15 2.7 变压器线圈和绝缘套的计算 16 2.8 磁导体的尺寸 19 2.9 磁导体的重量和铁损 20 2.10变压器的电压、功率和效率的计算 21 2.11 磁导体冷却系统的计算 22 2.12 线圈冷却系统的计算 24 1.中频变压器 1.1变压器的用途 为了造成磁场，以便将所需的能量在规定的短时间内输送给被加热零件，这就必须有足够的电流通过感应器。零件的几何尺寸、形状以及所需的加热强度决定着感应器的结构、感应器与零件的相对位置、电流的频率、所采用的加热方法和完成该项加热过程所必需的功率。 在每种不同的加热情况下，加到感应器的电压都是有一定范围的：在500到15000周的声频范围内，感应器上每匝的电压一般为15—100伏。我们本文所指中频范围定义为200HZ—30000HZ。 功率为数十或数百千瓦的发电机，若设计成直接用作感应器的电源（即低压电源），是不适宜的。因为在低压时从发电机到负荷的输电线上的损耗很大；采用低压的电容器有很多的困难；且在低压是机动发电机和整个高频装置的效率也将很低。用于中频设备的现代机动发电机的电压一般为750—1500伏。 射频电子管振荡器的电压，由于电子管工作过程的特点，可达数千伏。 采用变压器作为中间环节，就可将半导体变流器的高压变为感应器所需的低压。虽然在变压器内不免有若干损耗，但是如能遵循设计变压器的一定原则，就可使这项能量损耗减小到只占中频装置消耗总能量中的一小部分。 1.2变压器的工作 由于中频技术的特点，在感应加热设备内必须采用专用的中频变压器。设计此种变压器时，应当考虑到由于中频电流的固有物理现象而产生的一些要求，以及变压器的工作条件。 我们知道中频电流通过导体时并不是均匀分布在整个导体截面上。随着频率的增高，电流就会由于所谓趋肤效应而趋向导体的表面层。在卷成环状或螺旋状的导线内，中频电流不是均匀的分布在导线的表面层中，而是大部分集中在环圈的内侧。这种现象叫做线圈效应。 如果中频电流沿两根彼此直接相邻的导线流过，且电流的方向相反（例如在来回两线中往往如此），则导线内电流密度最大的部分是两导线彼此相对的一侧。这种现象叫做邻近效应。 如果把一块金属放在中频磁场内，则金属内便产生感应电流，而使金属发热。磁性材料的这种发热现象尤其显著。 上述各种现象在中频变压器中也都存在。这种现象便决定着中频变压器的结构特征。中频变压器的特点就在于它的工作状态。 用同时加热法加热金属零件以进行淬火及熔焊时，加热的时间是极短的，一般为4—10秒钟。而冷却、取下零件和装放新零件却要花费较多的时间。因此变压器承受符合的时间仅为每个工作循环的一部分。 用连续加热法加热很大很重的零件时，一个工作循环中的工作时间部分增加了，但其中的非工作部分时间也延长，因为更换较大的零件所需地时间自然要比较多些。但自动淬火机例外，因为它可以不间断地进行加热。 这种在工作中插有或长或短停顿时间的周期性负荷称为反复短时负荷。如果在停顿时间内，因结构的各部分损耗而产生的余热，能由相当的冷却系统完全冷却，那么在上述这一类工作状态下，变压器可容许短时间负荷工作，但在连续工作的状态下却不容许。 用水冷却时，磁导体能够承受住短时间的过热负荷，因此就有可能缩小磁导体的尺寸、节省材料、减少漏磁通，并提高变压器的效率。 同时还需考虑变压器的某些工作条件，这些条件虽然对变压器的结构影响不大，但却使对变压器的要求愈加复杂化。这就是：变压器周围空气的湿度，由于淬火用的水不断蒸发而增加，水分可能间接的侵入变压器，也可能由于冷却系统损坏而直接流入变压器。 在工作过程中，变压器还可能受到机械力的作用。这种作用是由于淬火机上固定变压器的那一部分有了移动，以及电动现象所引起，后者当功率大、频率较低时特别显著。 变压器一般是装在淬火机上，因此可能还必须缩小它的尺寸和减轻重量。 变压器的效率应尽可能提高。 计算证明，变压器的效率降低1%，就能引起相当大的电能过耗，且与淬火设备的功率成比例的增加。例如功率为100千瓦的变压器，