導線電流密度的選擇及導線橫截面積的計算

高頻變壓器，因為趨膚效應導線電阻增大，因此需要減小電流密度。頻率與電阻的關系如下：

? 銅導線有一定的電流通過時會發熱，導線越細，電流越大發熱越嚴重，特別像開關變壓器多股線疊繞，發熱更是工程師關注的事情，這里引入電流密度的概念。電流密度是指單位橫截面積通過的電流，國際單位是“安培/平方米”，用方程表達為Jd = Irms/S。Jd由變壓器的允許溫度、磁心溫度特性及所使用的絕緣材料的最高使用溫度決定。根據工程設計經驗，一般來說，變壓器較小時選用較大的電流密度，而較大時選用較小的電流密度。

? 自然風冷與強迫風冷有很大不同：自然風冷時電流密度Jd選為2~4（A/mm2）,強迫風冷時選為3~5（A/mm2）較適宜。

例：設選擇電流密度為Jd = 3.5（A/mm2），I1rms=0.35,計算一次繞組所用的漆包線的橫截面積S為

S = I1rms/Jd = 0.35/3.5 = 0.1(mm2)

若選用內徑為φ0.4的漆包線，則橫截面積S為

確定導線線徑的大小

? 由于集膚效應，電流只在導線的表層流過，其表層厚度稱穿透厚度（用△來表示）或集膚深度。它與頻率的平方根成反比，即△ = 6.61/√f???? 式中：△為穿透厚度，mm; f為頻率，Hz。

? 為了更有效地利用導線，減小集膚效應的影響，一般要求導線線徑小于兩倍穿透深度，即r ≤ 2*△。如果要求繞組的線徑大于由穿透深度所決定的最大線徑時，可采用小線徑的導線多股并繞或采用扁而寬的銅皮來繞制，銅皮的厚度小于2倍穿透深度。

例如：100KHz的頻率下，要求導線的直徑不要大于2*2*△=2*2*6.61/√100000=0.1

確定導線的股數

? 繞組的導線股數決定于繞組中流過的最大有效值電流和導線線徑。在上一步考慮集膚效應確定導線線徑后，再計算繞組中流過的最大有效值電流。

1、一次繞組的導線股數

變壓器一次側有效值電流最大值的計算公式為：

Ip=Po(max)/{η*Uin(min)}。

Po(max)為變壓器的最大輸出功率，W; Uin(min)為整流后直流電壓的最小值。

那么一次繞組的導線股數WNp的計算公式為：

WNp = Ip/(Jd*S)

式中：為導線的電流密度，A/mm2;如何取值，在上面已有介紹；S為每根導線的截面積，mm2。

2、二次繞組的導線股數

二次側的整流方式有兩種：一種是全橋整流方式，另一種是全波整流方式。在全橋整流方式中，變壓器只有一個二次繞組，根據變壓器二次電流關系，二次的有效電流最大值的計算公式為

Iout(max) = n*Ip

在全波整流方式中，變壓器有兩個二次繞組，每個繞組分別提供半個周期的負載電流，因此其有效電流最大值的計算公式為

Iout(max) = Io(max)/√2

式中：Iout(max)為輸出電流最大值。

因此二次繞組的導線股數WNs的計算公式為

WNs = Iout(max) /(Jd*S)

總結

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