變壓器的溫升計(jì)算方法

１、引言
　　我們提出工頻變壓器溫升計(jì)算的問(wèn)題，對(duì)高頻變壓器的溫升計(jì)算也可以用來(lái)借鑒。工頻變壓器的計(jì)算方法很多人認(rèn)為已趨成熟沒(méi)有什么可討論的，其實(shí)麻雀雖小五臟俱全，再成熟的東西也需要不斷創(chuàng)新才有生命力。對(duì)于一個(gè)單位的工程技術(shù)人員來(lái)講溫升計(jì)算問(wèn)題可能并不存在，溫升本身來(lái)源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，企業(yè)本身有大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，溫升問(wèn)題垂手可得，拿來(lái)主義就可以了，在本企業(yè)來(lái)說(shuō)絕對(duì)有效，離開了本企業(yè)也帶不走那么多數(shù)據(jù)。但冷靜的考慮一下，任何一個(gè)企業(yè)不可能生產(chǎn)全系列變壓器，總會(huì)有相當(dāng)多的系列不在你生產(chǎn)的范圍內(nèi)，遇到一些新問(wèn)題，只能用打樣與試驗(yàn)的方法去解決，小鐵心不在話下，耗費(fèi)的工時(shí)與材料都不多，大鐵心耗費(fèi)的鐵心與線材就要考慮考慮了。老企業(yè)可以用這樣簡(jiǎn)單的辦法去解決，只不過(guò)多花費(fèi)一些時(shí)間罷了，一個(gè)新企業(yè)或規(guī)模不大的企業(yè)，遇到這些問(wèn)題要用打樣與試驗(yàn)的方法去解決，就耗時(shí)比較多了，有時(shí)候會(huì)損失商機(jī)。進(jìn)入軟件時(shí)代，軟件的編寫者如不能掌握這一問(wèn)題，軟件的用戶將會(huì)大大減少。下面就溫升的計(jì)算公式進(jìn)行探討，本文僅提出一個(gè)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(hào)熱阻不同，熱阻法計(jì)算溫升比較準(zhǔn)確，因其本身由試驗(yàn)得來(lái)，磁心又是固定不變的，熱阻數(shù)據(jù)由大型磁心生產(chǎn)廠商提供。有了廠家提供的熱阻數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單、實(shí)用何樂(lè)而不為。高頻變壓器可采用這一方法。而鐵心片供應(yīng)商不能提供熱阻這一類數(shù)據(jù)，因此低頻變壓器設(shè)計(jì)者很難采用。熱阻法的具體計(jì)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(xiàn)這種計(jì)算方法已被人遺忘，可以說(shuō)是在考古中發(fā)現(xiàn)。這種計(jì)算方法的特點(diǎn)是把變壓器看成是一個(gè)密封的元件，既無(wú)熱的傳導(dǎo)，也無(wú)熱的輻射，更無(wú)熱的對(duì)流，熱量全部靠變壓器的鐵心、導(dǎo)線、絕緣材料消耗掉。這樣引出一個(gè)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(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的計(jì)算出變壓器的溫升來(lái)。不是所有的變壓器都可以利用這一計(jì)算公式，唯獨(dú)只有帶塑料外殼的適配器可采用這一方法，這種計(jì)算方法準(zhǔn)確度猶如甕中捉鱉十拿九穩(wěn)。若適配器開有百葉窗，那就有一部份熱量通過(guò)對(duì)流散發(fā)出去，如不存在強(qiáng)迫對(duì)流，百葉窗對(duì)溫升的影響只在百分之三左右。上一代的變壓器設(shè)計(jì)工作者對(duì)這一計(jì)算方法很熟悉，現(xiàn)在的變壓器設(shè)計(jì)工作者根據(jù)此線索，進(jìn)行考古也會(huì)有收獲。熱容量法的計(jì)算模式如下：

式中，溫升ΔT（℃）
變壓器質(zhì)量Gt（g）
變壓器銅損PW（w）
變壓器鐵損PC（w）
T—加熱時(shí)間常數(shù)（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(zhì)量（g）
cw——導(dǎo)線比熱（w·s/℃·g）
Gw——導(dǎo)線質(zhì)量（g）
cis——絕緣材料比熱（w·s/℃·g）
Gis——絕緣材料質(zhì)量（g）
Gt——變壓器質(zhì)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(fā)出去，這種算法有三種類型：
4.1 統(tǒng)算法
不管變壓器的鐵損銅損統(tǒng)統(tǒng)加起來(lái)，讓他從變壓器表面積散發(fā)出去，環(huán)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(shù)（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(rèn)為若鐵心的溫度與線圈的溫度不同，為達(dá)到溫度平衡鐵心與線圈之間必需進(jìn)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(jì)算方法與統(tǒng)算法相似，只不過(guò)他要先計(jì)算出鐵心與線圈的溫度后才能下結(jié)論，統(tǒng)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(jì)算線圈與鐵心初始溫升比

2）計(jì)算線圈與鐵心間熱平衡系數(shù)k

3）計(jì)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(shù)（w/cm2·℃）
　　散熱面積的計(jì)算也有三種，第一種認(rèn)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(jì)入變壓器的散熱面積，第二種是認(rèn)為變壓器底部雖不能散熱，但底部是安裝在金屬底板也會(huì)散熱，因次將底部的面積計(jì)算進(jìn)去，第三種是變壓器表面不規(guī)則時(shí)為了計(jì)算方便要用等效散熱面積去代替，例如環(huán)型變壓器，采用直徑等于變壓器外徑，高度等于變壓器高度的一個(gè)圓柱體的表面積來(lái)代替變壓器的散熱面積，這三種計(jì)算方法的散熱面積是不同的，所引起的誤差要折算到散熱系數(shù)中，這樣才能使計(jì)算出的溫升基本相同。
　　散熱系數(shù)也有兩種。一種認(rèn)為散熱系數(shù)是常數(shù)，通常是0.8×10－3(w/cm2·℃) 另一種認(rèn)為散熱系數(shù)是一條曲線，鐵心規(guī)格越小散熱系數(shù)越大，隨著鐵心規(guī)格的增大散熱系數(shù)趨向平緩，散熱系數(shù)約在1.5~0.7×10－3 (w/cm2·℃) 之間。
4.3 鐵心采用熱容量法線圈采用散熱系數(shù)法
　　有些環(huán)型變壓器鐵心比較大，鐵損較小，鐵損產(chǎn)生的熱量很小，用熱容量法計(jì)算出的鐵心溫升比線圈溫升小的多，這種變壓器用傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算出的溫升往往比實(shí)際溫升高的多，這就需要將銅損貼補(bǔ)一部分給鐵心才能達(dá)到熱平衡，用手工去算十分麻煩，要反復(fù)計(jì)算，如打樣，有時(shí)鐵心很大（數(shù)公斤到數(shù)十公斤），浪費(fèi)材料很多，如采用軟件來(lái)計(jì)算應(yīng)是輕而易舉的。
5 后記
　　變壓器的結(jié)構(gòu)五花八門，有封閉式與開放式，封閉式有塑殼上開百葉窗與不開百葉窗的區(qū)別，開放式膠心有套裝式、王字、工字、子母套的區(qū)別，還有UL認(rèn)證，在線圈外包一塑料套。溫升的一些計(jì)算方法值得我們探討。例如套裝式與王字型膠心，初、次級(jí)之間有沒(méi)有熱交換？子母套膠心，初、次級(jí)之間除有絕緣材料外還有一個(gè)空氣道。用膠蓋作鐵心與初、次級(jí)絕緣材料的環(huán)型變壓器，鐵心與初級(jí)線圈。初級(jí)與次級(jí)線圈之間存在空氣道，在某些情況下有空氣道的與沒(méi)有空氣道的，溫升相差不大，在另一些情況下溫升會(huì)有大的區(qū)別，這些問(wèn)題在溫升計(jì)算是一樣還是不一樣有待我們?nèi)ヌ剿鳌?br>