电磁分析 — 变压器 — 文章目录
变压器分析以磁路设计（铁芯形状、绕组布置）和损耗评价（铁损、铜损、杂散损耗）为轴，预测效率、温升乃至噪声。从电力用大型设备到高频开关电源的变压器，规模跨度很大，但“如何估算铁芯损耗”这一课题是共通的。漏感的控制直接左右电源电路的工作，因此这里也是电磁分析与电路设计的交汇点。
《斯坦因梅茨方程》一文讲解用 P=k·f^α·B^β 表示铁损的实务标准损耗模型，包括把以正弦波为前提的原式扩展到方波和PWM励磁的iGSE（改进的广义斯坦因梅茨方程）、从数据手册辨识系数，以及与FEM磁通密度分布结合计算损耗图，都是电源设计中每天用到的内容。
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- 铁损（铁心损耗）分析
把变压器和电机铁心损耗分为磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗讲解。用假想电工钢系数计算：50 Hz时涡流损耗约占一成，1 kHz时超过六成；板厚从0.35 mm减到0.20 mm，400 Hz时铁损约减少三成； - 电流互感器（CT）分析
用等效电路计算200/5 A电流互感器。负荷5 VA时比差−0.25%、角差11分，符合0.5级；15 VA时为−0.64%，超出等级。对称故障电流到额定19倍才饱和，但X/R = 15的直流分量完全叠加时， - 高频变压器设计
从法拉第定律求匝数、Steinmetz公式带来的铁损限制和铜的趋肤深度讲解高频变压器设计。算例表明：400 V时50 Hz铁芯所需“截面积×匝数”是100 kHz铁氧体的200倍；但受铁损限制， - 漏感分析
用绕组间储存的磁能求变压器漏感的方法进行讲解。20匝示例中，原副边并排布置时为2.76 μH，把原边分成两半夹住副边后降到0.88 μH；还计算了绕组间隙的影响，以及反激变换器中漏感损失的功率。 - 平面变压器
用Dowell公式计算了用电路板铜箔制作绕组的平面变压器的交流电阻。500 kHz时趋肤深度为93 μm，70 μm铜箔若初级和次级各4层分开叠放，交流电阻为直流的1.55倍，交替叠放为1.03倍。 - 电压互感器（VT/PT）
用等效电路算例讲解测量用电压互感器（VT）的精度。6600/110 V、额定负荷50 VA的VT，负荷越大比值差越向负方向增大，额定负荷时为−0.56%，超出0.5级范围；二次绕组增加0.3%的匝数补偿后， - 斯坦因梅茨方程
讲解斯坦因梅茨方程 Pv=k f^α B^β 的含义与系数读法、适用于三角波磁通的iGSE、与损耗分离的关系，并给出计算示例、FEM后处理步骤以及ΔB与B混淆等常见错误。 - 三相变压器分析
用算例讲解三相变压器分析。用磁路表明：三柱芯式铁心中，轭的磁阻为柱的0.6～1.2倍时，外侧相励磁需要中间相1.26～1.45倍的磁动势，空载电流不平衡。 - 变压器等效电路
以50 kVA、6600/210 V单相变压器为例，讲解由空载试验（250 W）和短路试验（264 V、700 W）求等效电路参数的步骤。电压调整率功率因数1时1.47%，滞后0.8时3.39%， - 绕线损耗分析（交流铜损）
用趋肤深度、邻近效应和Dowell公式的交流电阻系数讲解变压器和电感绕组的交流损耗。通过100 kHz 下改变箔厚与层数的算例，说明导体加厚反而增加损耗的原因以及交错绕法的效果，并总结FEM评估方法。