變壓器的溫升計算方法

１、引言
　　我們提出工頻變壓器溫升計算的問題，對高頻變壓器的溫升計算也可以用來借鑒。工頻變壓器的計算方法很多人認為已趨成熟沒有什么可討論的，其實麻雀雖小五臟俱全，再成熟的東西也需要不斷創(chuàng)新才有生命力。對于一個單位的工程技術人員來講溫升計算問題可能并不存在，溫升本身來源于試驗數(shù)據(jù)，企業(yè)本身有大量試驗數(shù)據(jù)，溫升問題垂手可得，拿來主義就可以了，在本企業(yè)來說絕對有效，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，任何一個企業(yè)不可能生產全系列變壓器，總會有相當多的系列不在你生產的范圍內，遇到一些新問題，只能用打樣與試驗的方法去解決，小鐵心不在話下，耗費的工時與材料都不多，大鐵心耗費的鐵心與線材就要考慮考慮了。老企業(yè)可以用這樣簡單的辦法去解決，只不過多花費一些時間罷了，一個新企業(yè)或規(guī)模不大的企業(yè)，遇到這些問題要用打樣與試驗的方法去解決，就耗時比較多了，有時候會損失商機。進入軟件時代，軟件的編寫者如不能掌握這一問題，軟件的用戶將會大大減少。下面就溫升的計算公式進行探討，本文僅提出一個輪廓，供大家參考。
2 熱阻法
　　熱阻法基于溫升與損耗成正比，不同磁心型號熱阻不同，熱阻法計算溫升比較準確，因其本身由試驗得來，磁心又是固定不變的，熱阻數(shù)據(jù)由大型磁心生產廠商提供。有了廠家提供的熱阻數(shù)據(jù)，簡單、實用何樂而不為。高頻變壓器可采用這一方法。而鐵心片供應商不能提供熱阻這一類數(shù)據(jù)，因此低頻變壓器設計者很難采用。熱阻法的具體計算公式如下：

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)這種計算方法已被人遺忘，可以說是在考古中發(fā)現(xiàn)。這種計算方法的特點是把變壓器看成是一個密封的元件，既無熱的傳導，也無熱的輻射，更無熱的對流，熱量全部靠變壓器的鐵心、導線、絕緣材料消耗掉。這樣引出一個熱容量（比熱）的概念，就可以利用古人留給我們的比熱的試驗數(shù)據(jù)，準確的計算出變壓器的溫升來。不是所有的變壓器都可以利用這一計算公式，唯獨只有帶塑料外殼的適配器可采用這一方法，這種計算方法準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對流散發(fā)出去，如不存在強迫對流，百葉窗對溫升的影響只在百分之三左右。上一代的變壓器設計工作者對這一計算方法很熟悉，現(xiàn)在的變壓器設計工作者根據(jù)此線索，進行考古也會有收獲。熱容量法的計算模式如下：

式中，溫升ΔT（℃）
變壓器質量Gt（g）
變壓器銅損PW（w）
變壓器鐵損PC（w）
T—加熱時間常數(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——鐵心質量（g）
cw——導線比熱（w·s/℃·g）
Gw——導線質量（g）
cis——絕緣材料比熱（w·s/℃·g）
Gis——絕緣材料質量（g）
Gt——變壓器質量（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，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
　　熱交換法的理論認為若鐵心的溫度與線圈的溫度不同，為達到溫度平衡鐵心與線圈之間必需進行熱交換，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，這樣計算方法與統(tǒng)算法相似，只不過他要先計算出鐵心與線圈的溫度后才能下結論，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）計算線圈與鐵心初始溫升比

2）計算線圈與鐵心間熱平衡系數(shù)k

3）計算修正前溫升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·℃）
　　散熱面積的計算也有三種，第一種認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入變壓器的散熱