绕组的高频特性及其对损耗的影响
磁件绕组损耗

磁件绕组损耗全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:磁件绕组损耗是电磁设备中常见的一种能量损失,也是影响设备性能的重要因素之一。
磁件绕组损耗是指在电磁场中,由于绕组电流通过磁性材料而产生的磁动损耗和铜损耗,导致绕组受热、温升和能量损失的现象。
本文将从磁件绕组损耗的定义、原因、影响因素和减少方法等方面进行介绍,以增加读者对这一问题的了解。
第一部分:磁件绕组损耗的定义1. 绕组电流造成的铜损耗:当绕组通电时,绕组中的电流会通过导线流动,导线的电阻会产生一定的热量。
这种热量被称为铜损耗,是磁件绕组损耗中的一个重要组成部分。
2. 磁动损耗:当绕组电流通过磁性材料时,会在磁性材料中产生磁场,磁场的变化会引起磁性材料中的分子发生相对运动,从而消耗一定的能量。
这种能量损失称为磁动损耗,也是磁件绕组损耗的一个重要原因。
1. 绕组电流大小:绕组电流越大,铜损耗和磁动损耗就会越大,导致绕组温升更高、电阻增加、损耗增加。
2. 磁性材料的品质和特性:不同的磁性材料有着不同的导磁性、电导率等特性,会影响磁性材料的磁动损耗。
3. 绕组的结构和工艺:绕组的结构和工艺对磁件绕组损耗也有一定的影响,不同的绕组工艺会导致不同的损耗情况。
1. 优化绕组设计:合理选择导线规格、绕组结构和层数等参数,尽量减小绕组的电阻和磁动损耗。
3. 控制绕组工作温度:避免绕组长时间过载工作,及时散热,减小绕组温升,降低损耗。
4. 加强设备维护:定期检查设备运行情况,发现问题及时维修,延长设备寿命,减少绕组损耗。
第二篇示例:磁件绕组损耗是指在电力变压器、电机等磁性材料中绕组中流过电流时,由于电阻引起的能量损耗。
磁件绕组损耗是磁性材料与电流之间能量的转换过程,会产生热量。
这种损耗是电机、变压器等设备正常运行过程中必然存在的,但一定程度上是可以控制和减少的。
在磁性材料中,绕组是导电材料,通常是铜线。
当在绕组中通以电流时,电流会引起导线产生磁场,从而与磁芯中的磁场相互作用,产生磁能和电能相互转换。
软磁材料高频磁化特性和损耗特性分析

图14种软磁材料的相对磁导率软磁材料高频磁化特性和损耗特性分析李盈(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京102206)摘要:磁芯材料的工作磁通密度和损耗是决定高频变压器的体积和效率的关键。
现测量分析了4种典型的软磁材料———硅钢、铁氧体、非晶和纳米晶在宽频范围内的磁化特性和损耗特性,为变压器磁芯材料的选型提供了依据。
结果表明,纳米晶的饱和磁感应强度仅次于硅钢,高于非晶和铁氧体。
纳米晶的磁导率远大于其他材料,而且宽频特性更加平稳,高频下损耗远小于其他材料。
关键词:高频变压器;磁芯;软磁材料;磁化特性;损耗特性0引言高频变压器广泛应用于高频开关电源、高频逆变电源及大功率DC -DC 变换器等场合[1-4]。
提高高频变压器的工作频率可以提高能量密度、减小体积,有助于电源和变换器设备的集成化设计。
然而随着工作频率的升高,变压器的铁芯损耗和温升也随之增加[5-8]。
因此,需要根据高频变压器铁芯材料的磁化特性和损耗特性,选择合适的工作频点。
目前,用于高频变压器磁芯的典型材料有硅钢、铁氧体、非晶、纳米晶,这4种典型磁芯材料的磁化特性、饱和磁密、矫顽力、磁导率、电阻率、磁滞伸缩系数、居里温度和叠片厚度等性能在很大程度上决定了高频变压器的工作品质[9-10]。
本文依托华北电力大学国家重点实验室的软磁材料测试平台,通过实验测量获得了硅钢、铁氧体、非晶、纳米晶4种软磁材料在1~20kHz 频率范围内、不同磁感应强度下的磁化特性与损耗特性。
在此基础上,提出了供能系统高频变压器选材和工作频点的设计建议。
1软磁材料的磁化特性软磁材料的饱和磁感应强度表达了该材料中最大能够导通的磁通密度。
材料具有高饱和磁感可以减小软磁材料用量,有利于降低磁性器件的铁损,并节约其他材料,如线圈铜导线等,减小设备体积。
磁导率是反映磁性材料激磁能力的重要指标。
软磁材料的磁导率一般会随着频率发生变化,为了保证高频设备工作在最佳频点,对4种软磁材料的磁导率随着频率变化情况进行了测量。
面向电力电子变压器应用的大容量高频变压器技术综述

4、大容量高频变压器的检测与 维护
4、大容量高频变压器的检测与维护
为了保证大容量高频变压器的可靠性和稳定性,需要进行严格的检测和维护。 检测主要包括电气性能测试、机械性能测试和环境适应性测试等。电气性能测试 主要包括电压比、阻抗、绝缘电阻等测试项目,以检验变压器的电气性能是否符 合设计要求。机械性能测试则主要包括振动测试、冲击测试和寿命测试等,以检 验变压器的机械强度和稳定性。环境适应性测试则主要包括高温、低温、湿度等 环境因素对变压器性能的影响。
参考内容
内容摘要
电力电子变压器是现代电力系统中不可或缺的重要组成部分,而高频变压器 在其中扮演着关键的角色。本次演示将深入探讨电力电子变压器中高频变压器磁 芯和绕组特性的相关问题,以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
内容摘要
在过去的研究中,高频变压器得到了广泛的。它的基本原理是通过在变压器 铁芯上绕制线圈,利用电磁感应原理实现电能的传递。由于高频变压器的频率较 高,因此具有小型化、高效化和轻量化等优点。在电力电子变压器领域,高频变 压器的设计主要涉及到磁芯和绕组的特性,这些特性对变压器的性能和稳定性有 着至关重要的影响。
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1、可以实现交直流的自由转换,提高电网的灵活性和稳定性; 2、可以实现能量的双向传递,提高能源利用效率;
一、交直流配电网电力电子变压器的概念和应用背景
3、具有较宽的调节范围,可以满足不同负荷的需求;
4、具有较高的效率,可以减少 能源损耗。
4、具有较高的效率,可以减少能源损耗。
在实际应用中,交直流配电网电力电子变压器已经得到了广泛的应用,例如 风力发电、太阳能发电、直流微电网、智能楼宇等领域。
主体部分
1、大容量高频变压器的技术概 述
基于高频变压器纳米晶磁芯损耗分析与计算

基于高频变压器纳米晶磁芯损耗分析与计算高频变压器在各种电子设备中起着十分重要的作用,它能将电压从一种电路传递到另一种电路,并且在传输电力的同时对电压进行改变。
高频变压器里面的磁芯是其中的重要组成部分,决定了变压器的性能。
纳米晶磁芯是一种新型材料,具有低损耗,高饱和磁感应强度,高磁导率和低饱和磁压等优点,适合进行高频变压器的磁芯材料。
本文将对基于高频变压器纳米晶磁芯的损耗进行分析与计算,并探讨其在高频变压器中的应用。
1. 引言高频变压器是一种用于高频电力电子系统中的电势变换器,是电力电子技术中的核心部件,广泛用于计算机电源、通信设备、光纤通信、电动汽车充电桩、充电器等各种电子产品中。
高频变压器的性能取决于其磁芯材料的损耗情况,而纳米晶磁芯因其优异的性能而逐渐成为高频变压器的理想选择。
研究基于高频变压器纳米晶磁芯的损耗分析与计算对提高高频变压器的性能具有重要意义。
2. 纳米晶磁芯的特性纳米晶磁芯是晶体粒径在纳米级别的铁基非晶材料,具有以下几项重要特性:(1) 低损耗:纳米晶磁芯由于其晶体粒径极小,磁畴壁的位置多且扭曲,从而大大减小了磁滞损耗和涡流损耗,因此具有较低的总损耗。
(2) 高饱和磁感应强度:纳米晶磁芯能在较高的磁感应强度下仍保持良好的磁导率。
(3) 高磁导率:纳米晶磁芯具有良好的磁导率,能够有效地传导磁场,减小磁芯中的涡流损耗。
(4) 低饱和磁压:纳米晶磁芯的饱和磁压较低,能够在较大的磁场下保持较高的饱和磁感应强度。
由于上述特性,纳米晶磁芯成为高频变压器材料的首选之一,并在高频电力电子设备中得到广泛应用。
3. 高频变压器纳米晶磁芯的损耗分析高频变压器的损耗主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。
纳米晶磁芯的磁滞损耗主要来源于晶格的畸变和磁畴的转向,而涡流损耗主要来自于交变磁场中的涡流感应。
对纳米晶磁芯的损耗进行分析是十分重要的,有利于进一步优化高频变压器的设计和性能。
(1) 磁滞损耗分析纳米晶磁芯的磁滞损耗与交变磁场有关,其磁滞损耗可以通过磁滞回线面积来表示。
电感线圈的品质因素Q

电感线圈的品质因素Q因数Q是表示线圈质量的一个重要参数。
Q值的大小,表明电感线圈损耗的大小,其Q值越大,线圈的损耗越小;反之,其损耗越大。
品质因数Q的定义为:当线圈在某一频率的交流电压下工作时,线圈所呈现的感抗和线圈直流电阻的比值。
它可以用公式表达如下:式中:w--工作角频率L--线圈电感量R--线圈总耗损电阻根据使用场合的不同,对品质因数Q的要求也不同。
对调谐回路中的电感线圈,Q值要求较高,因为Q值越高,回路的损耗就越小,回路的效率就越高;对鹅合线圈来说,Q值可以低一些;而对于低频或高频扼流圈,则可以不做要求。
实际上,Q值的提高往往受到一些因素的限制,如导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗、铁心和屏蔽引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等。
因此,线圈的Q值不可能做得很高,通常Q值为几十至一百,最高也只有四五百。
电感的主要特性参数1电感量L及精度电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。
除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。
线圈电感量的大小,主要决定于线圈的直径、匝数及有无铁芯等。
电感线圈的用途不同,所需的电感量也不同。
例如,在高频电路中,线圈的电感量一般为0.1uH—100Ho电感量的精度,即实际电感量与要求电感量间的误差,对它的要求视用途而定。
对振荡线圈要求较高,为o.2-o.5%。
对耦合线圈和高频扼流圈要求较低,允许10—15%。
对于某些要求电感量精度很高的场合,一般只能在绕制后用仪器测试,通过调节靠近边沿的线匝间距离或线圈中的磁芯位置来实现o2感抗XL电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆。
它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL3品质因素Q线圈的品质因数品质因数Q用来表示线圈损耗的大小,高频线圈通常为50—300。
对调谐回路线圈的Q值要求较高,用高Q值的线圈与电容组成的谐振电路有更好的谐振特性;用低Q值线圈与电容组成的谐振电路,其谐振特性不明显。
绕组结构对介质损耗测量的影响分析

误 判 断 。例 如 ,系统 内 已 多 次 发 生 因变 压 器 绕 组 影 响 导 致 套 管 介 损 测 试 结 果 异 常 的情 况 ,另 外 , 电容式 电压 互 感 器பைடு நூலகம்由于 中 间变 压 器 绕 组 的 不 同状 态 导 致测 试 结 果 差 异 的情 况 ,也 属 于 试 验 回路 的 影 响 ,现 场 人 员 很 容 易 造 成 误 判 断 。在 此 , 以变
压 器 ,移 相 网络 输 入 、输 出 电压 相 位 差 既 可 为 正 ,也 可为 负 ,甚 至 基 本 为 零 ,导 致 介 质 损 耗 测 试 结 果 可 能 偏 大 、
偏小 ,也可能无偏差 ,偏差幅值与试验 电压频率有确 定的 关系,现 场试验也 证实 了分析结果 。
关 键 词 :绕 组 结 构 ;介 质 损 耗 ;移 相 网络
中圈分类号 :T 0 . M4 3 2
文献标识码 :A
Ef e to nd n s o d s i a i n f c o e s r m e f c fwi i g n is p to a t r m a u e nt
W ANG n - i Ho g b n, CHEN o g d n Zh n - o g, L1 Ch n y o N u - a
绕 组 结 构 对 介 质 损 耗 测 量 的 影 响 分 析
王红斌 ,陈忠东 ,林春耀
( 东省 电力 试 验 研 究所 ,广 州 5 0 0 ) 广 16 0
摘
要 :绕组结构产生的移相网络作用对现场介 质损耗 试验测试 结果 存在很 复杂的 影响 ,为此 ,以 变压 器套管
介损 测试为例 ,对现 场试验的各种情况进行 了分 析,发现 移相 作 用取 决 于被试 变压 器结构参数 。不 同结构的 变
高频感应线圈损耗大的原因

高频感应线圈损耗大的原因全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:高频感应线圈在电力系统中被广泛应用,例如变压器、感应加热设备等。
高频感应线圈损耗大的问题一直是工程师们头疼的难题。
那么,高频感应线圈损耗大的原因究竟是什么呢?电流密度过大是造成高频感应线圈损耗大的重要原因之一。
在高频电路中,由于电流频率较高,电流在导体中传输时会导致更大的电阻损耗。
特别是当电流密度过大时,线圈内部的导体受到的电磁感应和涡流效应更为明显,从而加剧了线圈的损耗。
设计高频感应线圈时需要合理控制电流密度,以降低损耗。
导体材料的选择也会对高频感应线圈的损耗产生影响。
一般来说,导体的电阻和磁导率是影响感应线圈损耗的关键因素。
选择材料电阻较小、磁导率较高的导体,可以有效减小线圈的损耗。
在实际应用中,铜和铝等优良导体常被用于制作高频感应线圈以降低损耗。
线圈的结构设计也会对损耗产生影响。
通常情况下,高频感应线圈会采用多层绕线结构,以增加线圈的磁耦合度和提高电感。
如果层数太多或者层间绝缘不良,导致导体之间的耦合电容增加,会导致线圈损耗增加。
在设计中需要综合考虑线圈的结构参数,以减小损耗。
外部环境因素也会对高频感应线圈的损耗产生影响。
温度、湿度等因素都会影响线圈的导体电阻以及绝缘性能,进而影响线圈的损耗。
在实际应用中,需要合理设计线圈的绝缘结构、散热结构等,以提高线圈的稳定性和降低损耗。
高频感应线圈损耗大的原因主要包括电流密度过大、导体材料选择不当、结构设计不合理以及外部环境因素影响等。
为了解决这一问题,工程师们需要在设计和制造过程中综合考虑各种因素,以降低线圈的损耗,提高电力系统的效率和可靠性。
【2000字】第二篇示例:高频感应线圈损耗大的原因有很多,主要包括以下几个方面:一、线圈内部电流流动引起的损耗高频感应线圈中,电流的流动会产生导线的电阻性损耗。
由于高频信号的特性,电流会在导线表面集中分布,导致表面电阻增大。
当频率越高时,线圈导线表面电阻就越大,损耗也就越高。
高速永磁同步电动机绕组交流损耗计算

• 80•针对高速永磁同步电动机绕组高频损耗严重,计算较困难的问题,本文利用Ansoft有限元分析软件建立了考虑趋肤效应和邻近效应的有限元模型,对不同供电频率、不同并绕根数以及通风槽口高度对交流损耗的影响进行了详细的分析:电流频率的增大会导致绕组交流损耗增大;多根并绕可以减小导体的集肤效应,但同时也增加了导体的临近效应,选择并绕根数是应综合考虑这两方面因素;适当的增大槽口高度可以有效的减小绕组的交流损耗。
1 引言高速永磁同步电动机具有效率高,功率密度大,体积小、重量轻等优点,在电驱动领域和运动控制等方面有着广泛的应用前景。
在电机绕组中,由于集肤效应和邻近效应的作用,使得导体内部电流密度分布不均,产生附加铜耗。
但由于高速永磁同步电动机工作频率高,电机绕组中电流的集肤效应和邻近效应非常严重,造成电机绕组铜耗增大,给体积小,原本散热就较困难的高速电机增加了散热负担。
故在电机设计及优化时,有必要准确的预测电机定子绕组中的交流损耗(Xi Nan,Charles R.Sullivan.An improved calculation of proximity-effect loss in high-frequency windings of round conductors.PESC,2003;江善林,高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算:哈尔滨工业大学,2010;P.B.Reddy,Z.Q.Zhu,Seok-Hee Han,T.M.Jahns.Strand-Level proximity losses in PM ma-chines designed for high-speed operation(C).Proceedings of the IEEE on electrical machines,2008;倪光正,工程电磁场原理:高等教育出版社,2002)。
本文重点研究了高速永磁同步电机定子绕组在高频时趋肤效应和邻近效应影响下的交流损耗,利用Ansoft有限元分析软件建立了考虑趋肤效应和邻近效应的二维有限元模型,建立了每根导体的模型,研究了不同供电频率、不同绕组并联根数以及不同槽内通风道高度对电机绕组高频下的交流损耗的影响,分析了如何在设计电机的过程中尽可能的减小电机绕组的交流损耗。
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绕组高频效应及其对损耗的影响1.集肤效应1.1集肤效应的原理图1.1表示了集肤效应的产生过程。
图中给出的是载流导体纵向的剖面图,当导体流过电流(如图中箭头方向)时,由右手螺旋法则可知,产生的感应磁动势为逆时针方向,产生进入和离开剖面的磁力线。
如果导体中的电流增加,则由于电磁感应效应,导体中产生如图所示方向的涡流。
由图可知:涡流的方向加大了导体表面的电流,抵消了中心线电流,这样作用的结果是电流向导体表面聚集,故称为集肤效应。
在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念,此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍:一般用集肤深度Δ来表示集肤效应,其表达式为:(1.1)其中:γ为导体的电导率,μ为导体的磁导率,f为工作频率。
图1.1.集肤效应产生过程示意图图1.2.高频导体电路密度分布图高频时的导体电流密度分布情形,大致如图1.2所示,由表面向中心处的电流密度逐渐减小。
由上图及式1.1可知,当频率愈高时,临界深度将会愈小,结果造成等效阻值上升。
因此在高频时,电阻大小随着频率而变的情形,就必须加以考虑进去。
1.2影响及应用在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。
此外,为了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线,这种多股线束称为辫线。
在工业应用方面,利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
考虑到交流电的集肤效应,为了有效地利用导体材料和便于散热,发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线;另外,在高压输配电线路中,利用钢芯铝绞线代替铝绞线,这样既节省了铝导线,又增加了导线的机械强度,这些都是利用了集肤效应这个原理。
集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一,也有可能是最容意被忽略误解的。
与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。
正好相反,集肤效应会因传导体的不同成分,在传递高频讯号时有不连贯的现象。
同样地,在陈旧的线束传导体上,集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动,对于声音造成刺耳的记号。
2邻近效应图2.1表示了邻近效应的产生过程。
A、B两导体流过相同方向的电流IA和IB,当电流按图中箭头方向突增时,导体A产生的突变磁通ΦA-B在导体B中产生涡流,使其下表面的电流增大,上表面的电流减少。
同样导体B产生的突变磁通ΦB-A在导体A中产生涡流,使其上表面的电流增大,下表面的电流减少。
这个现象就是导体之间的邻近效应。
当流过导体的电流相同,导体之间的距离一定时,如果导体之间的相对面积不同,邻近效应使得导体有效截面面积不同。
研究表明:导体的相对面积越大则导体有效截面越大,损耗相对较小。
图2.1.临近效应产生过程示意图图2.2.临近效应示意图图2.3. 一轴对称模型在频率为20KHz时电流密度的分布图临近效应与集肤效应是共存的。
集肤效应是电流主要集中在导体表面附近,但是沿着导体圆周的电流分布还是均匀的。
如果另一根载有反向交流电流的圆柱导体与其相邻,其结果使电流不再对称地分布在导体中,而是比较集中在两导体相对的内侧,形成这种分布的原因可以从电磁场的观点来理解。
电源能量主要通过两线之间的空间以电磁波的形式传送给负载,导线内部的电流密度分布与空间的电磁波分布密切相关,两线相对内侧处电磁波能量密度大,传入导线的功率大,故电流密度也较大。
如果两导线载有相同方向的交变电流,则情况相反,在两线相对外侧处的电流密度大。
3.导体的边缘效应Dowall提出了计算两绕组变压器绕组交流电阻的方法,此方法先将圆导体转化为方形,并作如下假设:①磁场被假定为一维变量,垂直于导体的分量被忽略,并且总磁场强度在每个导体层中为常量;②绕组被假定为无限长片状导体的一部分,电流密度沿每层导体截面是常数,导体边缘效应被忽略;③假定磁芯不存在,线圈在整个磁芯宽度方向上均匀分布;④流过绕组的电压和电流均为正弦波,且线圈无开路。
后来的研究者们对此方法提出了一些修正。
事实上,导体的边缘效应对磁性元件的损耗和漏感等有较大的影响。
绕组的边缘效应会造成由上述假定所限定的一维绕组损耗计算方法所不能计算的额外损耗。
在不同的工作频率下,绕组之间距离不同,造成的交流电阻和漏感不同,对于一个指定的频率,存在一个最佳的距离使得绕组交流电阻最小;绕组在磁芯窗口中的位置对绕组参数也有一定的影响;对于高频变压器,原副边绕组的宽度与绕组损耗和能量的存储也有很大关系:原副边绕组宽度相同时高频变压器可以获得最小的交流电阻和漏感。
有关学者对这种边缘效应进行了详细的研究,使用二维有限元仿真软件,通过对磁场分布和电流分布进行分析证明了绕组边缘效应对绕组损耗和漏感的影响。
因为有限元分析方法对每个设计方案都要单独求解,因此不能提供一般的结论,Soft Switching Technologies Corporation的Nasser H.Kutkut对传统的一维绕组损耗计算方法进行了改进,通过在Dowell方法分析结果上添加一些修正因数,则可以将二维的边缘效应考虑进去。
使用二维有限元的方法分析绕组的边缘效应损耗,通过研究几何因素如绕组间距、位置等对磁场分布和电流分布的影响,进而得出几何因素对绕组损耗的影响,得出了一系列的绕组优化原则。
在大电流时,铜带的使用是比较常见的,但是铜带使用时会出现较明显的绕组边缘效应,电流变成了不均匀分布的形式,可以想象二维场效应是比较严重的。
在分析铜带绕组的二维边缘效应之前,先做一定的假设:①假定电流集中在一个趋肤深度内。
当铜带导体的厚度是当前工作频率对应的趋肤深度的若干倍时,这一点是成立的。
②假定电流密度沿着铜带导体表面是Js,则铜带厚度方向上电流密度的分布满足式(3.1):(3.1)n表示铜带从表面深入到内部的深度,k为结构系数。
在高频的情况下,趋肤深度非常小,导体表面的磁场接近线性磁场,这种情况下,导体表面的电流分布类似于在标量电势作用下的导体表面的静电荷分布,方形铜带问题的分析就可以简化为与之等截面积的椭圆状铜带导体的分析,方形铜带导体和椭圆形铜带导体的截面关系如图3.1所示。
图3.1.铜带的椭圆近似模型分析使用这种假设条件,则可以得到沿着铜带的电流密度分布为式(3.2)所示:(3.2)由式(3.2)可以看出,当x=b或者x=-b时电流密度Js最大。
即铜带在导体的边缘处达到最大值,从磁场分布的角度来看,在铜带导体的边缘处由于边缘效应,磁场垂直于导体的分量会很大,这样就导致了这个磁场分量对铜带导体的切割,铜带绕组的涡流损耗会增大,同时导体边缘处的强磁场会导致电流密度的显著增大。
电流分布是在边缘处很强,中间较为平均,由于边缘处受强磁场的吸引,显示高的电流密度,这种电流密度在端部的重新分布增加了导体的交流电阻,其结果比一维分析的要大很多。
通过优化铜带边缘的场分布,可以减小边缘处的磁场垂直分量,这样可以改善铜带导体电流密度的分布,减小绕组高频损耗。
具体方法是在铜带边缘处使用高磁导率磁芯,减小磁路磁阻,这样就会降低了铜带端部的磁场,减小了端部的电流分布,绕组损耗将会降低,但是需要特殊的磁芯工艺。
4.绕组涡流损耗对于高频变压器,因为存在原边和副边绕组,所以可以通过绕组交错布置的方式小绕组的漏感和涡流损耗。
在绕组交错布置时,因为原、副边绕组的磁势是相反的,此会存在一个去磁效应,磁芯窗口中的磁势会有一定的减小,漏磁场和高频时漏磁场成的导体涡流损耗也会比较小。
对于高频电感而言,它只有一个绕组,磁路中的气隙磁势和绕组的磁势平衡,在窗口中没有其它绕组的磁势可以和电感绕组的磁势相平衡产生去磁效应,因此电感磁芯窗口中的磁势较大,磁场较强。
通过分析可以发现,电感中的磁通主要分为以下几个部分:①主磁路磁通。
这部分磁通是流通在电感磁芯中的磁通,它不会在磁芯窗口中出现,因此它不会切割导体,也不会产生导体损耗。
②气隙边缘磁通,即扩散磁通。
这部分磁通是由于气隙磁势而产生,它在磁芯窗口中出现,在高频时会切割窗口中的导体造成涡流损耗。
③旁路磁通。
这部分磁通不是由于气隙磁势而产生,而是由于相邻磁芯柱之间的磁势差而产生,当气隙较小时,旁路磁通在窗口磁通中占较大比例。
图4.1. 磁通分布图4.1旁路磁通损耗旁路磁通通过磁芯窗口跨过相邻的磁芯柱,在绕组上产生大量的涡流和损耗,气隙的边缘磁通是由于跨过气隙的磁势造成的,而旁路磁通是由于相邻磁芯柱间的磁势差异造成,沿着磁芯柱窗口的磁势分布取决于载流绕组和气隙的位置。
沿着磁芯柱磁势随着载流绕组安匝增大而增加,随着跨过气隙而降低。
通过做出如下一维假设,可以对旁路磁通作一定的分析。
1.假定磁芯磁导率是无穷的,磁场进入磁芯窗口是垂直于磁芯表面的。
2.绕组添满整个磁芯窗口宽度,绕组边缘效应很小,可忽略。
3.对圆导体进行一维等效,变成一片方导体,使用等效厚度和等效电导率,磁场在磁芯窗口中平行于导体表面,属一维分布。
4.气隙可认为很小,边缘磁通很小,对旁路磁通影响很小,然而无论气隙多么小,边缘磁通都存在,因为气隙磁势是存在的。
图4.1.1 Dowell绕组损耗分析模型如图4.1.1所示为磁芯窗口中的第m层铜带绕组,其上、下表面的磁场强度分别Hm1和Hm2,则这层铜带绕组的电流分布和绕组损耗可以通过Dowell方程得出,如式(4.1.1)所示:(4.1.1)(4.1.2)式中k= ,f是工作频率,σeq是铜带的等效电导率,μ是绕组的磁导率,Aeq和W是等效铜带的厚度和宽度。
总的旁路磁通绕组损耗可以通过求和得出,如式(2.1.3)所示:(4.1.3)通过用一维的方式分析旁路磁通可知:绕组的电流密度与沿导体的磁场强度密切相关,不同的气隙位置导致不同的窗口磁势,因此沿导体的磁场强度会有较大的不同,沿导体的电流密度分布也会有较大的不同。
旁路磁通的大小是与磁芯高度方向上的平均磁压降密切相关的。
当气隙处于中间与两端时,磁压分布如下图所示:图4.1.2 EI型(a)和EE(b)型磁芯电感窗口磁势分布图a中的平均磁压降为IN/2,b为IN/4。
假定旁路磁通与底边平行,又由于B=dU*u0/w,可知,a中的磁密必定大于b中的磁密,磁场方向与线圈垂直。
下面是损耗与平均磁压降的关系:图4.1.3 损耗随平均磁压降变化图由图可看出磁压降越低,损耗越低。
由此,如果我们可以将磁压降降得更低,就可得到损耗更低的电感!图4.1.4 磁压降与气隙位置的关系由于它将气隙交错布置,使磁压降在高度方向上出现二次转折,仅为IN/8。
它的损耗比起气隙居中者可再下降约50%。
因此我们可以知道在电感磁势一定的情况下,EE磁芯窗口中的最大磁势是EI磁芯的一半。
磁芯窗口中的最大磁势的减小,有助于减小旁路磁通,进而旁路磁通造成的导体涡流损耗也会减小,所以在选择磁芯时应该引起注意,利用交错气隙可以减少磁芯窗口内的旁路磁通。