PDF《集肤效应、邻近效应、边缘效应、涡流损耗！》

四、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: 式中 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: 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........