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高频变压器的绕组结构与边缘效应分析
[发布时间]:2010年7月26日 [来源]:电子变压器资讯网 [点击率]:9705
【导读】: 设计磁性元件的一项主要技术要求是确保这些器件(如变压器、电感器等)的功率损耗保持在一个可以接受的数值范围内。磁性元件中的趋肤效应与邻近效应都影响总磁场的分布,因此也影响着功率损耗和能量贮存。使用D...

        设计磁性元件的一项主要技术要求是确保这些器件(如变压器、电感器等)的功率损耗保持在一个可以接受的数值范围内。磁性元件中的趋肤效应与邻近效应都影响总磁场的分布,因此也影响着功率损耗和能量贮存。使用Dowell分析法及由其扩展的多种分析方法计算趋肤效应和邻近效应,并且它们已广泛用作预测高频特性和正确地设计磁性元件的分析方法。

    在用这些方法进行分析时,是假定磁场为一维变量:①不计正交磁场,并且假定每个导体层的总磁场强度不变;②假定绕组为无限系数的一部分,因此每层导线表面上的电流密度是恒定的,其中边缘效应完全可以忽略不计;③忽略磁性铁心的存在。

这些分析方法不能预测层间电流密度分布、贯穿整个铁心窗口的轴向和径向磁场强度,或者不能预测任意绕组附近的铁氧体磁心和导体的影响。因此,功率损耗计算仍然存在误差,而且能量贮存值的估算更加困难。为此,在很多情况下,一维分析方法不能进行涡流损耗分析和其它高频计算。基于这种情况,我们需要寻找更精确的分析方法。

对于高频的磁性元件,由于其绕组和铁心的几何结构本身的因素,大多数是不适宜采用解析分析的,所以一般利用二维(2D)有限元分析法(FEM)交流场解算程序来计算磁性元件的磁场和电流分布及其相关的能量贮存和功率损耗。用这种分析方法得到了一种清晰的高漏场和强电流聚集的区域图。这个图形资料在设计最小的损耗的绕组时十分有帮助。

本文的重点是通过对全部采用薄带或薄带和导线组合的绕组建立的模型,分析高频变压器的边缘效应。利用二维有限元分析法(FEM)研究铁心上绕组的位置与绕组的宽度对变压器的交流电阻和漏感的影响,求导了绕组间的最佳间隙及其在每个特定频率产生的最小电阻。正形投影图被用来证明最佳气隙的存在。文章研究了改变铁心与薄带顶端的间隙和铁心与薄带表面之间的间隙对铁心上绕组的影响。同时将分析导线和薄带绕组结构的初、次级绕组宽度对功率损耗和能量贮存的影响。研究表明,当初、次级绕组的宽度相同时,变压器具有最小的交流电阻和漏感。文章向变压器设计师们提供了通过改变绕组结构来降低损耗的方法。

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