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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]:20385
【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...

    与绕组结构形状有关的一个重要方面是初级绕组和次级绕组宽度的平衡效应。这里研究三种绕组结构的边缘效应(如图11所示),其结构有三种状况:状况Ⅰ,初级绕组的宽度小于次级绕组的宽度;状况Ⅱ,初级绕组的宽度大于次级绕组的宽度;状况Ⅲ,初级绕组的宽度等于次级绕组的宽度。在状况Ⅰ中,初级绕组匝间密绕;而在状况Ⅱ中,初级绕组是匝间松散卷绕,所以其宽度比次级绕组宽。在状况Ⅲ中,初级绕组均匀卷绕并填塞整个窗口宽度。这些绕组被排列成交替的四层结构(次级——初级——次级——初级)。初级绕组是用截面积为635圆密耳的24AWG单股线绕制而成(注,AWG为美国线规),次级是由5密耳的铜薄带绕制而成的。

图11 用于研究边缘效应与绕组宽度的绕组结构

图12表示“状况Ⅰ”的磁场和电流密度的分布情况。边缘效应引起一个使交流电阻和漏感增大的正交磁场。在直流工作时,绕组的电阻为74.46mΩ;在500KHz时,在没有Z向磁场分量的情况下,交流电阻为101.79mΩ。而当存在Z向磁场和r向磁场的情况下,交流电阻为130.31mΩ。这种绕组结构的边缘效应使交流电阻增长了22%。通过对“状况Ⅰ”和“状况Ⅲ”的磁场分布进行比较,可以看出,在不同于“状况Ⅰ”时,初级绕组顶端和薄带边缘顶端之间的漏磁场占用大量的体积,这种情况意味着大量的体积被用于能量贮存。此外,由于磁力线弯曲离开初级绕组顶端处的次级薄带,使部分次级薄整未被利用起来。当初级绕组与次级绕组具有相同宽度时(状态Ⅲ),存在的漏能体积急剧减小,更多的薄带被利用,如图13所示。对于“状态Ⅰ”,采用“次级——初级——次级——初级”的绕组结构,其交流电阻和漏感分别为130.3mΩ和318nH。对于“状况Ⅲ”,则分别降到115mΩ和258nH。交流电阻和漏感各自下降了12%和19%。对于“状况Ⅱ”,还计算了功率损耗和能量贮存,见表3。结果表明,与“状态Ⅲ”相比,“状态Ⅱ”的交流电阻和漏感分别高了29%和35%。

图13 状况Ⅲ时S-P-S-P绕组结构的磁场和电流分布

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