为了详细研究磁场特性,按照绕组间间隙的函数关系,假设绕组的位置处于窗口区的中央,如图1所示。这时铁心对磁场分布的影响最小。初级绕组和次级绕组都用5密耳(h=5mil)厚度的铜薄带绕制而成。两导体之间的间隙值Ds取0.5h~30h的范围之内。图2表示在500KHz时Ds=2h情况下的磁场和电流分布状态。图2表明,薄带绕组顶端磁力线的弯曲意味着存在切向的磁场分量(即r方向的分量)和正交磁场分量(即Z方向的分量)。切向磁场分量使电流聚集在界面区域,而正交磁场分量使电流聚集在薄带的末端。
图3示出了同样结构的绕组之磁场分布,其层间间隙由2h增大到10h,激励频率仍然是500KHz。从图3中可以明显地看出,当两层间的间隙增大时,漏磁场分布在较大的区域。因此,当绕组间的间隙增大时,漏感也就增大。
图3 在500KHz.Ds=2h时的磁场分布
图4 变压器的ac电阻与不同间隙Ds和频率f的函数关系
图4和图5表示当两个薄带绕组之间的间隙从0.5h增大到1.5h时,在不同频率下变压器的交流电阻与漏感的状况。从图中可以看到,漏感随着间隙的增大而单调递增,而交流电阻并非间隙的单调函数。对于每一个频率,间隙Ds开始增大时,交流电阻则下降,但当间隙继续增大时,交流电阻也开始增大。这表明了在两个绕组之间存在着最佳间隙,“最佳间隙”相当于每个频率的最小功率损耗点。图6表示最佳间隙与频率的函数关系,其中频率是按趋肤深度δ和导体厚度归一化的。
图5 变压器的漏感与不同间隙Ds和频率f的函数关系