变压器磁芯的漏磁分析-世纪电源网

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1、专题报告：变压器中的分布参数及线圈南京航空航天大学Jieminzh@nuaa.edu.cn周洁敏2011年11月12日电源网技术交流会三、分布电容变压器的分布参数一、变压器线圈的漏感二、高频变压器线圈的电磁现象一、变压器线圈的漏感2、变压器磁芯的漏磁分析3、变压器减少漏磁的主要方法1、漏磁产生的理论基础1、漏磁产生的理论基础磁力线从磁性材料中跑到周围的空气中构成闭合回路，这部分磁通称为散磁通，也称“漏磁通”。为了表达漏磁通，经常用漏感表示。（1）磁路与电路的比对电路中电流在电导率高的导体中流动，有“绝缘”和导体之分。磁路中，没有“绝磁”，磁导体

2、和空气都可以有磁力线通过。开关电源中的功率开关由导通状态转变为截止时，漏感中存储的能量就要释放出来，产生很大的尖峰电压，造成电路器件损坏并产生很大的电磁干扰，恶化了效率。设计和绕制变压器时应从磁芯选择、绕组结构和工艺上尽可能减少漏感。然后再用缓冲电路抑制干扰和进行能量回收。（2）开关电源中漏磁或漏感的危害两点间有磁位差就有可能产生漏磁，下面做漏磁分析。2、变压器磁芯的漏磁分析（1）均匀绕线环形磁芯漏磁分析（2）集中绕线的等截面环形磁芯漏磁分析（3）有气隙时环形磁芯磁场漏磁分析（4）有气隙时集中绕线环形磁芯磁场漏磁分析（5）高频变压器的漏磁分析F

3、x——0→x段磁路所匝链的线圈磁势Ucx——0→x段磁芯的磁阻压降Ux——磁路中某x点相对于参考点的磁位差（1）均匀绕线环形磁芯0-x段的磁势磁芯中的磁场强度0-x段磁阻压降0-x段线圈的匝数任意一点的磁位为0，因此理论上没有漏磁x点的磁位前述磁芯磁场分布是沿平均周长方向获得，而沿磁芯径向的磁场分布是不均匀的，磁芯中的磁场分布是内强外弱，且在边界处发生突变。内强外弱（2）集中绕线的等截面环形磁芯线圈磁势（3）带气隙均匀绕制的环形磁芯磁场磁芯和气隙磁阻漏磁最大的地方在哪里？（4）有气隙时集中绕线环形磁芯磁场X=0漏（散）磁通增加了磁位不等于0，散

4、磁通增加线圈安放在中柱上，E型铁芯，初级4匝，次级1匝，初级电流2.5A,次级电流10A。（5）高频变压器的漏磁分析全部初级安匝在窗口产生的磁场强度或0—b段c段因没有线圈，所以磁场强度不变。c其中b+c—d段其中几种常见结构线圈的漏磁分布漏磁最大漏磁大理论上没有漏磁集中绕制变压器的漏磁夹层绕法漏磁分布（2）高频变压器减少漏磁的主要方法要减少漏磁，要降低任何两点间的磁位差，所以对变压器中的磁势分布分析就很重要。下面一组线圈不同绕法的磁势分布图(a)3匝原边，3匝副边的各层线圈磁势分布图在原副边的交界处的最大磁势势3i，(b)原副边各层交替绕制可

5、以使峰值磁势减小交错绕的最大磁势是i(c)双绕组变压器原副边各层交替绕制磁势分布图如果先绕原(副)边再绕副（原）边，则最大磁势为3i。变压器的绕法不同，磁势分布也不同。采用线圈的交错绕法可以降低变压器的漏磁从而减少漏感。二、高频变压器线圈中的电磁现象1、集肤效应2、线圈磁场和邻近效应4、线圈寄生电容3、邻近效应对多层线圈的影响1、集肤效应单根载流导体的磁场离开导线中心越远磁场越弱磁场最强导线内磁场强度，半径x处的磁场强度单根载流导体的磁场强度分布图1-2-34-5-6导线内磁场导线外磁场主电流和涡流之和在导线表面加强，趋向导线中心越弱，电流趋向

6、于导体表面。这就是集肤效应。研究表明：导线中电流密度从导线表面到中心按指数规律下降,导线有效截面积减小而电阻加大。导体的表面电流密度大导体的中间电流密度小工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度Δμ－导线材料的磁导率；γ＝1/ρ－材料的电导率；k－材料电导率（或电阻率）温度系数；铜的电阻率温度系数-请记住集肤效应使导线的有效截面积减少，交流电阻Rac增加，当导线直径大于两倍穿透深度时:穿透深度与导线温度的关系频率单位是赫兹，穿透深度单位是厘米交流电阻是直流电阻的倍数铜导线的穿透深度与频率和温

7、度的关系(1)如果两根导线代替一根，细导线的直径为单导线的穿透截面积两根并联导线的穿透截面积（2）大电流用铜箔，将铜箔切割成骨架的宽度，厚度可以比某开关频率时的穿透深度大37%，铜箔之间需要绝缘。矩形波电流的穿透深度为基波正弦波穿透深度的70%。注意：开关电源中大部分电流波形为矩形波，其中包含有丰富的高次谐波，各谐波穿透深度和交流电阻互不相同。2、线圈磁场和邻近效应高频电流iA高频电流iB两根导线厚度a大于穿透深度Δ，流过相反的且相等的高频电流iA和iB时，导体中电流挤在两导体靠近的一边，这就是邻近效应。如果两根平行导线流入同方向的电流电流都挤

8、到导体的外侧邻近效应使能量主要存储在导线之间，如果变压器的宽度远大于导线间距，分析如下：单位长度l=1上的电感为N=1－匝数；l－导电带料的长度(cm