变压器磁芯的磁滞系数（ηb）对变压器thd的影响

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1、变压器磁芯的磁滞系数(ηB)对变压器THD的影响AffectofTransfurmerCoreMagneticHysteresisCoefficient(ηB)onTrasnsformerTHD薛蕙供稿摘要：通讯产品在工作中常被要求具有高保真度，即信号失真度要小，因此，对通讯设备的变压器设计，要有更高的总谐波失真(THD)要求。实践证明，在音频、载频下工作的通讯变压器的总谐波失真(THD)与变压器磁芯的磁滞系数(ηB)相关，同时，ηB又与磁芯的气隙有关。本文将从磁芯的磁滞系数、气隙、相对磁滞系数、磁导率

2、和瑞利常数等入手，以磁学理论讨论磁芯降低THD的方法。关键词：通讯变压器，磁芯，磁滞系数(ηB)，总谐波失真(THD)，瑞利常数中图分类号：TM4文献标识码：B文章编号：1606-7517(2014)08-3-145O>፛ዔ(1)高保真、失真度小是通讯中的基本要求和技术性能指式中，Ph为总谐波输出功率；Pf为基频输出功率。标。为此，对通讯变压器的设计提出了总谐波失真的严格技术指标要求。我们知道，通讯变压器采用铁氧体材料磁P>঱ۣᑞܤኹ໭࿸ଐࡼጙۅገཇ芯，其B-H曲线的非线性特性，磁芯存在损耗而使B落高保

3、真变压器的设计方法与一般音频输出变压器基后于H一个相位角δ，因此，在变压器的输出端存在十分本相同。在音频、载波频率下工作的磁芯，其工作频率不严重的谐波，而且只有奇次谐波而没有偶次谐波。-高，常为几千Hz至一、二百kHz，信号很弱：H为10众所周知，任何复杂的波形都可以分析为基波和各次2-5-4~10(oe)，即0.8~8×10(A/m)；若以μ1=10000计，则B谐波。非正弦波波形虽然不是按正弦规律变化，但它们的为0.01~10(mT)。这种情况下的磁芯损耗基本上是磁滞损振荡是按周期性变化的，所以，基

4、波和谐波都是正弦波，耗，其它两种损耗都很小，此时的磁芯B-H曲线近似地而谐波是频率为基波若干倍的一种正弦波，例如三次谐波满足Rayleigh方法，B-H曲线近似于一个椭圆形。高保真就是其振荡频率为基波的三倍。非正弦波可以认为是基波变压器的失真不应大于1dB。其设计中，初级绕组的电感（正弦波）和一系列谐波（一系列正弦波）相叠加的结果，量要求足够大，漏感则要求相当小，即Lp:Ls之值必须大于谐波越多，则其波形与正弦波的差别越大。谐波频率为基10000。波频率的n倍，即是ω=nω0，当n<1时，则此时的谐波频

5、率并非基波的整数倍。THD(TotalHarmonicDistrion)即总Q>ਈ᎖ࠟᒣᇹၫη`谐波失真，其定义为：所有的谐波输出功率对基频输出功1936年，列格(Legg)提出了如下关系式：率的比值。由于谐波的输出功率很小，故将此值取其常用(2)对数再乘以10，即用分贝(dB)为单位来表述，表达式为：2014.08·磁性元件与电源1452(3)无关。因此，ηB=a/2π=h/[2πμ]也是相对磁滞系数。相对磁滞系数也称比磁滞损耗系数。）(4)当气隙存在时，引进有效磁滞系数he：所以：(18)，(5)(

6、19)目前，文献资料中都取Bm2=3mT，Bm1=1.5mT；测得由此可见，气隙大，则μe小，有效磁滞系数小，对降其斜率为：低THD有利。但是气隙不能过大，否则，为了达到所需要的电感值L，则磁芯尺寸必须加大，这与小型化要求是违背的。式中的tanδ2，tanδ1均为总损耗角的正切。对于某一确定的磁芯，IEC给出的ηB定义是：定义，所以-1-1（单位为mT或T）(6)式中，ΔB为1.5mT到3mT。其测试频率目前多用10kHz，实际测试时可以使用下式：对于某一确定的B值为：ηB=(1/Q2-1/Q1)/[μ

7、(Bm2-Bm1)](6a)1924年，约旦(Jordan)则提出过如下关系式：R>ਈ᎖ྡྷಽޟၫᎧࠟᒣᇹၫࡼਈᇹ(7)首先讨论磁芯工作在小信号状态下的典型B-H关系曲(8)线。以上论述已经提到它满足瑞利方程，曲线的下支部分为：对于磁滞损耗部分则有下式：(20)Rb=hfLH(9)曲线的上支部分为：由式(8)，则得：(20a)(10)式中b为瑞利常数，b越大则回线越陡，反之亦然。同样：h=2π(tanδ2-tanδ1)/(Hm2-Hm1)(11)若H=Hmcosωt，再利用H=Hm时，B=Bm以及H=0时

8、，对照Legg公式，则得：Br=则。经过数字计算得：2Rh/fL=aμHm(12)2Rh/2πfL=aμHm/2π(13)取正值为：2即：tanδh=aμHm/2π(21)在此，22aμ/2π=h/2π，即a=h/μ(14)忽略高次谐波后：所以：(22)2aμ/2π=(tanδ2-tanδ1)/(Hm2-Hm1)(15)为此可得：2ηB=a/2π=(tanδ2-tanδ1)/[μ(Hm2-Hm1)](16)或：对照列格公式有：2ηB=(1/