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文档介绍

文档介绍:漏感算法
变压器的原副边无法完全耦合的磁通能量,表征为电感的特性,称之为漏感。下图为变压器垂直于磁芯中心的截面,Np为原边绕组,Ns为副边绕组,"•”和“X"代表磁通方向,根据漏感的定义,漏感的磁通为Ns所包围的磁通与Np所包围的磁通的差漏感算法
变压器的原副边无法完全耦合的磁通能量,表征为电感的特性,称之为漏感。下图为变压器垂直于磁芯中心的截面,Np为原边绕组,Ns为副边绕组,"•”和“X"代表磁通方向,根据漏感的定义,漏感的磁通为Ns所包围的磁通与Np所包围的磁通的差异部分,即下图所示的黄色区域的磁通。想要计算漏感,则把此部分磁通所形成的电感算出即可。
图1
那么如何计算空间上的磁通能量?空间磁场能量的公式为:
(推导参见赵修科《开关电源中的磁性元器件》(以下简称《磁》))
公式中“为磁导率,H为磁场强度,V为磁场空间体积,即上图1黄色区域的体积。而对于一个实际的变压器,上述参数应该如何确定呢?我们以一个ER型磁芯的三明治绕法变压器为例,垂直于绕线方向沿磁芯中柱切面如下图:
其中l为有效窗口宽度,lav为绕线/胶带/屏蔽绕一层的平均长度,x代表绕线从第一层到
最外层垂直方向的坐标轴,则有:
对于H,根据安培环路定则,磁场强度H沿磁力线的环路的积分等于磁力线所包围的电流,即
H(21-2a)=yI
N和I分别为磁力线环路所包围的绕线匝数及单匝电流。对于图2,线圈靠近高导磁芯的磁场被磁芯所短路,整个磁势N*l落在窗口的空气路径l上,即
(理论论述参见赵修科《磁》)
假设绕组线圈中的电流均匀分布,即在x轴上均匀分布,对于第一层绕组Np/2,随着x增大,磁力线环路包围的面积内电流
I线性增加大,磁场强度H也随x线性增大,则有:
其中Np为初级总匝数,Ip为初级电流,t_p1为初级第一层绕线厚度。对于初次间胶带或者屏蔽层,随着x增大,磁力线环路包围的电流I没有变化,H保持不变,则有:
次级第一层和第二层绕组线性变化近似为一层Ns/2,随着x增大,磁力线环路包围的电流I
线性减小,H也随之线性减小,且Np*Ip=Ns*Is,则有:
其中Ns为次级总匝数,Is为次级电流,t_s1为次级第一层绕组厚度,依次类推,图2结构的磁场强度H沿x方向的变化曲线如下:
图3
其中全部初级安匝在窗口产生的磁场强度为Hm=Np*Ip。
我们回到空间磁场能量公式,对于漏感的磁场空间均在窗口空气空间上,故|J=p0,因此我们需要的磁场能量公式变为:
代入上述H(x)公式,并将每层所得能量相加起来,可得图1黄色区域磁场能量:
从上式可以看出,在绕组层H(x)是x的一次函数,在胶带/屏蔽层H(x)与x无关,故我们对H(x)2求积分时,结果分别如下式简化形式,故绕组层对漏感能量的贡献只占1/3,而胶带/屏蔽层和绕组间的缝隙对漏感能量的贡献却是绕组的3倍;
对于能量与原边漏感量关系,我们有下式:
lavl--:4ts2
+lav2