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变压器之磁芯、磁环、抗干扰磁环基本分析

2021-05-14 12:50:07

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磁环多数材料是磁通的不良导体,它们的磁导率都很低,非导磁材料,如空气、铜和纸等,具有相同数量级的磁导率。而有些材料,如铁、镍、钴和它们的合金具有高的磁导率。是一个空心线圈以及磁通的分布情况。

磁环多数材料是磁通的不良导体,它们的磁导率都很低,非导磁材料,如空气、铜和纸等,具有相同数量级的磁导率。而有些材料,如铁、镍、钴和它们的合金具有高的磁导率。是一个空心线圈以及磁通的分布情况。


当被激励时,发射磁通的空心线圈

为了使空心线圈的磁性得到改善,需要引入一个磁环,如图Fig 1.2所示。引入磁环的好处是除了其磁导率高以外,是其磁路长度(MPL-magnetic path length)明确了。除了最靠近线圈的地方,磁通基本上被限制在磁芯中。


引入磁环后的磁通分布

磁环被激励进入饱和后,线圈又有一部分恢复到空心状态之前,磁性材料中能够产生多少磁通是有一个界线点的。


被激励驱动进入饱和的磁环

磁动势、磁场强度和磁阻

磁动势mmf与磁场强度H是磁学中的两个重要概念,它们有因果关系:mmf= NI,N是线圈的匝数,I是电流。

磁场强度H,即定义为每单位长度的磁动势:H= mmf/MPL

磁通密度B,定义为每单位面积的磁力线根数:B = φ/Ae

由磁动势mmf在给定的材料中产生的磁通取决于材料对磁通的阻力。这个阻力就叫做磁阻Rm

磁动势mmf、磁通和磁阻的关系与电动势emf,电流和电阻的关系相类似。



磁阻与电阻

在磁路长度MPL和磁环横截面积Ae给定的情况下,高磁导率材料构成的磁环具有低的磁阻。如果在磁路中包含空气隙,它的磁阻与由像铁那样低磁阻率材料构成的磁芯磁阻就不一样了,这个路径的磁阻几乎将全部在空气隙中,因为空气隙的磁阻率比磁性材料的磁阻率大得多。在实际应用场合,也是通过控制气隙的大小来控制磁阻的。

等效磁导率

气隙磁阻为Rg,气隙长度为lg,磁环总磁阻为Rmt.


等效磁导率

漏磁分析

边缘磁通

气隙周围不仅存在着漏磁通,还存在着边缘磁通。边缘磁通是气隙尺寸,磁极表面的形状、尺寸和位置的函数。它的影响效果等效于缩短了气隙长度,使磁路的总磁阻减小。

气隙处的边缘磁通

气隙周围的区域对金属物体(如托架和箍紧材料等)是很敏感的。敏感程度取决于磁动势的大小、气隙尺寸和工作频率。如果金属、托架或箍紧材料是被用来固定磁环并从气隙旁经过,可发生两种情况:1 如果靠在气隙上或紧靠气隙的是铁磁材料,则会使磁场导通,这被称为“气隙短路”。短路气隙的作用与减少气隙尺寸是相同的,因此,产生出比设计要高的电感并可使磁环被驱动进入饱和;2 如果材料是金属,但不是铁磁性的,如铜等,它将不使气隙短路或者改变电感。在这两种情况下,如果边缘磁通足够强,它将感应出涡流并引起局部发热。这与感应加热中所利用的原理是相同的。

具有高边缘磁通的涡流效应

减少漏磁和边缘磁通的方法

要减少漏磁或者边缘磁通,根本方法就是降低任何两点间的磁位差。也就是说对变压器或者磁环中的磁势分布的分析就很重要了。

1)3匝原边,3匝副边的各层线圈磁势分布图


原副边交界处的最大磁势为3i

2)原副边磁环交替绕制可以使峰值磁势减小


作者: 永欣电子
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变压器之磁芯、磁环、抗干扰磁环基本分析
磁环多数材料是磁通的不良导体,它们的磁导率都很低,非导磁材料,如空气、铜和纸等,具有相同数量级的磁导率。而有些材料,如铁、镍、钴和它们的合金具有高的磁导率。是一个空心线圈以及磁通的分布情况。
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