鐵芯的渦流損耗分析

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1、鐵芯的渦流損耗分析當(dāng)交變磁力線從導(dǎo)電體中穿過時，導(dǎo)電體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在感應(yīng)電動勢的作用下，在導(dǎo)電體屮就會產(chǎn)生回路電流使導(dǎo)體發(fā)熱；這種由于交變磁力線穿過導(dǎo)體，并在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和回路電流的現(xiàn)象，人們把它稱為渦流,因為它產(chǎn)生的回路電流沒有作為能量向外輸出，而是損耗在自身的導(dǎo)體之中。開關(guān)電源變壓器的渦流損耗在開關(guān)電源的總損耗屮所占的比例很大，如何降低開關(guān)電源變壓器的渦流損耗，是開關(guān)電源變壓器或開關(guān)電源設(shè)計的一個重要內(nèi)容。開關(guān)電源變壓器的渦流損耗在開關(guān)電源的總損耗小所占的比例很大，如何降低開關(guān)電源變壓器的渦流損耗，是開

2、關(guān)電源變壓器或開關(guān)電源設(shè)計的一個重要內(nèi)容。變壓器生產(chǎn)渦流損耗的原理是比較簡單的，由于變壓器鐵芯除了是一種很好的導(dǎo)磁材料以外，同時它也屈于一種導(dǎo)電體；當(dāng)交變磁力線從導(dǎo)電體屮穿過時，導(dǎo)電體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在感應(yīng)電動勢的作用下，在導(dǎo)電體中就會產(chǎn)生冋路屯流使導(dǎo)體發(fā)熱；這種市丁交變磁力線穿過導(dǎo)體，并在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)屯動勢和回路電流的現(xiàn)象，人們把它稱為渦流，因為它產(chǎn)生的冋路電流沒有作為能量向外輸岀，而是損耗在自身的導(dǎo)體之中。單激式開關(guān)電源變壓器的渦流損耗計算與雙激式開關(guān)電源變壓器的渦流損耗計算，在方法上是有區(qū)別的。但用于計算單激式

3、開關(guān)電源變壓器渦流損耗的方法，只需稍微變換，就可以用于對雙激式開關(guān)變壓器的渦流損耗進(jìn)行計算。例如，把雙激式開關(guān)電源變壓器的雙極性輸入電壓，分別看成是兩次極性不同的單極性輸入電壓，這樣就叮以實現(xiàn)對于雙激式開關(guān)電源變壓器渦流損耗的計算。因此，下面僅對單激式開關(guān)變壓器的渦流損耗計算進(jìn)行詳細(xì)分析。當(dāng)有一個直流脈沖電壓加到變壓器初級線圈的兩端時，在變壓器初級線圈中就就有勵磁電流通過，并在變壓器鐵芯屮產(chǎn)生磁場強(qiáng)度H和磁通密度B,兩者由卜?式?jīng)Q定:（2-44）（2-45）ADB=—t+B(0)TAHH=—t+H(0)上式中AB和AH分別為

4、磁通密度増量和磁場強(qiáng)度増量，三為直流脈沖寬度，E（0）和H（0）：為t=0時的磁通密度B和磁場強(qiáng)度Ho傳統(tǒng)的變壓器鐵芯為了降低渦流損耗，一般都把變壓器鐵芯設(shè)計成由許多薄鐵片，簡稱為鐵芯片，互相重迭在一起組成，并月?鐵芯片Z間互相絕緣。圖2-18表示變壓器鐵芯或變壓器鐵芯中的一鐵芯片。我們口J以把這些鐵芯片看成是由非常多的“線圈”（如圖屮虛線所示）緊密結(jié)合在一起組成；當(dāng)交變磁力線從這些“線圈”中垂直穿過時，在這些“線圈”中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，由于這些“線圈”存在電阻，因此這些“線圈”要損耗電磁能量。7.Hy在直流脈沖

5、作用期間，渦流的機(jī)理與正激電壓輸出的機(jī)理是基本相同的。渦流產(chǎn)生磁場的方向與勵磁電流產(chǎn)生磁場的方向止好相反，在鐵芯片的中心處去磁力最強(qiáng)，在邊緣去磁力為零。因此，在鐵芯片屮磁通密度分布是不均勻的，即最外層磁場強(qiáng)度最大，屮心處最小。如果渦流退磁作用很強(qiáng)，則磁通密度的最大值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其平均值，該數(shù)值由已知脈沖的幅度和寬度來決定。沿鐵芯片截面的磁場分布，可以用麥克斯韋的方程式來求得；麥克斯韋的微（2-46）（2-47）（2-48）上式中,▽為矢量微分算符,（2-49）V=x—+y—+z—f其中(x+y+z)稱為單位矢量，*表示矢dx

6、dydza7?量乘，v?表示標(biāo)量乘；E為電場強(qiáng)度；區(qū)為磁感應(yīng)強(qiáng)度；萬為電位移矢量；再為磁場強(qiáng)度，竿dx表示對再求偏導(dǎo)數(shù)或偏微分；；為傳導(dǎo)電流密度，｝=Q為電阻率；b為電荷密度。分方程式為:如果只計算變壓器器鐵芯中的傳導(dǎo)電流,麥克斯韋方程可寫為:（2-50）（2-51）rotHx=—EPc上式中血為變壓器鐵芯的平均導(dǎo)磁率，Pc為鐵芯的電阻率，負(fù)號表示渦流產(chǎn)生的磁場方向與勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向相反。rotE和rotHx分別表示電場和磁場的旋度，即渦旋電場和渦旋磁場的強(qiáng)度。Hx、Hy、Hz分別磁場強(qiáng)度H的三個分量；Bx、By、Bz

7、分別磁感應(yīng)強(qiáng)度B的三個分量；Ex、Ey、Ez分別電場強(qiáng)度H的三個分量。-2C2-59）式中，比為變壓器鐵芯片中磁場程度的平均值，＜5為變壓器鐵芯片的厚度，九為變壓器鐵芯的平均導(dǎo)磁率，仇為鐵芯片的電阻率。由于單激式開關(guān)電源變壓器鐵芯的磁滯回線面積很小，其磁化曲線基本上可對（2-53）式進(jìn)行微分，然后代入（2-52）式，即可求得磁場逼度的一維分布方程為:d2H_^dHdx2pedt（2-54）由于加到變壓器初級線圈兩端的電壓是一個直流脈沖方波，在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，勵磁電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度或磁通密度的増長應(yīng)與時間成線性關(guān)系，職dH_A

8、tfdtT（2-55）以看成一根直線，導(dǎo)磁率"也可以看成是一個常數(shù)；因此，這里使用平均導(dǎo)磁率血來取代意義廣泛的導(dǎo)磁率"o扌巴（2-55）式代入（2-54）得d2H_必$pcT（2-56）對（2-56）式進(jìn)行第一次積分求得：務(wù)譽(yù)W卻）當(dāng)x=0時，正好位于鐵芯片的中心，此處的磁場強(qiáng)度最小，即此