當(dāng)交變磁力線從導(dǎo)電體中穿過(guò)時(shí),導(dǎo)電體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下,在導(dǎo)電體中就會(huì)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(guò)導(dǎo)體,并在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和回路電流的現(xiàn)象,人們把它稱(chēng)為渦流,因?yàn)樗a(chǎn)生的回路電流沒(méi)有作為能量向外輸出,而是損耗在自身的導(dǎo)體之中。開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗在開(kāi)關(guān)電源的總損耗中所占的比例很大,如何降低開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗,是開(kāi)關(guān)電源變壓器或開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。
開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗在開(kāi)關(guān)電源的總損耗中所占的比例很大,如何降低開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗,是開(kāi)關(guān)電源變壓器或開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。
變壓器生產(chǎn)渦流損耗的原理是比較簡(jiǎn)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(shí)它也屬于一種導(dǎo)電體;當(dāng)交變磁力線從導(dǎo)電體中穿過(guò)時(shí),導(dǎo)電體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下,在導(dǎo)電體中就會(huì)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(guò)導(dǎo)體,并在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和回路電流的現(xiàn)象,人們把它稱(chēng)為渦流,因?yàn)樗a(chǎn)生的回路電流沒(méi)有作為能量向外輸出,而是損耗在自身的導(dǎo)體之中。
單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗計(jì)算與雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的渦流損耗計(jì)算,在方法上是有區(qū)別的。但用于計(jì)算單激式開(kāi)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(duì)雙激式開(kāi)關(guān)變壓器的渦流損耗進(jìn)行計(jì)算。
例如,把雙激式開(kāi)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,這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器渦流損耗的計(jì)算。因此,下面僅對(duì)單激式開(kāi)關(guān)變壓器的渦流損耗計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)分析。
當(dāng)有一個(gè)直流脈沖電壓加到變壓器初級(jí)線圈的兩端時(shí),在變壓器初級(jí)線圈中就就有勵(lì)磁電流通過(guò),并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁通密度B,兩者由下式?jīng)Q定:

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(jì)成由許多薄鐵片,簡(jiǎn)稱(chēng)為鐵芯片,互相重迭在一起組成,并且鐵芯片之間互相絕緣。
圖2-18表示變壓器鐵芯或變壓器鐵芯中的一鐵芯片。我們可以把這些鐵芯片看成是由非常多的“線圈”(如圖中虛線所示)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(guò)時(shí),在這些“線圈”中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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。

在直流脈沖作用期間,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(chǎng)的方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向正好相反,在鐵芯片的中心處去磁力zui強(qiáng),在邊緣去磁力為零。
因此,在鐵芯片中磁通密度分布是不均勻的,即zui外層磁場(chǎng)強(qiáng)度zui大,中心處zui小。如果渦流退磁作用很強(qiáng),則磁通密度的zui大值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其平均值,該數(shù)值由已知脈沖的幅度和寬度來(lái)決定。

上式中

為變壓器鐵芯的平均導(dǎo)磁率,

為鐵芯的電阻率,負(fù)號(hào)表示渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反。rot E和rot Hx分別表示電場(chǎng)和磁場(chǎng)的旋度,即渦旋電場(chǎng)和渦旋磁場(chǎng)的強(qiáng)度。Hx、Hy、Hz分別磁場(chǎng)強(qiáng)度H的三個(gè)分量;Bx、By、Bz分別磁感應(yīng)強(qiáng)度B的三個(gè)分量;Ex、Ey、Ez分別電場(chǎng)強(qiáng)度H的三個(gè)分量。
由于單激式開(kāi)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以看成一根直線,導(dǎo)磁率

也可以看成是一個(gè)常數(shù);因此,這里使用平均導(dǎo)磁率

來(lái)取代意義廣泛的導(dǎo)磁率

。



當(dāng)x = 0時(shí),正好位于鐵芯片的中心,此處的磁場(chǎng)強(qiáng)度zui小,即此點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)值等于0,由此求得積分常數(shù)c1= 0。

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