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开关变压器气隙

开关变压器气隙

开关变压器气隙对于高频电感,相对气隙设在磁芯中部,如气隙设在磁芯拐角处,会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内(如图2(a)、(b)所示),这是因为磁通的分布,与所通过路径的磁阻分布有关。

相对气隙设在磁芯中部,气隙设在拐角处,扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。

这样就会容易导致绕组损耗的增加。

另外如气隙靠近磁芯的上端面,在窗口内,有一部分磁通会绕过磁柱上的短端,直接在磁芯上端面和磁柱的长端之间形成一个磁通路(如图2(c)所示) ,从而使窗口内的扩散磁通增加。

在图3所示的电感结构中,如此时绕组靠近气隙,将导致绕组损耗刚开始时,随气隙在磁芯柱上的位置b 的增加而增加。

当b 增加到对应使扩散磁通最多时,绕组损耗增加到最大值。

此后随b 的增加,由扩散磁通引起的绕组损耗将随b 的增加而减少。

最后当b 增加到较大时,由于气隙距磁芯上端面较远,磁芯上端面对气隙附近的扩散磁通已不能产生影响。

这时随b 的增加,由扩散磁通引起的绕组损耗基本不变。

为了使绕组损耗刚开始时不随b 的增加而增大,可加大绕组与气隙间的距离,以减少气隙附近扩散磁通对绕组损耗的影响。

在图3所示的2种电感结构中,用铜箔绕制的绕组损耗随气隙位置b 的变化趋势与漆包线绕组是不同的。

这是因为两者之间在窗口内的磁通分布不同引起的。

用漆包线绕制的电感,旁路磁通的分布如图1(a)所示[1]。

而用铜箔绕制的电感,由于铜层对磁场的屏蔽作用,旁路磁通的分布如图1(b)所示。

磁通在窗口内的方向是在磁芯上下端面之间。

在这种情况下,改变气隙在磁芯柱上的位置,将对旁路磁通不会产生什么影响。

所以当距离b 较大时,随着b 的进一步增加铜层绕组损耗将基本不变。

而当距离b 较小时,b 的改变对绕组的损耗是有影响的,根据前面的分析,此时是气隙位置对扩散磁通的影响而造成的。

而用漆包线绕制的绕组,改变气隙在磁柱上的位置而能影响旁路磁通,从而影响绕组损耗,详细情况可参考文献[1]。

反激变压器电感量及气隙的影响

反激变压器电感量及气隙的影响
又因为我们在设计变压器时有:(此处假设是临界模式,DCM与临界模式基本上是一致的)
(1-4)
我们由(1-4)可以得到:
(1-5)
其中 ,为原边与副边匝数比。
综上,我们可以得出在临界模式下,如果气隙增大,电感量减小,占空比不再是设定的占空比,在较小的占空比情况下就可以满足输出额定功率的要求。缺点是电流峰值增大。
单端反激变压器电感量及气隙的影响
单端反激架构是电源界应用的最为广泛的一种电源架构,主要是应用于150W以下功率范围的隔离电源中。因其外围器件少,电路简单等优点,而广泛被应用。
单端反激按照工作模式可以分为,不连续模式,临界模式以及连续模式,下面就将分别对这几种模式的变压器设计加以讨论,主要是讨论电感量以及气隙对对变压器的影响。
由 ,我们可以知道,在其他条件不变的情况下,dt减小,则dB也要减小,有助于防止磁通饱和,磁损减小;线损增大,MOS管损耗增大,输出整流二极管损耗基本不变。
(推导公式:
加气隙之后有:
由:电磁感应定律知道:
得到:
(1)
(2)
由(1)式等于(2)式有:
可以得出:
由于ue通常是几千,所以第一项基本上可以忽略不计:
所以有:
所以可以推出:
另外一个推导公式:(
,可以得出:
( )
进一步可以得出:
,前一项是磁芯储能,后一项是气隙储能。

在正激类变压器中,增加气隙能够将剩磁降低,这也有助于防止磁芯饱和。
同样,在控制IC为电流控制模式的时候, 在电感量较小的时候比较大,所以可以有效防止饱和。
推导如下:
由DCM模式:
我们知道:
一、DCM与临界模式
根据电磁感应原理有: ,则可以得出:

变压器气隙

变压器气隙

变压器气隙变压器气隙电感是开关电源中重要的元件之一,其合理设计有利于提高电源效率和可靠性。

为防止电感饱和,需要在磁芯中加入气隙。

铁粉芯的气隙均匀分布在磁芯中。

如果采用高导磁材料来绕制电感,传统的做法是采用集中气隙。

为了减少由气隙附近的扩散磁通引起的绕组损耗,绕组布置需避开气隙3个左右的气隙长度。

然而对于较大的气隙,那样做将使磁芯窗口的利用率大大降低,此时可应用多个小气隙来构成分布气隙。

文献[1]提出利用交错气隙以减少旁路磁通,从而减少绕组损耗。

前人的研究成果对电感设计具有指导意义,但对某些方面没有进行详细研究,特别是多气隙中各小气隙之间磁柱的长度对扩散磁通的影响,气隙布置在磁芯拐角附近对扩散磁通的影响,以及分布气隙的个数如何选择等。

近年来,电磁场有限元分析软件得到广泛的应用,分析结果的正确性得到了大量的证实[2]。

本文在前人研究的基础上,利用电磁场有限元软件对上述问题进行详细的研究。

2 气隙在磁芯柱上不同位置对绕组损耗的影响根据文献[1]的分析,在电感中的磁通可分成以下三个部分(如图1所示):(1)在磁芯中构成回路的主磁通;(2)气隙附近进入磁芯窗口的扩散磁通;(3)穿越磁柱之间窗口内的旁路磁通。

由于主磁通未深入磁芯窗口内,故它不会在绕组上感应出涡流。

扩散磁通则会在气隙附近的绕组上感应出涡流。

旁路磁通穿越磁柱间的磁芯窗口,将在绕组上感应出涡流。

气隙在磁芯柱上的不同位置对磁芯窗口内的扩散磁通和旁路磁通都可能产生影响。

对绕组由漆包线构成的电感,气隙在磁芯柱上不同位置对磁芯窗口内旁路磁通的影响在文献[1]中已有详细分析。

本节主要分析对扩散磁通的影响,并分析气隙在磁芯柱上的位置对铜箔与漆包线绕制的电感所产生的不同影响。

对于高频电感,相对气隙设在磁芯中部,如气隙设在磁芯拐角处,会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内(如图2(a)、(b)所示),这是因为磁通的分布,与所通过路径的磁阻分布有关。

相对气隙设在磁芯中部,气隙设在拐角处,扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。

气隙磁压降计算公式

气隙磁压降计算公式

气隙磁压降计算公式
气隙磁压降是指在电动机或变压器等电气设备中由于磁场的存在而导致的气隙中涡流损耗引起的磁压力损失。

计算气隙磁压降的公式可以通过以下方式得出。

首先,我们需要知道气隙磁压降的相关参数,包括气隙长度、气隙宽度、气隙高度、气隙中的磁场强度、导磁系数以及电磁材料的特性参数等。

一种常用的气隙磁压降计算公式是:
气隙磁压降= 0.5 * β * H^2 * L * K * f
其中,β表示气隙中的磁场强度,H表示气隙高度,L表示气隙长度,K表示导磁系数,f表示频率。

这个公式基于涡流损耗的基本原理,它描述了涡流在气隙中损耗的情况。

涡流损耗与磁场强度的平方成正比,与频率成正比,与气隙的尺寸和导磁系数成正比。

需要注意的是,这个公式只是一个简化模型,并不考虑其他因素(如温度变化等)的影响。

实际应用中,还需要结合具体情况和实验结果进行修正。

总之,通过上述公式可以计算出气隙磁压降的近似值,在电气设备的设计和优化中具有重要意义。

变压器公式,气隙推算

变压器公式,气隙推算

1:变压器中的公式:1)V=N*B*Ae/t.V是线圈两端的电压;N是线圈的匝数;B是磁芯的磁通量密度;Ae是磁芯的绕线的地方的横截面积t是时间。

公式的含义是:在时间t内,对绕线N匝的线圈而言,磁通量的变化是N*B*Ae,产生的感应电压是V。

安培定理:N1*I1+N2*I2...=H1*L1+H2*L2。

在稳恒磁场中,磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分,等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和乘以磁导率。

N1是磁芯绕组上线圈1的匝数。

I1是线圈1上的电流。

H1是磁芯的磁场强度=B/u0*ur,u0是真空磁导率,ur是磁芯的相对磁导率。

L1是磁芯中磁场回路的长度。

H2是磁芯的气隙的磁场强度=B/u0L2是磁芯气隙的长度。

B=u0*(N1*I1+N2*I2+...)/(L1/ur+L2)。

2:正激变压器最大功率处的波形磁通密度相对于时间t的波形公式1中(V=N*B*Ae/t),考虑到匝数越多,损耗越大,要求的磁芯越大,因此,选择匝数尽量少,选择B=Bmax。

V=N*Bmax*Ae/t1,求出N,N向上取整数Ni,作为绕线匝数。

选取Ni后,可以求出此时的Bi=V*t1/(Ni*Ae)。

通过公式2:Bi=u0*(N1*I1-N2*I2)/(L1/ur+L2)。

变压器中,同名端的电流方向相反,因此符号相反。

当功率等于p的时候,I2确定,可以算出I1=Bi*(L1/ur+L2)/(u0*N1)+N2*I2/N1。

变压器的输入功率=I1*V*D=0.5*Bi*(L1/ur+L2)/(u0*N1)*V*D+N2*I2/N1*V*T*D=0.5*Bi*(L1/ur+L2)/(u0*N1)*V*D+p.是可以满足功率要求的。

因此正激变压器不需要调节L2的值,来满足功率要求。

3:反激变压器(不连续)磁通密度相对于时间t的波形公式1中(V=N*B*Ae/t),考虑到匝数越多,损耗越大,要求的磁芯越大,因此,选择匝数尽量少,选择B=Bmax。

反激变压器电感量及气隙的影响

反激变压器电感量及气隙的影响
单端反激变压器电感量及气隙的影响
单端反激架构是电源界应用的最为广泛的一种电源架构,主要是应用于150W以下功率范围的隔离电源中。因其外围器件少,电路简单等优点,而广泛被应用。
单端反激按照工作模式可以分为,不连续模式,临界模式以及连续模式,下面就将分别对这几种模式的变压器设计加以讨论,主要是讨论电感量以及气隙对对变压器的影响。
在同样电感量的情况下,在增加匝数的情况下,需要增加气隙,这才能有效防止饱和。
在同样匝数的情况下,电感量越小,电流峰峰值越大。
在IC如果采用电流模式时,较小的电感值也能有效防止磁通饱和。
我们可以知道:
可以得出:
又因为: ,我们可以得出:
当 时,
而由于
我们可以知道 , ,可以得出:
我们可以得出,在同样初级匝数的情况下,磁通量正比于电感量的开方值。
二、CCM模式
在CCM模式下,同样能够将剩磁降低,这也有助于防止磁芯饱和。
由得 , ,
其中:
的单位为磁芯面积( )
为磁通密度,单位为(特斯拉:T,备注: )
所以有:
所以可以推出:
另外一个推导公式:(
,可以得出:
( )
进一步可以得出:
,前一项是磁芯储能,后一项是气隙储能。

在正激类变压器中,增加气隙能够将剩磁降低,这也有助于防止磁芯饱和。
同样,在控制IC为电流控制模式的时候, 在电感量较小的时候比较大,所以可以有效防止饱和。
推导如下:
由DCM模式:
我们知道:
(1-3)
一个周期T内提供的能量为:
(1-4)
由于 ,带入式(1-5)得到:
(1-6)
从式(1-3)我们知道如果加气隙之后,磁导率降低(备注: ,如果 ,则相对磁导率为: , 为有效磁导率, 为磁路长度, 为气隙长度,其中也就是说有效磁导率降低了,推导见《开关电源中的磁性元件》P44,另外一个公式lc/μc+ lg/μo=N2Ae / L),随着气隙增大,电感量Lp减小(由公式我们知道: ,推导过程见《开关电源中的磁性元件》P33,上式中,B为磁通密度,A为磁芯截面积,l为磁路长度,H为磁场强度。)在输入功率、电压、周期T不变的情况下,则dt必然减小。

开关变压器磁芯气隙的选取

开关变压器磁芯气隙的选取

根据变压器的额定电压选取
总结词
额定电压越高,所需气隙越大。
详细描述
在高压应用中,为了防止磁芯饱和,需要适当增加气隙。气隙的大小应确保在最 大工作电压下,磁芯不会进入饱和状态。
根据变压器的额定电流选取
总结词
额定电流越大,所需气隙越小。
详细描述
电流越大,磁芯中的磁通密度越高,为了防止磁芯过热和磁饱和,需要减小气隙以减小励磁电感和磁通密度。
总结词:中等气隙
详细描述:对于100kHz的开关变压器,由于频率有所提高,磁芯的磁通密度相应增大,因此需要选择中等大小的气隙,通常 在0.5mm至1mm之间。中等的气隙可以在减小磁阻和提高效率之间取得平衡。
实例三:200kHz开关变压器的气隙选取
总结词:较大气隙
详细描述:对于200kHz及以上的开关变压器,由于频率较高,磁芯的磁通密度较大,因此需要选择 较大的气隙,通常在1mm至2mm之间。较大的气隙可以减小磁芯的磁饱和现象,提高变压器的可靠 性。
适用范围
适用于研发阶段,对未知气隙值进 行探索和优化。
经验法
根据经验数据
适用范围
根据以往的设计经验,对于特定类型 的磁芯和用途,选取合适的气隙值。
适用于成熟产品设计和生产过程中, 对气隙值的快速选取。
考虑因素
经验法依赖于过往的设计经验和实际 运行效果,可能无法适应新的应用场 景和变化的工作条件。
04
作用
气隙的主要作用是调节磁通量和 磁路磁阻,从而影响变压器的性 能。
气隙对开关变压器性能的影响
01
02
03
磁通量调节
通过改变气隙大小,可以 调节磁通量的大小,进而 影响变压器的输出电压和 电流。
磁路磁阻

变压器的铁心的气隙

变压器的铁心的气隙

变压器的铁心的气隙变压器是一种重要的电气设备,广泛应用于电力系统中。

变压器的核心是由铁芯和绕组组成,其中铁芯起着重要的作用。

铁心的气隙是影响变压器工作性能的关键因素之一。

本文将从气隙的概念、影响因素和控制方法等方面进行讨论。

一、气隙的概念在变压器的铁心中,电力磁场通过铁磁材料流动,最终形成所需的磁路。

因为铁芯材料本身存在磁饱和现象,所以为了提高变压器的质量,有时会在铁心的磁路中设置气隙,气隙的作用是限制铁芯饱和,同时可以降低磁芯损失和噪声。

气隙一般是通过在铁心中加入细小的隔板或者使用多层铁心的方式实现的。

二、气隙的影响因素1. 气隙大小。

气隙的大小会对变压器的电磁性能产生很大的影响。

一方面,气隙越大,变压器的饱和电流就会越低,变压器的能力也会降低,另一方面,气隙越小,变压器的损耗就会增加,同时还会增加噪声和热量的产生。

2. 气隙位置。

变压器的气隙位置会影响铁芯中磁通的流动方向,进而影响变压器的工作性能和实际工作效果。

经过优化设计和改进,气隙的位置应该位于铁心的中心位置或者离中心稍微偏离一点的地方。

3. 铁磁材料的特性。

铁磁材料是铁芯的主要构成部分,材料的特性也会对气隙的作用产生重要的影响。

通常情况下,软磁性材料的磁导率较高,对气隙的限制作用也会更加明显。

三、控制气隙的方法1. 控制气隙大小。

为了控制气隙的大小,可以通过设计合适的隔板和铁心结构来达到目的。

一般来说,增加隔板的数量可以减小气隙的大小,同时加强铁芯材料的压缩和组装也可以有效控制气隙大小。

2. 调整气隙位置。

为了实现气隙位置的调整,可以通过增加额外的支撑来实现。

通常情况下,设计者可以在铁心的中心部位设置支撑,以使铁心的中心位置与气隙位置一致。

这时,铁心在受到电磁场的作用下会产生弯曲变形,但由于有了额外的支撑,这种变形也会得到控制。

3. 选择合适的铁磁材料。

为了实现对气隙的良好控制,合适的铁磁材料至关重要。

一般来说,使用铁磁材料时应考虑材料的磁化曲线、应力-应变性能以及材料的温度系数等特性。

气隙型自感传感器与差动变压器的工作原理

气隙型自感传感器与差动变压器的工作原理

气隙型自感传感器与差动变压器的工作原理下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。

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气隙计算公式

气隙计算公式

气隙计算公式气隙,这在物理学和工程学中可是个相当重要的概念。

咱先来说说气隙到底是啥。

简单来讲,气隙就是在电磁装置中,比如变压器、电机啥的,两个磁性部件之间的空隙。

那为啥要研究气隙计算公式呢?这就好比你盖房子,得知道用多少材料、怎么搭建结构才能让房子坚固又实用。

气隙的大小和形状会直接影响电磁装置的性能。

比如说,如果气隙太小,磁阻就小,容易导致磁饱和,影响设备的正常运行;气隙太大呢,又会增加磁漏,降低效率。

就拿我之前遇到的一个事儿来说吧。

有一次,我们的团队在研发一款新型的电机,在设计气隙的时候,大家一开始按照以往的经验来估算,结果做出的样机性能很不理想。

这可把大家急坏了,每天都在实验室里埋头计算、测试。

后来发现,就是因为气隙的计算不准确,导致磁场分布不均匀,效率低下。

那气隙的计算公式是啥呢?常见的有磁阻法和气隙能量法。

磁阻法呢,就是把气隙看成是一个磁阻,通过磁路的总磁动势和总磁阻来计算气隙磁通。

而气隙能量法呢,则是根据磁场能量与气隙长度的关系来计算。

咱们先来说说磁阻法。

磁阻就像是电流通过电阻时遇到的阻力一样,磁力线通过气隙时也会遇到阻力,这个阻力就叫磁阻。

磁阻的大小与气隙的长度成正比,与气隙的截面积成反比。

计算公式可以表示为:$R_{g}=\frac{l_{g}}{\mu_{0} S_{g}}$ ,其中 $R_{g}$ 是气隙磁阻,$l_{g}$ 是气隙长度,$\mu_{0}$ 是真空磁导率,$S_{g}$ 是气隙的截面积。

通过这个公式,我们就可以算出气隙磁阻,进而算出气隙磁通。

再来说说气隙能量法。

磁场中储存着能量,气隙中的磁场能量与气隙长度有关。

计算公式为:$W_{g}=\frac{1}{2} \mu_{0} H^{2} S_{g}l_{g}$ ,其中 $W_{g}$ 是气隙中的磁场能量,$H$ 是磁场强度。

通过这个公式,我们也可以推导出气隙长度的计算公式。

不过,在实际应用中,这些公式可不能生搬硬套。

分段气隙的好处

分段气隙的好处

分段气隙的好处
在变压器等磁性元件中,采用分段气隙技术可以带来以下好处:
- 改善磁通分布:帮助磁通在磁路中更均匀地分布,从而减少磁通局部集中和磁饱和的问题,提高设备的效率和稳定性。

- 减少磁性器件饱和:有效地减少磁性器件饱和的可能性,从而提高设备的性能。

- 减小电感:通过分段加入气隙来降低铁心的饱和,从而减小电感,增加消弧线圈的容量。

- 稳定电抗值:使补偿电流和电压成线性关系,减少高次谐波,使电抗值较稳定,以保证已整定好的调谐值恒定。

总之,分段气隙技术可以提高磁性元件的性能和效率,从而提高设备的整体性能和可靠性。

反激变压器气隙

反激变压器气隙

反激变压器气隙(原创版)目录1.引言2.气隙对变压器的作用3.反激变压器为什么需要气隙4.正激变压器是否需要气隙5.气隙的大小对变压器性能的影响6.结论正文一、引言在电力电子领域,变压器是一种重要的电气设备,它通过变换电压和电流,实现电能的传输和变换。

在变压器中,气隙是一个重要的组成部分,对变压器的性能有着重要的影响。

本文将对反激变压器气隙的相关知识进行介绍和分析。

二、气隙对变压器的作用气隙在变压器中的主要作用是增加铁心的磁阻,减小磁饱和的发生。

在变压器工作过程中,磁芯中的磁场强度会随着电流的变化而变化,如果磁场强度过大,会导致磁饱和现象的发生,影响变压器的性能。

而气隙的存在,可以有效地减小磁饱和的发生,提高变压器的工作效率。

三、反激变压器为什么需要气隙反激变压器是一种常用的变压器类型,它通过反向励磁,实现电能的变换。

在反激变压器中,气隙的存在是必要的,因为它可以储存更多的能量,提高变压器的效率。

具体来说,气隙的存在可以使得磁场强度在磁芯中分布更加均匀,减小磁饱和的发生,从而提高变压器的储能能力。

四、正激变压器是否需要气隙正激变压器和反激变压器的工作原理不同,因此,其对气隙的需求也不同。

在正激变压器中,气隙通常用于减小匝数,从而减小铁损,提高变压器的效率。

但是,并不是所有的正激变压器都需要气隙,这要根据具体的工作条件和设计要求来决定。

五、气隙的大小对变压器性能的影响气隙的大小对变压器的性能有着重要的影响。

如果气隙过大,会导致漏感增大,影响变压器的效率;如果气隙过小,会导致磁饱和现象的发生,也会影响变压器的性能。

因此,在设计变压器时,要合理选择气隙的大小,以达到最佳的工作效果。

六、结论气隙在变压器中起着重要的作用,它可以提高变压器的储能能力,减小磁饱和的发生,提高变压器的效率。

气隙电感的计算精品文档

气隙电感的计算精品文档

环形气隙磁场能量(忽略散磁通)
Wm

VcB2
20r
V B2
20
气隙能量与磁芯能量比
kW Vr r
Wc Vc
lc
气隙磁芯磁化特性
气隙将磁芯磁导率线性化,以环形磁芯为例, 并忽略边缘磁通
NI

Bc
0r
lc

B
0

也可以写成:
N IB0clce lc(HcHclrc)
气隙磁芯电感
当均匀气隙较大时,有效磁导率为lc/δ,在磁芯 不饱和时电感量不随电流变化,为线性电感 。
Buck类直流滤波电感按2Iomin决定电感量当输 出电流小于最小电流时电流断续,为避免振 荡 时需电要感假量负大载 ,, 当降 大低 于了Iom效in时率回。到希正望常在的小电于感Iom量in 的非线性电感。磁粉芯就是非线性电感,但 成本高。
定义:线圈通过1A电流,产生总磁链为1Wb, 则电感量为1H。
也可以这样定义:在1秒内线圈电流从零线性增 长到1A,线圈两端感应电势为1V,则线圈电 感量为1H,也等于1欧秒(Ωs)
电感能量
电流产生磁场,即建立磁场能量(环形为例)
B
B
V B HL I2
W e0A lH d B V0H d B 22
非线性磁芯电感
非均匀磁芯气隙电感
斜坡气隙-类似磁粉芯特性
δ
阶梯气隙-可设定特性
例如气隙宽度1/5,最小的气隙为δ/20, 可以获得
L/L0 5
δ
δ/20
4
3
2
1
0
I/Io
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
气隙的边缘磁通

干式变压器绝缘气隙放电特性研究

干式变压器绝缘气隙放电特性研究

干式变压器绝缘气隙放电特性研究摘要:在电力系统当中,变压器是非常重要的组成部分。

当前矿用干式变压器是煤矿井下供电系统发展的过程中的一个重要组成部分,其可靠性和安全性具有非常重要的意义。

在矿用干式变压器绕组绝缘系统当中,绝缘纸是非常重要的一个组成部分,在矿用干式变压器运行的时候,绝缘纸往往会产生磕碰的情况而导致气隙缺陷,如果绕组匝间绝缘产生气隙,会因为电场没有均匀分布,而出现气隙放电的问题,本文重点对干式变压器绝缘器放电的特性进行分析和研究,以供参考。

关键词:干式变压器;绝缘气隙;放电;特性1 试验设计1.1 局部放电测试电路图1显示的是局部放电测试电路,主要是由检测电路、保护电路以及电源电路三个部分组成的,Ev是一个电压表,主要是对获取的电压信号进行显示,T是一个无局部放电交直流试验变压器,主要作用在于转换调压器输出电压为高压,在高压电极当中用于提供电源,C是一个耦合电容,主要作用在于进行局部放电脉冲和电压同步信号的输出,Rp是一个保护电阻,可以防止击穿的过程中电流过大而将变压器损坏,D是一个高频电流传感器,可以将局部放电的脉冲信号获取,示波器使用的是高精度的示波器,型号为LecroyHDO6104。

1.2试验电极模型依照国家相关规定要求进行电极尺寸的设置,并且与矿用干式变压器绕组的绝缘结构相结合,进行了气隙放电模型的设置,电极模型的材料主要是黄铜,在设置高低压电极的过程中使用的是圆柱形电极,电极边缘的位置设置了三毫米的倒角,主要是避免电场强度较大而出现电晕放电等情况。

图1 局部放电试验电路图2 试验方法在此次研究的过程中主要通过恒压法来进行气隙放电加压,选择电压值是否合理直接影响所采集数据的准确性以及局部放电的发展过程,如果试验的过程中电压较低,可能会造成局部放电的过程中出现发展缓慢等问题,如果长期处于加压的状态下,也无法有效击穿,在试验的过程中,如果电压过高,可能会造成局部放电的速度较快,无法对局部放电发展过程的各个部分进行有效的数据采集,可能会造成电极边缘的电压较高,出现击穿等情况,产生电晕放电等问题。

正激变压器到底要不要气隙?

正激变压器到底要不要气隙?

正激变压器到底要不要气隙?注意:《60小时精通LLC开关电源设计》众筹活动离结束,倒计时5天!以前看到有人关于正激电路的变压器是否要加气隙的讨论,那么大家怎么看啊,为什么要加气隙?不加的理由又是什么?如果批量生产,那变压器初级绕组的电感量是否要求一致?如果一至的话,是调节气隙来解决,还是改变接触面积的方法好一些?观点一正激类的变压器理论上是不用加气隙,因为磁心不用储能,之所以加气隙,是为了方便生产。

因为平面磁心的电感因数公差较大,加气隙后,电感量一致性好。

另外,加一点小气隙后,可以有效防止因为磁不平衡导致的饱和。

当然,因为双平面装配,无论如何,还是会在配合面形成事实上的气隙,磁不平衡导致的磁饱和,有这样的气隙已经够了。

所以正激类变压器加气隙,我认为主要目的还是方便生产,保证电感量一致性。

一般正激类变压器对初级电感量只要求最小电感量。

只要磁心材质没问题,是可以做到的。

气隙与电感量并不是线性关系,平面磁心,稍微磨一点气隙,电感量下降很多的。

所以除非一开始就设计成带气隙磁心,否则平面磁心调节气隙来做到所需电感量不现实。

改变接触面,生产上也不好实现,这也是为什么会考虑电感量一致性,从而加气隙的初衷。

观点二不需要。

从正激的原理可以理解,励磁的同时,传递能量,促使正激变压器受磁的,就是励磁电流。

为了得到最大的效率,需要励磁电流越小越好,加气隙的结果适得其反,无形之中会增大励磁电流,同时剩磁也增大,漏感也增大。

观点三加不加气息要根据具体的电路来定啊,如果你有最大占空比限制保证即使在电压突变至最高或者突加负载等最恶劣的情况下,你的deltB都可以保证不至于使变压器饱和的话,是完全可以不用加的。

但是如果要最大程度的利用磁心,没有很大裕量的时候,适当的加点气隙就变得很必要了,具体看你做的产品的要求了,不能一概而论。

变压器磁心的气隙

变压器磁心的气隙

变压器磁心的气隙
(1)正、负电压对称、无直流分量的变压器,其磁路不需要气隙。

(2)转换器中,初级与隔离电容串联的变压器磁路中不需要气隙。

(3)反激式转换器的变压器初级绕组电流是储能电流,全部是励磁电流。

为了不使磁通饱和,磁路中应加人适当气隙。

如果忽略磁心材料所需的励磁安匝数,则可以用式(6-51)计算沿磁力线长度上气隙的`总长度lb(mm),即气隙中垫纸的总厚度为:
式中 Ipm——次级绕组电流幅值;
Bm——最大磁通密度(T):初、次级绕组磁动势连续时,Bm>Bw(磁通波形与初级绕组电流相似);初、次级绕组磁动势不连续(或临界)时,Bm=Bw(有气隙时,剩磁可以忽略)。

当磁力线穿过两处气隙时,可以取每处气隙垫纸(非磁性材料)厚度为0.5/b。

(4)正激式转换器通常无反向磁动势(初级有有源钳位例外),为了减少剩磁,可以加小的气隙。

(5)对于推挽式转换器,为了防止两个开关管的电流不平衡时产生过大的直流偏磁,应加适当的气隙。

当采用电流型控制时,电流的不平衡可以得到限制。

以上两种情况,在设置气隙后,如果允许将励磁电流的值增大为初级绕组电流幅值Ipm 的20%~30%,则可以用式(6-52)计算气隙的总长度lb(mm)
1.26Wp(0.2-0.3)Ibru*10*10*10。

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变压器气隙电感是开关电源中重要的元件之一,其合理设计有利于提高电源效率和可靠 性。

为防止电感饱和,需要在磁芯中加入气隙。

铁粉芯的气隙均匀分布在磁芯中。

如果采 用高导磁材料来绕制电感,传统的做法是采用集中气隙。

为了减少由气 隙附近的扩散磁通引起的绕组损耗,绕组布置需避开气隙 3个左右的气隙长度。

然而对于较大 的气隙,那样做将使磁芯窗口的利用率大大降低,此时可应用多 个小气隙来构成分布气隙。

文献[1]提出利用交错气隙以减少旁路磁通,从而减 少绕组损耗。

前人的研究成果对电感设计具有指导意义, 但对某些方面没有进行详细研究,特 别是多气隙中各小气隙之间磁柱的长度对扩散磁通的影响, 气隙布置在磁芯拐角 附近对扩散磁通的影响,以及分布气隙的个数如何选择等。

近年来,电磁场有 限元分析软件得到广泛的应用,分析结果的正确性得到了大量的证实 [2]。

本文 在前人研究的基础上,利用电磁场有限元软件对上述问题进行详细的研究。

2气隙在磁芯柱上不同位置对绕组损耗的影响根据文献[1]的分析,在电感中的磁通可分成以下三个部分 (如图1所示):(1) 在磁芯中构成回路的主磁通;(2)气隙附近进入磁芯窗口的扩散磁通;(3)穿越磁 柱之间窗口内的旁路磁通。

m L 电熙中的憨通甘布(対称半列磁芯)山)族包践貌俎.山)阳清绕组 wirw @1 28\ com由于主磁通未深入磁芯窗口内, 故它不会在绕组上感应出涡流。

扩散磁通则会在 气隙附近的绕组上感应出涡流。

旁路磁通穿越磁柱间的磁芯窗口, 将在绕组上感 应出 涡流。

气隙在磁芯柱上的不同位置对磁芯窗口内的扩散磁通和旁路磁通都 可能产生影响。

对绕组由漆包线构成的电感,气隙在磁芯柱上不同位置对磁芯窗 口内旁路磁通的影响在文献[1]中已有详细分析。

本节主要分析对扩散磁通的影响,并分析气隙在磁芯柱上的位置对铜箔与漆包线绕制的电感所产生的不同影响对于高频电感,相对气隙设在磁芯中部,如气隙设在磁芯拐角处,会使此处的扩 散磁通更\扩敌«.通容易深入到磁芯窗口内(如图2(a)、b)所示),这是因为磁通的分布,与所通过路径的磁阻分布有关。

相对气隙设在磁芯中部,气隙设在拐角处,扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。

这样就会容易导致绕组损耗的增加。

另外如气隙靠近磁芯的上端面,在窗口内,有一部分磁通会绕过磁柱上的短端,直接在磁芯上端面和磁柱的长端之间形成一个磁通路(如图2(c)所示),从而使窗口内的扩散磁通增加。

在图3所示的电感结构中,如此时绕组靠近气隙,将导致绕组损耗刚开始时,随气隙在磁芯柱上的位置b的增加而增加。

当b增加到对应使扩散磁通最多时,绕组损耗增加到最大值。

此后随b的增加,由扩散磁通引起的绕组损耗将随b的增加而减少。

最后当b增加到较大时,由于气隙距磁芯上端面较远,磁芯上端面对气隙附近的扩散磁通已不能产生影响。

这时随b的增加,由扩散磁通引起的绕组损耗基本不变。

为了使绕组损耗刚开始时不随b的增加而增大,可加大绕组与气隙间的距离,以减少气隙附近扩散磁通对绕组损耗的影响。

團3电感结构图山)铜霜烧组电感,(3滦邑线鏡组电感www. ei28. e*n在图3所示的2种电感结构中,用铜箔绕制的绕组损耗随气隙位置b的变化趋势与漆包线绕组是不同的。

这是因为两者之间在窗口内的磁通分布不同引起的。

用漆包线绕制的电感,旁路磁通的分布如图1(a)所示[1]。

而用铜箔绕制的电感,由于铜层对磁场的屏蔽作用,旁路磁通的分布如图1(b)所示。

磁通在窗口内的方向是在磁芯上下端面之间。

在这种情况下,改变气隙在磁芯柱上的位置,将对旁路磁通不会产生什么影响。

所以当距离b较大时,随着b的进一步增加铜层绕组损耗将基本不变。

而当距离b较小时,b的改变对绕组的损耗是有影响的,根据前面的分析,此时是气隙位置对扩散磁通的影响而造成的。

而用漆包线绕制的绕组,改变气隙在磁柱上的位置而能影响旁路磁通,从而影响绕组损耗,详细情况可参考文献[1]。

1对本节前面的气隙位置对电感绕组损耗的分析进行了有限元验证。

电感结构如图3所示,两种电感结构都选用南京新康达公司的EE16A磁芯。

图3(a)为0.1mm 铜箔绕制的电感,根据参数D的不同有三种方案,具体参数见图3(a)和表1。

当电感绕组中通过幅值为1A,频率为300kHz的正弦电流时,用An soft Maxwell 2D 电磁场有限元软件得到三种方案单位长度的绕组损耗随气隙在磁芯柱上位置的变化趋势如图4(a)所示。

根据前面的分析,气隙位置b刚开始增加时,窗口内扩散磁通增加。

此时方案1绕组距气隙较近,导致绕组损耗随距离b的增加而增加。

当b大于约3个气隙距时,随b的增加,磁芯窗口内的扩散磁通开始减少,此时绕组损耗随b的增加而减少。

当b大约10个气隙距时,随b的增加,磁芯窗口内的扩散磁通变化很小,此时绕组损耗随b的增加而基本不变。

为了在b刚开始增加时,使绕组损耗不增加,可以使绕组避开气隙远点的距离。

方案2和方案3中绕组分别距气隙3.25和4.25个气隙距,从图4(a) 可以看出绕组损耗在b刚开始增加时,绕组损耗不增加。

2 /mm)图3(b)为漆包线绕组制成的电感,根据参数D的不同有三种方案,具体参数见图3(b)和表2。

当电感绕组中通过幅值为0.1A,频率为300kHz的正弦电流时,用An soft Maxwell 2D 电磁场有限元软件得到三种方案单位长度的绕组损耗随气隙在磁芯柱上位置的变化趋势如图4(b)所示。

对比图4(a)和4(b),在图4(a)中当b大约为10个气隙距时,绕组损耗随b的增加而基本不变。

而在4(b)中, 绕组损耗是随b的增加而减少明显的。

这和前面的分析是一致的。

是由于气隙位置对两者之间的旁路磁通的影响不同而产生的结果。

而扩散磁通对两者的损耗影响是一致的。

工醴人|?1 mrn:.(a)團」塩蛋攔耗随吒隙位■愛化的其系国Gi)铜密绕组1 ei滦包线绕绢WffW_ ei28. ?«tfl3分布气隙参数对绕组损耗的影响为了减少损耗,通常要求绕组避开气隙一定的空间,一般为三个气隙长度左右。

这样在气隙较大时就会导致避让区域过大,使磁芯窗口面积利用率大大降低。

因此为了减少损耗和提高磁芯窗口面积的利用率,用分布的小气隙来代替大气隙。

如果小气隙之间的磁柱长度太短,部分扩散磁通就会旁过短磁柱,进入磁芯窗口内(如图5所示),使分布小气隙的效果减弱。

因此小气隙间的磁柱应该多长,来尽量减少小气隙之间的影响,就是一个值得分析的问题。

根据文献[1]和前面的分析,对于漆包线绕组由于气隙在磁柱上的位置会影响磁芯窗口内的旁路磁通,最终影响绕组损耗。

而根据上节的分析,对于用铜箔绕制的电感,气隙位置不会影响到磁芯窗口内的旁路磁通。

现在是为了研究气隙间的扩散磁通对绕组损耗的影响,所以在研究过程中应该避免旁路磁通的改变而影响绕组损耗。

故在此处选用铜箔绕制的电感来进行研究。

磁芯和绕组参数同图3(a)和表1中的方案1,大气隙为0.6mm拆分为2个0.3mm的小气隙(如图5所示)。

当电感绕组中通过幅值为1A,频率为300kHz的正弦电流时,用电磁场有限元软件得到单位长度的绕组损耗随小气隙间磁柱长度d的变化趋势如图6所示。

由图可知绕组损耗的变化趋势和前面的分析一致。

当d较小时对绕组损耗的影响较大,此时增加d能大大减少绕组损耗。

随着d的增大,增加d对减少绕组损耗的作用逐渐减弱,当d 大约为5个小气隙长度左右时,气隙间距的变化对绕组损耗影响较 小。

图£损轮对吒隙间磁柱长度晋蔚晋$i2S. con有时为了尽量减少绕组损耗,希望使用多个分布小气隙来代替集中的一个大气隙。

使用的小气隙越多,工艺就越复杂,成本就越高。

同时增加太多的小气隙,对减 少绕组的损耗不一定明显。

因此小气隙个数增加到多少适合也是一个值得分析 的问题。

磁芯和绕组参数同图3(a)和表1中的三种方案。

气隙布置在3个磁芯 柱上,每个磁芯柱上的气隙总长为 0.6mm 拆分成的小气隙在磁柱上均匀分布。

图7为每个磁柱上6个分布小气隙的示意图。

当电感绕组中通过幅值为 1A ,频 率为300kHz 的正弦电流时,用电磁场有限元软件得到单位长度的绕组损耗随小 气隙个数的变化趋势如图8所示。

对图8所示的结果进行分析,刚开始增加气隙 的个数,能大大减少绕组的损耗。

但气隙的个数增加到 6到7个气隙以后,再 增加气隙的个数对绕组损耗影响不大。

在方案 1中当磁柱上为一个集中气隙时, 气隙长度为0.6mm,绕组距磁芯边柱的距离为 0.45mm 即绕组距边柱为0.75个 气隙长度。

当磁柱上为两个小气隙时,气隙长度为0.3mm 绕组距边柱为2个小 气隙的距离,从图8可见此时增加气隙能大大减少绕组的损耗。

当磁柱上为 4 个气隙时,小气隙长度为0.15mm 绕组距边柱为3个小气隙长度,以后再增加 气 隙的个数,绕组损耗的减少就不多了,当气隙增加到6个时,小气隙长度为0.1mm12;J1 -磁芯培构弓繼通井在痔210wti2 4 6气障间Sjd(nMft)绕组距边柱为4.5个小气隙长度,以后再增加气隙的个数,绕组损耗的减少就不明显了。

这和绕组应避开气隙3个气隙长度的距离是一致的。

因为再增加绕组避开气隙的距离,气隙附近的扩散磁通对绕组的损耗影响就较小了。

在方案2和方案3的情况和方案1 一致。

故小气隙的个数应增加到使绕组距气隙的距离大于3个小气隙。

但没有必要增加气隙的个数使绕组距气隙的距离大于5个小气隙的距离,因为此时再增加气隙个数对绕组损耗影响很小。

图:蓼P障遽芯结楼。

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