电感变压器设计PPT课件

p铜 d6.6 085153.9 31f 0 3(T2)0 Cu5.817 0m/ 单位: mm
p铝 d8.4 5171 23.9 01f 0 3(T2)0
A l 3.541670 m/
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)
6. 交流电阻分析(铜导体的穿透深度d与电流频率 f 的关系)
磁元件设计共性问题
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电导体设计
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻）
无论变压器还是电感, 导体材料一般采用电工铜, 偶尔也采用铝等材料. 形式为导线或铜箔。
1. 直流电阻(金属, 不接近熔点和0K时)
0(1(T2)0)(•[mm]2/m
其中 T——温度，oC
2. 有两个50Hz的220V / 110V 变压器, 一个容量50W, 一个是100kW.在 工业应用中, 它们两个的大小相同吗? 为什么?
3. 同样50W的两个变压器, 一个是50Hz工作, 一个是50kHz工作. 两个的 大小一样吗? 在工业应用中, 可以采用相同材料的铁芯吗?
磁元件设计共性问题
电感和变压器设计
变压器(Transformer) NP NS
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
我们知道—— 电感要求的是: 电感量 L
L
变压器要求的是: 原副边匝数比NP / NS
是否算出电感的L和变压器的NP / NS就可以了？
NP
NS
回答三个问题：
1. 对于一个50Hz的工频变压器：220V / 110V, NP / NS 等于2是一定的. 那么NP取多少合适? 2匝? 100匝? 4000匝? 或是其它匝数? 为什么?
电感及变压器设计
磁元件设计共性问题
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气隙的作用
磁元件设计共性问题
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2
Comparative core usage of asymmetrical and symmetrical converters.
磁芯带有气隙后，等效的磁导率降低了。线性度比原磁化曲线好 得多。磁芯的剩磁(Br)大大下降了。
磁元件设计共性问题
d(mm) 18.67 17.04 13.20 10.95 7.62 6.96 5.90 4.17 2.95 2.41 1.87 1.58
f(kHz) 10 15 20 25 30 40 50 100 150 200 300 500 750 1000
d(mm) 1.32 1.077 .933 .835 .762 .66 .59 .417 .341 .295 .241 .1867 .1524 .132
20oC时的工业纯铜
电阻率 (•[mm]2/m 0 0.017241
温度系数(1/oC)
3.9 31 03
20oC时的工业纯铝
0 0.0282
3.90 1 03
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)
2. 交流电阻的成因(集肤效应)
电流密集区 零电流区
零电流区
i
磁元件设计共性问题
电流密度 j
j0
pd
1 e
j0
电流在导体的表面密集分 布，中心部位电流密度很 小，使导体有效导电面积 减小，因而交流电阻要大 于直流电阻
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)
5. 交流电阻分析(集肤效应的穿透深度pd)
pd 2
Where 2f,fHz
导线磁导率. 空气磁导率为0410 7H/m 电导率, 等于 (1/ )
为了减小交流电阻, 综合考虑集肤效应的电流密度递减性,以及温度带来 的影响, 我们一般取铜导体的厚度或(直径)为d (mm，毫米)
d 132 (mm) f
Where f —— H z 使得 kAC 1
f(Hz) 50 60 100 120 300 360 500 1000 2000 3000 5000 7000
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)
7. 电导体的设计——其它因素
邻近效应Proximity effect
线圈振动
邻近效应随绕组层数增加呈指数规律增加
合理布线
8. 电导体的设计——导体截面的选择
导体截面的选择， 两个因素：
A. 导体的厚度或(直径)为d (mm，毫米)小于2~3倍穿透深度
RACkACRDC
频率越高，集肤效 应影响越大。
电阻比与频率归一化曲线
kAC趋表系数:与频率、材料的性质、导线形状有关
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻)
4. 交流电阻分析(集肤效应) 穿透深度(penetration depth)：由于集肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到 的径向深度。可以表征导线有效截面的减少。
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气隙磁路计算
B0H ai r 0 H r core
N IHailrgHcolre
B0H ai r 0 H r core
HcoreNl I11rlg /l
大气隙磁芯会导致边缘效应增大，匝间漏电感和杂散电容增大
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计的共性问题
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磁元件设计共性问题
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电感器(Inductor) L
B. 导体允许的电流密度 j (A/ [mm]2, 安培 / 平方毫米)
多层并绕
磁元件设计共性问题
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英规导线(AWG)
磁元件设计共性问题
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磁性体的选择
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
二. 铁芯材料的选择(铁耗(涡流损耗和磁滞损耗))
电流密集区
边界区
磁元件设计共性问题
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集肤效应（也称趋肤效应(skin effect)）
当导线中通过交流电流时，因导线内部 和边缘部分所交链的磁通量不同，致使 导线表面上的电流产生不均匀分布，相 当于导线有效截面减少，这种现象称为 集肤效应。
磁元件设计共性问题
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电感和变压器设计
一. 电导体的设计(直流电阻和交流电阻) 3. 交流电阻(由于集肤效应, 交流电阻随频率增长)
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电感和变压器设计
设计电感和变压器要考虑的问题?
1. 铜耗问题(直流电阻和交流电阻) 2. 铁芯饱和问题(基本磁化曲线(BS和)) 3. 铁芯材料问题(铁耗(体电阻和磁滞回线)) 4. 居里温度(curie temperature))
涡流损耗(eddy loss)和磁滞损耗(hysteresis loss)