開關變壓器第十三講 開關變壓器漏感分析
發布時間:2009-08-03
開關變壓器線圈之間存在漏感,是因為線圈之間存在漏磁通而產生的;因yin此ci,計ji算suan出chu線xian圈quan之zhi間jian的de漏lou磁ci通tong量liang就jiu可ke以yi計ji算suan出chu漏lou感gan的de數shu值zhi。要yao計ji算suan變bian壓ya器qi線xian圈quan之zhi間jian存cun在zai的de漏lou磁ci通tong,首shou先xian是shi要yao知zhi道dao兩liang個ge線xian圈quan之zhi間jian的de磁ci場chang分fen布bu。
任(ren)何(he)變(bian)壓(ya)器(qi)都(dou)存(cun)在(zai)漏(lou)感(gan),但(dan)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)漏(lou)感(gan)對(dui)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)的(de)影(ying)響(xiang)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)。由(you)於(yu)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)的(de)存(cun)在(zai),當(dang)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)斷(duan)開(kai)的(de)瞬(shun)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi),容(rong)易(yi)把(ba)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)過(guo)壓(ya)擊(ji)穿(chuan);漏lou感gan還hai可ke以yi與yu電dian路lu中zhong的de分fen布bu電dian容rong以yi及ji變bian壓ya器qi線xian圈quan的de分fen布bu電dian容rong組zu成cheng振zhen蕩dang回hui路lu,使shi電dian路lu產chan生sheng振zhen蕩dang並bing向xiang外wai輻fu射she電dian磁ci能neng量liang,造zao成cheng電dian磁ci幹gan擾rao。因yin此ci,分fen析xi漏lou感gan產chan生sheng的de原yuan理li和he減jian少shao漏lou感gan的de產chan生sheng也ye是shi開kai關guan變bian壓ya器qi設she計ji的de重zhong要yao內nei容rong之zhi一yi。
開關變壓器線圈之間存在漏感,是因為線圈之間存在漏磁通而產生的;因yin此ci,計ji算suan出chu線xian圈quan之zhi間jian的de漏lou磁ci通tong量liang就jiu可ke以yi計ji算suan出chu漏lou感gan的de數shu值zhi。要yao計ji算suan變bian壓ya器qi線xian圈quan之zhi間jian存cun在zai的de漏lou磁ci通tong,首shou先xian是shi要yao知zhi道dao兩liang個ge線xian圈quan之zhi間jian的de磁ci場chang分fen布bu。
我wo們men知zhi道dao螺luo旋xuan線xian圈quan中zhong的de磁ci場chang分fen布bu與yu兩liang塊kuai極ji板ban中zhong的de電dian場chang分fen布bu有you些xie相xiang似si之zhi處chu,就jiu是shi螺luo旋xuan線xian圈quan中zhong磁ci場chang強qiang度du分fen布bu是shi基ji本ben均jun勻yun的de,並bing且qie磁ci場chang能neng量liang基ji本ben集ji中zhong在zai螺luo旋xuan線xian圈quan之zhi中zhong。另ling外wai,在zai計ji算suan螺luo旋xuan線xian圈quan之zhi內nei或huo之zhi外wai的de磁ci場chang強qiang度du分fen布bu時shi,比bi較jiao複fu雜za的de情qing況kuang可ke用yong麥mai克ke斯si韋wei定ding理li或huo畢bi-沙定理,而比較簡單的情況可用安培環路定律或磁路的克希霍夫定律。
圖2-30是分析計算開關變壓器線圈之間漏感的原理圖。下麵我們就用圖2-30來簡單分析開關變壓器線圈之間產生漏感的原理,並進行一些比較簡單的計算。
在圖2-30中,N1、N2分別為變壓器的初、次級線圈,Tc是變壓器鐵芯。r是變壓器鐵芯的半徑,r1、r2分別是變壓器初、次級線圈的半徑;d1為初級線圈到鐵芯的距離,d2為初、次級線圈之間的距離。為了分析計算簡單,這裏假設變壓器初、次級線圈的匝數以及線徑相等,流過線圈的電流全部集中在線徑的中心;因此,它們之間的距離全部是兩線圈之間的中心距離,如虛線所示。

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下麵我們根據圖2-30來簡單計算變壓器初、次級線圈之間的漏感Ls。

(2-97)式中,H為漏感的磁場強度;N為產生漏感線圈的匝數,這裏N可以是N1或者N2;I為流過線圈N1或者N2的電流;h為兩個線圈的高度。
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如果我們拿(2-99)式與(2-67)式或(2-94)式(shi)進(jin)行(xing)對(dui)比(bi),可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),線(xian)圈(quan)漏(lou)感(gan)與(yu)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)是(shi)沒(mei)有(you)本(ben)質(zhi)區(qu)別(bie)的(de),隻(zhi)是(shi)磁(ci)路(lu)和(he)磁(ci)通(tong)密(mi)度(du)以(yi)及(ji)介(jie)質(zhi)導(dao)磁(ci)率(lv)等(deng)參(can)數(shu)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)來(lai)決(jue)定(ding)。
對於計算多層線圈的漏感可以用上述方法,逐層進行計算,然後求代數和;或者把多層線圈等效成一層,然後按單層來計算。實際中使用的變壓器,其初、次(ci)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)匝(za)數(shu)不(bu)一(yi)定(ding)完(wan)全(quan)一(yi)樣(yang),導(dao)線(xian)的(de)直(zhi)徑(jing)也(ye)不(bu)可(ke)能(neng)一(yi)樣(yang),還(hai)有(you)線(xian)圈(quan)的(de)高(gao)度(du)也(ye)不(bu)可(ke)能(neng)一(yi)樣(yang),因(yin)此(ci),精(jing)確(que)計(ji)算(suan)每(mei)個(ge)線(xian)圈(quan)之(zhi)間(jian)的(de)漏(lou)感(gan)並(bing)不(bu)是(shi)一(yi)件(jian)很(hen)容(rong)易(yi)的(de)事(shi)。
為了減少變壓器初、次級線圈之間的漏感,在繞製變壓器線圈的時候可以把初、次級線圈層與層之間互相錯開,如圖2-31所示。

在圖2-31中,兩個線圈之間實線箭頭表示正磁通的方向,虛線表示反磁通的方向。從圖中可以看出,多層線圈間隙與間隙之間的正、反向磁通是可以部分抵消的,因此,變壓器線圈的漏感可以減小。
例如:第2層線圈N2產生的正磁通,一部分落在第1層線圈N1的外麵,屬於漏磁通;但第2層線圈N2產生的反磁通,正好落在第3層線圈N1的裏麵;即:第2層次級線圈N2產生的正、反向磁通,正好落在初級線圈N1的第1層與第3層線圈之間,正、反向磁通的作用可以互相抵消。而第4層線圈N2產生的正、反向磁通,對第1層與第3層的初級線圈N1就沒有太大的影響。
另外,從(2-99)式還可以看出,漏感的大小與兩個線圈之間的距離還相關;如果把初、次級線圈用雙平行或雙交線來繞製,這樣,兩個線圈之間的距離就會變得小;特別是用雙交線來繞製,相當於兩層線圈不斷交換裏外位置,正、反向磁通互相抵消,因此,它們之間的漏感特別小。這種初、次級線圈采用雙平行或雙交線繞製的變壓器一般多用於高頻變壓器,或脈衝變壓器。但這種變壓器初、次級線圈之間的絕緣強度不高,很難在大功率開關電源中使用。
一般變壓器初、次級線圈的漏感大約在1~2%左右,如果采用分層錯開繞製工藝,漏感可以降低到1%之下;若采用雙交線繞製工藝,線圈漏感可以降低到5‰ 以下。
另外,線圈漏感相對值的大小還與變壓器鐵芯的氣隙長度有關,這個用(2-99)式與(2-94)式進行對比就可以知道。變壓器鐵芯的氣隙長度越大,其有效導磁率就越小,線圈漏感的相對值就越大。
duibianyaqixianquandelouganjinxingceshi,fangfahenjiandan。liru,yaoceshibianyaqichujixianquandelougan,zhixuyaobabianyaqisuoyoucijixianquandeliangduanjinxingduanlu,ranhouyongyibiaojiedaochujixianquandeliangduanjinxingceshi,qijieguojiushichujixianquandelougan。tongli,xuyaoduibianyaqicijixianquandelouganjinxingceshishi,zhixuyaobachujixianquandeliangduanjinxingduanlu,ranhouyongyibiaojiedaocijixianquandeliangduanjinxingceshi,qijieguojiushicijixianquandelougan。
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