侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

磁性器件损耗的分析设计优化

变压器(电感)-磁性器件的工作都有磁化曲线(磁滞损耗)!

由于磁性材料多少都能导电;因此就存在涡流损耗!

由于涡流效应,导致电流密度分布不均匀,从而引起损耗的增加;涡流效应会引起进入导体磁通被抵消;从而引起磁通的下降;涡流损耗的机理:集肤效应和临近效应

A.集肤效应的原理

如下图集肤效应的产生机理:

图中给出的是载流导体纵向的剖面图,当导体流过电流(如图中箭头方向)时,由右手螺旋法则可知,产生的感应磁动势为逆时针方向,产生进入和离开剖面的磁力线。如果导体中的电流增加,则由于电磁感应效应,导体中产生如图所示方向的涡流。由图可知:涡流的方向加大了导体表面的电流,抵消了中心线电流,这样作用的结果是电流向导体表面聚集,因此称为集肤效应;我们需要引进一个集肤深度的概念,此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍:

一般用集肤深度Δ来表示集肤效应,其表达式为:

其中:γ为导体的电导率,μ为导体的磁导率,f为工作频率。

高频导体电路密度分布图如下:

高频时的导体电流密度分布情形,大致如图所示,由表面向中心处的电流密度逐渐减小。由上图及上面公式可知,当频率愈高时,临界深度将会愈小,结果造成等效阻值上升;因此在高频时,电阻大小随着频率而变的情形,就必须要考虑了。在应用时,比如高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外,为了削弱趋肤效应,在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线。

在工业应用方面,利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。

考虑到交流电的集肤效应,为了有效地利用导体材料和便于散热,发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线;另外,在高压输配电线路中,利用钢芯铝绞线代替铝绞线,这样既节省了铝导线,又增加了导线的机械强度,这些都是利用了集肤效应这个原理。

B.临近效应

如下图临近效应的产生机理:

A、B两导体流过相同方向的电流IA和IB,当电流按图中箭头方向突增时,导体A产生的突变磁通ΦA-B在导体B中产生涡流,使其下表面的电流增大,上表面的电流减少。同样导体B产生的突变磁通ΦB-A在导体A中产生涡流,使其上表面的电流增大,下表面的电流减少;这个现象就是导体之间的临近效应!

当流过导体的电流相同,导体之间的距离一定时,如果导体之间的相对面积不同,邻近效应使得导体有效截面面积不同。实验表明:导体的相对面积越大则导体有效截面越大,损耗相对较小。

临近效应电流密度的示意图如下:

通过仿真;一轴对称模型在频率为20KHz时电流密度的分布图如下

临近效应与集肤效应是共存的;集肤效应是电流主要集中在导体表面附近,但是沿着导体圆周的电流分布还是均匀的。如果另一根载有反向交流电流的圆柱导体与其相邻,其结果使电流不再对称地分布在导体中,而是比较集中在两导体相对的内侧,形成这种分布的原因可以从电磁场的观点来理解。电源能量主要通过两线之间的空间以电磁波的形式传送给负载,导线内部的电流密度分布与空间的电磁波分布密切相关,两线相对内侧处电磁波能量密度大,传入导线的功率大,故电流密度也较大。如果两导线载有相同方向的交变电流,则情况相反,在两线相对外侧处的电流密度大。

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号