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变压器的设计问题(二) [复制链接]

7、磁饱和,磁性材料的导磁能力是有上限的,当磁场强度达到磁性材料磁导上限后,原边线圈的磁通就将“无法传导到副边线圈”,这时磁场不变了,副边线圈也就不在有感生电动势了,变压器效率就会急剧下降,当然通过空气中的漏磁还是可以有那么一点点感生磁场变化地。但是太微弱了。这是通常的变压器不使用空气芯的原因。这里的变压器是通过磁路传递磁通的,如果频率高到一定值,就像微波都可以直接使用真空传递能量了。
8、涡流,磁性材料的引入大大提高了磁导率,但是磁性材料本身的导电性也带来了新的问题,导体在变化的磁场中是可以产生电动势地,而且导体的空间也是闭合的,这个电动势就会产生电流,这个电流就会在导体电阻的作用下生成大量的热,这种涡流产生的热是不能忽略地,处理不好就可能使得磁性材料达到“居里点”,这时磁性材料就失去了导磁性。甚至涡流还可能损坏变压器,想想家里的电磁炉该有多热,利用涡流还可以炼钢地更不用说做饭了。变压器的磁性材料是不能用高导电材料地,例如:变压器使用硅钢材料而不是用较便宜的铁碳合金材料(就是我们常见的钢材),即使是硅钢也不是一整块,而是做成片,整个变压器磁路是由硅钢片叠起来地。设计问题:涡流不仅与磁性材料的导电性有关,还和磁路的拓扑有关,所以设计时不是材料选择好了就完事了地。
9、导线拓扑,上面一直假设导线电阻是忽略几何特性地,但是实际的设计中导线是有直径的,而且线圈的几何特征也是不能忽略的问题,如果一味地因为减少导线电阻而增加导线的线径就有可能无法满足变压器的匝数比、磁场强度等等性质。因为你的导线在空间上放不下了。

10、磁路与磁阻,下面在讨论一下磁场,磁路的几何拓扑是影响漏磁的重要因素,下面是磁场在真空的大致分布。
image.png  可以看到磁力线是不均匀的,离磁极越近磁力线越密集,通过猜测磁力线的分布在磁性材料中的分布也应该是不均匀地,也就是变压器拓扑会影响磁通。在磁导材料组成的磁路中有一个概念——磁阻,磁阻和电阻非常象,如果材料是均匀的磁路的磁阻就和几何拓扑有关了,对于高导磁材料,在磁通不引起磁饱和的情况下,磁阻的几何分布对磁阻影响不大。对于反激电源变压器,在磁路上留下一小段“气隙”,那么磁路在这地方就会出现很大的磁阻。那么这个气隙就会将“磁通”保存下来。这么说显然是不准确地,但只是为了理解的方便。这个磁阻气隙就可以将能量保存下来了。等到原边线圈电流关闭后,这个“气隙”就会释放保存的能量。那这个气隙是不是越大越好呢,也不是,气隙大了磁阻就大,就会影响磁通量的变化。所以这个气隙的磁阻就需要和开关电源的频率和电源功率有关了。其实反激电源应该被看成由两部分组成的——基于电感的DC/DC和变压器组成的。反激电源就是将正激的电感和变压器合一块了。为什么不直接使用DC/DC将220V整流后的直流变成需要的电压呢,这个主要是因为需要变换的电压幅度太大了,由于受到线圈电感量的影响,电压高需要上升的时间短,电流受电感的影响,电源效率就低了。变压器的引入就可以起到电流的变换作用。变压器也是变流器。为什么不叫:“变流器”呢??

后面我还有第三部分,主要内容是关于设计方法的讨论,前面的叙述主要是为了方便后面的讨论。

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【能量是由整个线圈保存地而不是气隙】 不然。 有气隙磁路中储存的磁场能量,大部分是储存在气隙中,而不是储存在磁阻很小的铁芯中。   详情 回复 发表于 2023-7-14 11:09
 
 

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【当磁场强度达到磁性材料磁导上限后,原边线圈的磁通就将“无法传导到副边线圈”,这时磁场不变了,副边线圈也就不在有感生电动势了】

不能说【原边线圈的磁通就将“无法传导到副边线圈”】。磁饱和发生时,原边副边的磁通仍然是同一个。

磁饱和发生时,不仅是副边线圈【不在有感生电动势了】,原边线圈也是【不在有感生电动势了】。

这里的【不在】应为【不再】。

另外,说【不在有感生电动势了】并不准确,感生电动势仍存在,只不过因为磁饱和,磁通变化率在交流的一个周期的部分时间内减少,致使感生电动势在这部分时间内也减少。

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【当然通过空气中的漏磁还是可以有那么一点点感生磁场变化地】

漏磁并不会在副边线圈中产生感生电动势,因为漏磁不穿过副边线圈。

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【如果材料是均匀的磁路的磁阻就和几何拓扑有关了】

此处绝对不能用【拓扑】二字,只能说【磁阻与几何尺寸有关】。

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磁阻气隙不会将能量保存下来。"磁通"是指通过磁场的磁通量,而磁阻只是磁场传导过程中存在的一种阻碍因素。

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这点是知道的,在整个磁路中增加磁阻可以保存能量,是因为磁阻的存在会使得磁通不至于很快泄放掉,能量是由整个线圈保存地而不是气隙。气隙只是产生磁阻的原因。  详情 回复 发表于 2023-7-14 09:11
 
 
 

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led2015 发表于 2023-7-13 21:05 磁阻气隙不会将能量保存下来。"磁通"是指通过磁场的磁通量,而磁阻只是磁场传导过程中存在的一种阻碍因 ...

这点是知道的,在整个磁路中增加磁阻可以保存能量,是因为磁阻的存在会使得磁通不至于很快泄放掉,能量是由整个线圈保存地而不是气隙。气隙只是产生磁阻的原因。

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【能量是由整个线圈保存地而不是气隙】 不然。 有气隙磁路中储存的磁场能量,大部分是储存在气隙中,而不是储存在磁阻很小的铁芯中。  详情 回复 发表于 2023-7-14 11:09
 
 
 

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bigbat 发表于 2023-7-14 09:11 这点是知道的,在整个磁路中增加磁阻可以保存能量,是因为磁阻的存在会使得磁通不至于很快泄放掉,能量是 ...

【能量是由整个线圈保存地而不是气隙】

不然。

有气隙磁路中储存的磁场能量,大部分是储存在气隙中,而不是储存在磁阻很小的铁芯中。

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