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變壓器磁芯的基礎知識介紹

冬至子 ? 來源:拱掘硬電子 ? 作者:Damon X ? 2023-06-25 14:11 ? 次閱讀

Core磁芯

磁芯具有高磁導率,高的磁導率意味著導磁能力很強,也可以說磁芯對產生磁通的阻力很小。磁芯使得變壓器的初級繞組可以較小的勵磁電流產生較大的磁感應強度(又叫磁通密度或磁力線密度)。磁芯為磁力線提供了“比較順暢的通路”,使得大多數的磁力線被約束在磁芯內,使得磁能可以有效地向次級傳遞。

磁芯的選擇沒有很嚴格的限制。大多數工程師依靠經驗選擇變壓器的磁芯,通常可以根據開關電源的功率大小、電壓輸出數量、應用場合、成本,先粗略地選定磁芯。變壓器的磁芯選擇主要涉及磁芯材料、型號。反激變壓器磁芯材料通常使用錳鋅鐵氧體。磁芯的型號主要包括磁芯的形狀和尺寸。

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變壓器磁芯的常用形狀有EI型、EE型等,從它們的長相可以看出為什么叫EI或EE。磁芯的中間柱截面可以是方形,也可以是圓形。

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Magnetic Circuit 磁路

磁路是磁通走過的閉合的環路。在下圖中有兩個分支磁路,黃色磁路及白色磁路。黃色環路的周長就是這個磁芯的磁路長度le。

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Ae磁芯中柱截面積

磁芯中柱截面積也叫作磁芯有效截面積(Effective cross-sectional area)。

一般磁芯廠家會將磁芯的中柱截面積設置為兩個邊柱截面積之和。從磁路上分析,這樣的做的好處是可以使得各處的磁通相等,不會受限于磁芯某處的最小橫截面積。總磁通經過中柱一端后一分為二,均分到兩個邊柱,在中柱的另一端匯合。

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Aw磁芯窗口面積

變壓器的初級、次級需要繞組傳遞能量,實際的物理結構是將一層一層地繞組纏繞在磁芯的中柱上(此處忽略了變壓器骨架的結構)。磁芯窗口面積就是用于繞組繞線的空間。通常將一層繞組的漆包線(下左圖藍色線)纏繞在磁芯中柱上,再纏繞一層絕緣膠帶,再纏繞另外一層繞組的漆包線(下左圖棕色線)。各層繞組漆包線線徑、絕緣膠帶的厚度及纏繞圈數受限于磁芯窗口面積。下右圖示磁芯得到平面示意圖,淺藍色區域表示Aw磁芯窗口面積。

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Magnetic Saturation磁飽和

將變壓器的初級繞組視作電感。根據電感的特性,在電感兩端加載一定電壓,電感中的電流i=Vt/L,電感電流隨著時間呈線性增長,電感存儲的磁能增大。但是電感存儲磁能的容量是有限的(磁感應強度有最大值),隨著時間磁芯的磁導率會先增大至最大值后變小,電感抑制電流增大的能力逐漸減弱,也就是說電感的電感量L逐漸變小。當出現磁飽和,電感無法存儲更多磁能時,磁芯的磁芯不能再增加,電感相當于電阻非常小的導線,而電感兩端加載電壓不變,在這種情況下電感電流急劇增大。

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Air gap氣隙

氣隙是磁芯空氣間隙的簡稱,氣隙是磁路經過空氣部分的距離。由于氣隙的磁阻遠大于磁芯,所以在磁路中增加了氣隙,相當于調整了整個磁路的磁阻。氣隙的作用可以類比于電路中的限流電阻,避免磁芯出現磁飽和的情況。

在反激變壓器中,通常在磁芯中柱人為增加氣隙。理論上也可以在邊柱增加氣隙,后者的加工方式不如在前者方便。

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Bsat飽和磁通密度

飽和磁通密度即是磁芯磁感應強度的最大值,是磁芯單位面積內能容納的最大磁通。

Bobbin骨架

骨架是變壓器的主體結構,其他元件都依附在骨架之上,比如繞組(藍色線)和絕緣膠帶一層一層地纏繞在骨架上。而磁芯則會按照紅色箭頭方向插入骨架中空的位置。

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