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开关电源变压器磁芯参数.pdf

开关电源变压器磁芯参数

yeming888
2011-01-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《开关电源变压器磁芯参数pdf》,可适用于IT/计算机领域

目录第一章磁的基本概念………………………………………………………………………磁的基本现象…………………………………………………………………………………电流与磁场……………………………………………………………………………………磁的单位和电磁基本定律…………………………………………………………………磁感应强度(B磁通密度)……………………………………………………………………磁通……………………………………………………………………………………………磁导率µ和磁场强度H………………………………………………………………………安培环路定律…………………………………………………………………………………电磁感应定律…………………………………………………………………………………电磁能量关系…………………………………………………………………………………本章要点第二章电路中的磁性元件…………………………………………………………………自感……………………………………………………………………………………………互感……………………………………………………………………………………………线圈之间的互感………………………………………………………………………………互感系数………………………………………………………………………………………互感电动势……………………………………………………………………………………互感电路………………………………………………………………………………………变压器…………………………………………………………………………………………变压器空载……………………………………………………………………………………变压器负载状态………………………………………………………………………………变压器等效电路………………………………………………………………………………本章要点…………………………………………………………………………………………第三章磁路和电感计算…………………………………………………………………磁路的概念…………………………………………………………………………………磁路的欧姆定律……………………………………………………………………………磁芯磁场和磁路……………………………………………………………………………无气隙磁芯磁场………………………………………………………………………………E型磁芯磁场和等效磁路……………………………………………………………………气隙磁导的计算………………………………………………………………………………电感计算………………………………………………………………………………………导线和无磁芯线圈的电感计算-经验公式…………………………………………………磁芯电感………………………………………………………………………………………本章要点……………………………………………………………………………………………第四章软磁材料………………………………………………………………………………磁性材料的磁化………………………………………………………………………………磁材料的磁化曲线……………………………………………………………………………磁性物质磁化过程和初始磁化曲线…………………………………………………………饱和磁滞回线和基本参数……………………………………………………………………磁芯损耗………………………………………………………………………………………磁化能量和磁滞损耗Ph………………………………………………………………………涡流损耗Pe……………………………………………………………………………………剩余损耗Pc……………………………………………………………………………………磁化曲线的测量和显示………………………………………………………………………测试原理和电路………………………………………………………………………………磁化曲线的显示……………………………………………………………………………相对磁导率µr……………………………………………………………………………………最大磁导率μm…………………………………………………………………………………初始磁导率μI…………………………………………………………………………………增量磁导率µ∆…………………………………………………………………………………有效磁导率μe…………………………………………………………………………………幅值磁导率µa…………………………………………………………………………………常用软磁材料…………………………………………………………………………………对软磁材料的要求……………………………………………………………………………合金磁材料……………………………………………………………………………………磁粉芯…………………………………………………………………………………………软磁铁氧体材料………………………………………………………………………………软磁材料的选用原则……………………………………………………………………………本章要点……………………………………………………………………………………………第五章变换器中磁芯的工作要求……………………………………………………………Ⅰ类工作状态-Buck变换器滤波电感磁芯……………………………………………………Ⅱ类工作状态-正激变换器变压器……………………………………………………………Ⅲ类工作状态-推挽型变换器中变压器……………………………………………………输出交流时逆变器中的变压器………………………………………………………………SPWM交流输出滤波电感…………………………………………………………………直流输出时变压器的工作状态………………………………………………………………准Ⅲ工作状态-磁放大器磁芯工作状态………………………………………………………磁放大器原理…………………………………………………………………………………实际应用举例…………………………………………………………………………………本章要点………………………………………………………………………………………第六章线圈………………………………………………………………………………………集肤效应…………………………………………………………………………………………线圈磁场和邻近效应…………………………………………………………………………变压器线圈的漏感……………………………………………………………………………典型变压器磁芯的漏感分析…………………………………………………………………其他结构的漏磁………………………………………………………………………………减少漏磁的主要方法-线圈交错绕…………………………………………………………邻近效应对多层线圈影响………………………………………………………………………多层线圈………………………………………………………………………………………线圈的并联……………………………………………………………………………………无源损耗………………………………………………………………………………………线圈结构…………………………………………………………………………………………绝缘、热阻和电流密度………………………………………………………………………计算有效值电流………………………………………………………………………………窗口充填系数kw………………………………………………………………………………电路拓扑………………………………………………………………………………………线圈间电容和端部电容…………………………………………………………………………本章要点………………………………………………………………………………………第七章功率变压器设计………………………………………………………………………变压器设计一般问题……………………………………………………………………………变压器功能……………………………………………………………………………………变压器的寄生参数及其影响…………………………………………………………………温升和损耗……………………………………………………………………………………充填系数………………………………………………………………………………………电路拓扑………………………………………………………………………………………频率……………………………………………………………………………………………占空度………………………………………………………………………………………匝数和匝比选取………………………………………………………………………………磁通偏移………………………………………………………………………………………磁芯选择……………………………………………………………………………………变压器设计基本步骤………………………………………………………………………第八章电感和反激变压器设计……………………………………………………………应用场合………………………………………………………………………………………输出滤波电感(Buck)…………………………………………………………………………Boost和BoostBuck电感……………………………………………………………………反激变压器…………………………………………………………………………………耦合滤波电感………………………………………………………………………………损耗和温升……………………………………………………………………………………磁芯……………………………………………………………………………………………磁芯气隙……………………………………………………………………………………散磁引起的损耗……………………………………………………………………………扩大电感磁通摆幅…………………………………………………………………………磁芯材料和形状………………………………………………………………………………决定磁芯尺寸………………………………………………………………………………电感计算………………………………………………………………………………………气隙磁芯电感………………………………………………………………………………磁粉芯和恒导磁芯电感……………………………………………………………………利用电感系数AL计算电感…………………………………………………………………电感设计………………………………………………………………………………………设计步骤……………………………………………………………………………………举例-Buck输出滤波电感…………………………………………………………………反激变压器电感设计………………………………………………………………………第九章特殊磁性元件…………………………………………………………………………电流互感器……………………………………………………………………………………交流互感器…………………………………………………………………………………脉冲直流互感器………………………………………………………………………………磁调节器和尖峰抑制器设计…………………………………………………………………矩形磁芯基本特性……………………………………………………………………………磁放大器设计…………………………………………………………………………………噪声抑制磁芯…………………………………………………………………………………第十章附录………………………………………………………………………………………单位制和转换关系……………………………………………………………………………导线数据………………………………………………………………………………………漆包线规格、绝缘和耐压…………………………………………………………………英制导线规格及公制转换…………………………………………………………………电工铜带……………………………………………………………………………………铁氧体………………………………………………………………………………………国产铁氧体材料特性………………………………………………………………………铁氧体尺寸规格……………………………………………………………………………国内外铁氧体材料对照……………………………………………………………………磁粉芯………………………………………………………………………………………磁粉芯的主要性能和规格…………………………………………………………………磁粉芯电感估算……………………………………………………………………………国内外磁粉芯规格…………………………………………………………………………矩形磁滞回线磁芯……………………………………………………………………………非晶合金……………………………………………………………………………………噪声抑制器件………………………………………………………………………………矩形磁滞回线铁氧体磁芯…………………………………………………………………绝缘…………………………………………………………………………………………线圈端部处理-留边距离Z、端空距离d………………………………………………内层绝缘(线圈骨架到磁芯)、绕组间绝缘………………………………………………线圈的裹覆、端封和灌注方式的选择……………………………………………………出头绝缘距离………………………………………………………………………………工艺…………………………………………………………………………………………磁性元件相关标准……………………………………………………………………………国家标准……………………………………………………………………………………部分国际标准………………………………………………………………………………开关电源中磁性元器件赵修科前言几乎所有电源电路中都离不开磁性元器件 电感器或变压器。例如在输入和输出端采用电感滤除开关波形的谐波在谐振变换器中用电感与电容产生谐振以获得正弦波电压和电流在缓冲电路中用电感限制功率器件电流变化率在升压式变换器中储能和传输能量有时还用电感限制电路的瞬态电流等。而变压器用来将两个系统之间电气隔离电压或阻抗变换或产生相位移(相ΔY变换)存储和传输能量(反激变压器)以及电压和电流检测(电压和电流互感器)。可以说磁性元件是电力电子技术最重要的组成部分之一。磁性元器件电感器和变压器与其他电气元件不同使用者很难采购到符合自己要求的电感和变压器。对于工业产品应当有一个在规定范围内通用的规范化的参数这对磁性元件来说是非常困难的。而表征磁性元件的大多数参数(电感量电压电流处理能量频率匝比漏感损耗)对制造商是无所适从的。相反具体设计一个磁性元件在满足电气性能条件下可综合考虑成本体积重量和制造的困难程度在一定的条件下可获得较满意的结果。由于很难从市场上购得标准的磁性元器件开关电源设计工作的大部分就是磁性元件的设计。有经验的开关电源设计者深知开关电源设计的成败在很大程度上取决于磁性元件的正确设计和制作。高频变压器和电感固有的寄生参数引起电路中各色各样的问题例如高损耗、必须用缓冲或箝位电路处理的高电压尖峰、多路输出之间交叉调节性能差、输出或输入噪声耦合和占空度范围限制等等对初步进入开关电源领域的工程师往往感到手足无措。磁性元件的分析和设计比电路设计复杂得多要直接得到唯一的答案是困难的。因为要涉及到许多因素因此设计结果绝不是唯一合理的。例如不允许超过某一定体积有几个用不同材料的设计可以满足要求但如果进一步要求成本最低则限制了设计的选择范围。因此最优问题是多目标的相对的。或许是最小的体积最低成本或是最高效率等等。最终的解决方案与主观因素、设计者经验和市场供应情况有关。另一方面正确的设计不只是一般电路设计意义上的参数计算。还应当包含结构、工艺和散热等设计而且是更重要的设计。高频开关电源的很多麻烦是由于磁性元件工艺、结构和制造不合理引起的。尽管磁性元件设计结果是相对的不是唯一的。但至少设计结果应当是合理的。因此开关电源设计者应当有比较好的磁学基础。遗憾的是在现今中等专业学校和高等院校中磁的讲解偏少尤其是应用于开关电源的实际磁的概念更少涉及。为此本书试图在讲清工程电磁的最基本概念的基础上介绍磁性材料性能和选用以及高频条件下磁性元件工作的特殊问题、磁性元件设计的一般方法和工艺结构。给初学者初步提供理论依据和经验开关电源中磁性元器件赵修科数据为进入“黑色艺术殿堂”打下必要的基础并通过自己的不断实践也成为开关电源磁性元件的专家。本书由丁道宏教授主审并提出了不少很宝贵的意见。詹晓东副教授提供不少有益的资料给予很大帮助在此一并表示衷心的感谢。本书出版前后先后受聘于多家厂商讲课得到一致好评。很多电源工作者希望得到该书但是销售渠道很不畅通。为此将书稿重新整理改正出版中的错误并补充一些必要的例子和资料。刻制光盘以饷读者。编著者年月南京开关电源中磁性元器件赵修科第一章磁的基本概念磁性是某些物质的特殊的物理性能中国人最早利用这一性质发明了指南针。从世纪到世纪初麦克司韦、楞次、法拉第和安培等科学家建立了电磁场理论和电磁基本定律奠定了现代电磁科学发展基础。在工程上主要是应用电磁的两个基本定律-全电流定律和电磁感应定律。由于推演方法的不同电磁计量存在两种不同的计量单位制-国际单位制(SI制或有理化单位制或MKS制即米千克秒制)和实用单位制(或非有理化单位制CGS制即厘米克秒制)。英美通常应用CGS制而我国使用MKS制。磁的基本现象自然界中有一类物质如铁镍和钴在一定的情况下能相互吸引这种性质我们称它们具有磁性。使他们具有磁性的过程称之为磁化。能够被磁化或能被磁性物质吸引的物质叫做磁性物质或磁介质。能保持磁性的磁性物质称为永久磁铁。磁铁两端磁性最强的区域称为磁极。将棒状磁铁悬挂起来磁铁的一端会指向南方另一头则指向北方。指向南方的一端叫做南极S指向北方的一端叫做北极N。如果将一个磁铁一分为二则生成两个各自具有南极和北极的新的磁铁。南极或北极不能单独存在。如果将两个磁极靠近在两个磁极之间产生作用力-同性相斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间转递的这里存在着磁力作用的特殊物质我们称之为磁场。磁场与物体的万有引力场电荷的电场一样都具有一定的能量。但磁场还具有本身的特性:()磁场对载流导体或运动电荷表现作用力()载流导体在磁场中运动时要做功。为形象化描述磁场把小磁针放在磁铁附近在磁力的作用下小磁针排列成图(a)所示的形状。从磁铁的N极到S极小磁针排成一条光滑的曲线此曲线称为磁力线(图(b))或称为磁感应线或磁通线。我们把N极指向S极方向定义为力线具正方向。磁力线在磁铁的外部和内部都是连续的是一个闭合曲线。曲线每一点的切线方向就是磁场方向。在磁铁内部是S极指向N极。以下用磁力线方向代表磁场正方向。力线的多少代表磁场的强弱例如在磁极的附近力线密集就表示这里磁场很强在两个磁极的中心面附近力线很稀疏表示这里磁场很弱(图(c))。但是应当注意磁场中并不真正存在这些实在的线条也没有什么物理量在这些线条中流动只是在概念上形象地说明磁现象。NSNSNS(a)(b)(c)图永久磁铁的磁场电流与磁场将载流导体或运动电荷放在磁场中载流导体就要受到磁场的作用力这说明电流产生了磁场。由此产生的磁场和磁体一样受到磁场的作用力。现代物理研究表明物质的磁性也是电流产生的。开关电源中磁性元器件赵修科永久磁铁的磁性就是分子电流产生的。所谓分子电流是磁性材料原子内的电子围绕原子核旋转和自转所形成的。电子运动形成一个个小的磁体这些小磁体在晶格中排列在一个方向形成一个个小的磁区域-磁畴。可见电流和磁场是不可分割的即磁场是电流产生的而电流总是被磁场所包围。运动电荷或载流导体产生磁场。根据实验归纳为安培定则即右手定则如图所示。右手握住导线拇指指向电流流通方向其余四指所指方向即为电流产生的磁场方向如图(a)所示如果是螺管线圈则右手握住螺管四指指向电流方向则拇指指向就是磁场方向如图(b)所示。磁力线方向磁力线方向电流方向II电流方向(a)(b)图右手定则图示出了围绕两根平行载流导体的磁场每根导体流过相等的电流但方向相反即一对连接电源到负载的导线。实线代表磁通而虚线代表磁场等位面(以后说明)的截面图。每根导线有独立的磁场磁场是对称的并从导线中心向外径向辐射开来磁场的强度随着离导体的距离增加反比减少。因为产生场的电流方向相反两个场数值是相等的但极性相反。两个场叠加在一起在导线之间区域相互加强能量最大。而在导线周围的其它地方特别是远离两导线的外侧磁场强度相反且近乎相等而趋向抵消。图示出了空心线圈磁场。每根导线单个的场在线圈内叠加产生高度集中和线条流畅的场。在线圈外边场是发散的并且很弱。虽然存储的能量密度在线圈内很高在线圈以外的弱磁场中还存储相当大的能量因为体积扩展到无限大。磁场不能被“绝缘”物体与它的周围隔离开来-磁“绝缘”是不存在的。但是磁场可以被短路-将图的线圈放到一个铁盒子中去盒子提供磁通返回的路径盒子将线圈与外边屏蔽开来。磁的单位和电磁基本定律磁场可用以下几个物理量来表示。磁感应强度(B磁通密度)图空心线圈图围绕双导体的场开关电源中磁性元器件赵修科为了测量磁场的强弱,可通过电磁之间作用力来定义。用单位长度的导线放在均匀的磁场中通过单位电流所受到的力的大小(IlFB=)表示磁场的强弱-磁感应强度(B)。它表示磁场内某点磁场的强度和方向的物理量。B是一个矢量。力F电流I(在导线l内流通)和磁感应强度B三者之间是正交关系通常用左手定则确定:伸开左手四手指指向电流方向拇指指向力的方向则磁场指向手心。如果磁场中各点的磁感应强度是相同的且方向相同则此磁场是均匀磁场。B的单位在国际单位制(SI)中是特斯拉(Tesla)简称特代号为T。在电磁单位制(CGS)中为高斯简称高代号为Gs。两者的关系为T=Gs。磁通(φ)垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量简称磁通。用φ表示。通常磁场方向和大小在一个截面上并不一定相同(图(a))则通过该截面积A的磁通用面积分求得∫∫==ABAdcosdαφφ或∫=AABdφ式中dφ-通过单元dA截面积的磁通α-截面的法线与B的夹角。在一般磁芯变压器和电感中给定结构磁芯截面上或端面积相等的气隙端面间的磁场B基本上是均匀的(图(b))则磁通可表示为BA=φ()磁通是一个标量。它的单位在SI制中为韦伯简称韦代号为Wb可由B和A的单位导出(Wb)=(T)×(m)在CGS单位制中磁通单位为麦克斯韦简称麦代号为Mx。而Mx=Gs×cm因为T=Gsm=cm则Mx=Wb在均匀磁场中磁感应强度可以表示为单位面积上的磁通由式()可得ABφ=()所以磁感应强度也可以称为磁通密度。因此磁通密度的单位特斯拉也可用韦米可见cmWbmWbGs−−==因为磁力线是无头无尾的闭合线因此对于磁场内任意闭合曲面进入该曲面的磁力线应当和穿出该曲面的力线数相等所以穿过闭合曲面磁通总和为零称为高斯定理。磁导率(µ)和磁场强度H.磁介质的磁导率(µ)和磁场强度(H)电流产生磁场但电流在不同的介质中产生的磁感应强度是不同的。例如在相同条件下铁磁介质中所产生的磁感应强度比空气介质中大得多。为了表征这种特性将不同的磁介质用一个系数µ来考虑µ称为介质磁导率表征物质的导磁能力。在介质中µ越大介质中磁感应强度B就越大。AnBdAdφNABSα(a)(b)图穿过某一截面的磁通开关电源中磁性元器件赵修科真空中的磁导率一般用µ表示。空气、铜、铝和绝缘材料等非磁材料的磁导率和真空磁导率大致相同。而铁、镍、钴等铁磁材料及其合金的磁导率都比µ大~倍。最初将真空磁导率µ定为其他材料的磁导率实际上是真空磁导率的倍数。沿用了很长时间并影响到一些基本关系式的表达就是在公式中经常出现的π现在英美还在应用这就是非合理化单位制(CGS制)的来由。但是近代物理经过测试实际真空磁导率Hm−×=πµ。因此其他材料的实际磁导率应当是原先磁导率乘以µ。因为在µ中包含了π这样在所有表达电磁关系的公式中没有了讨厌的π形成了所谓合理化单位制(MKS制)。这里将其他材料磁导率高于真空磁导率的倍数称为相对磁导率µr。.磁场强度(H)用磁导率表征介质对磁场的影响后磁感应B与µ的比值只与产生磁场的电流有关。即在任何介质中磁场中的某点的B与该点的µ的比值定义为该点的磁场强度H,即µBH=()H也是矢量其方向与B相同相似于磁力线描述磁场磁场强度也可用磁场强度线表示。但与磁力线不同因为它不一定是无头无尾的连续曲线同时在不同的介质中由于磁导率µ不一样H在边界处发生突变。应当指出的是所谓某点磁场强度大小并不代表该点磁场的强弱代表磁场强弱是磁感应强度B。比较确切地说矢量H应当是外加的磁化强度。引入H主要是为了便于磁场的分析计算安培环路定律安培发现在电流产生的磁场中矢量H沿任意闭合曲线的积分等于此闭合曲线所包围的所有电流的代数和(图),即∑∫∫==IlHlHlldcosdα()式中H-磁场中某点A处的磁场强度ld-磁场中A点附近沿曲线微距离矢量α-H与ld之间的夹角。ΣI-闭合曲线所包围的电流代数和。电流方向和磁场方向的关系符合右螺旋定则。如果闭合回线方向与电流产生的磁场方向相同则为正。反之为负。式()称为安培环路定律或称为全电流定律。图(a)环路包围只有I所以ΣI=I而图(b)环路包围的是正的I和负的I尽管图中有I存在但它不包含在环路之内所以ΣI=II。以环形线圈为例(图)来说明安培定律的应用。环内的介质是均匀的线圈匝数为N取磁力线方向作为闭合回线方向沿着以r为半径的圆周闭合路径l根据式()的左边可得到HrHllH×==∫πd()方程的右边IIN=∑I闭合曲线HIIdlIAα(a)(b)图安培环路定律开关电源中磁性元器件赵修科因此HrHlIN×==π()即HINrINl==π()式中r-环的平均半径如果环的内径与外径之比接近认为环内磁场是均匀的l=πr为磁路的平均长度。H-半径r处的磁场强度。如果内径与外径相差较大可以用下式计算平均长度ln)(rrrrl−=π()工程上磁路中词感应B经常与截面垂直磁场强度H方向与平均路径一致故在以后的各章中B和H不再用矢量表示。在SI制中磁场强度的单位为安米代号为Am。在CGS制中为奥斯特代号为Oe。它和Am之间的关系为OecmAmA−−×=×=π即Acm=πOe由式()可见H与电流大小、匝数和闭合路径有关而与材料无关。式()中线圈电流和匝数的乘积IN称为磁动势F即INF=由此产生磁通它的单位是安培(A)。在引出磁场强度以后根据式()得到HB=µ由此得到磁导率µ的单位:µ的单位HmmSmASVAmmWb=⋅Ω=⋅⋅==(亨米)在SI制中是亨米代号为Hm。在CGS制中是高奥与SI制关系为GsOeHmπ=由实验测得真空磁导率为HcmHm−−×=×=ππµ在CGS制中,µ的单位为高奥数值为。电磁感应定律由实验可知如果一个条形磁铁插向线圈中(图)时接在线圈两端的电流表指针将发生偏转如果磁铁不动则电流表指针不转动。如果将磁铁从线圈中取出电流表指针与插入时相反方向偏转。由此可见当通过线圈的磁通发生变化时不论是什么原因引起的变化在线圈两端就要产生感应电动势。而且磁通变化越快感应电动势越大即感应电动势的大小正比于磁通的变化率对于匝线圈即力线方向AlIrN图环形线圈开关电源中磁性元器件赵修科te∆∆=φ如果是一个N匝线圈每匝的磁通变化如果相同则ttNtNe∆∆=∆∆=∆∆=ψφφ)(式中ψ=Nφ是各线圈匝链的总磁通称为磁链。由上式可见磁通单位韦伯也就是伏秒。即单匝线圈匝链的磁通在s内变化Wb时线圈端电压为V。可见可以利用这个关系定义磁通单位(伏秒Vs)再由磁通单位定义磁通密度B的单位。上式就是法拉第定律。但此定律只说明感应电动势与磁通变化率之间的关系并没有说明感应电动势的方向。楞次阐明了变化磁通与感应电势产生的感生电流之间在方向上的关系。即在电磁感应过程中感生电流所产生的磁通总是阻止磁通的变化。即当磁通增加时感生电流所产生的磁通与原来磁通方向相反削弱原磁通的增长当磁通减少时感生电流产生的磁通与原来的磁通方向相同阻止原磁通减小。感生电流总是试图维持原磁通不变。这就是楞次定律。习惯上规定感应电动势的正方向与感生电流产生的磁通的正方向符合右螺旋定则因此上式可写为dtddtdNeψφ−=−=()这种感生电流企图保持磁场现状的特性正表现了磁场的能量性质。因此楞次定律也称为磁场的惯性定律。法拉第定律和楞次定律总称为电磁感应定律。电磁能量关系为使研究问题简化我们考察图所示的N匝环形线圈。环的外径D与内径d之比接近磁路的平均长度为l=π(Dd)线圈电流在环的截面A内产生的磁场是均匀的。环的磁介质磁导率μ为常数。当电压u加到线圈输入端时在线圈中产生电流引起磁芯中磁场变化。根据电磁感应定律有dtdBNAdtdNeu==−=φ()线圈中磁通增长相应的磁化电流iHlN=因此电路输入到磁场的能量We为∫∫==ttettBNANHltiuWdddd()在经过时间t线圈中磁场达到了B因此上式可改写为∫∫==BBeBHVBAlHWdd()式中V=Al-磁场的体积。上式左边是电源提供给磁场的能量We右边是磁场存储的能量Wm。因μ为常数即B=μH则存储在磁场中能量为dVHVBHBVBBVWBmµµµ====∫()由式()可见在磁导率为常数的磁场中单位体积磁场能量是磁场强度与磁感应强度乘积的。SNφaeb图电磁感应AliurN图电磁能量关系开关电源中磁性元器件赵修科例:磁导率为μ=×-亨米的环形磁芯如图所示磁芯截面积A=cm平均磁路长度l=cm线圈匝数N=匝通过线圈电流为A。求磁芯中存储的能量。解:磁芯中平均磁场强度AmAcm==×==lINH磁芯的体积mcm−×==×=×=AlV磁芯中存储的能量−−−×=××××==HVWmµ焦耳本章要点z只要有电流不管是恒定的还是变化的都会产生磁场。这个电流可能是电路中电流也可能是分子电流。z磁场用磁力线形象描述。磁力线是无头无尾的光滑曲线其切线方向表示磁场方向。在磁铁外部磁力线是由北极指向南极而在内部是南极指向北极。z磁场和电场以及万有引力场一样是有能量的。因此建立磁场需要送入能量使磁场消失需释放能量同时送入或释放能量都需要时间。z磁与电之间的关系服从于两个基本定律:全电流定律(安培环路定律)-沿闭合回路磁场强度的线积分等于闭合回路包围的电流代数和。电磁感应定律(法拉第定律和楞次定律)-一个线圈包围的磁通(或导体在磁场中切割磁通运动这里不讨论)发生变化时在线圈端产生感应电势感应电势如产生电流此电流产生的磁场阻止线圈包围的磁通变化。这两个定律是双向的。z磁场计量单位有两种单位制:非有理化单位制-实用单位制即CGS制和有理化单位制-国际单位制即SI制。它们的转换关系如表。参考文献《电工原理》梁福如甘世骥赵秀珠编航空工业技工教材编审委员会年《电工基础》秦曾煌高等教育出版社《MagneticPowderCoresPowderCoreDivision》TheArnoldEngineeringCompany《UnitrodeMagneticsDesignHandbook》-MagneticsDesignforSwitchingPowerSuppliesLloydHDixon《PermanentMagnetsandMagnetism》DHadfieldLondonIliffeBooksLTD《PermanentMagnetsandTheirApplication》RollinJParker,RobertJStuddersJohnWileyandSons,Inc开关电源中磁性元器件赵修科第二章电路中的磁性元件应用安培环路定律和电磁感应定律将磁性元器件的电磁关系简化为电路关系-自感、互感和变压器使得分析和计算简化。自感通常磁通或磁链是流过线圈的电流i产生的。如果线圈中磁介质的磁导率μ是常数时ψ(φ)与i成正比关系即Li=ψ如果磁通(φ)匝链全部激励线圈匝数N则LiNi==ψφ()式中L-称为线圈N的自感系数通常简称为自感或电感。由式()得到电感L的定义为单位电流产生的总磁通链。对于给定线圈磁路线圈电流越大产生的磁链越多。将ψ=Li代入式()可以得到tiLedd−=()由式()也可以定义电感量的单位:流过电感线圈电流在s内均匀地变化A时如果产生感应电势正好为V则此电路中线圈电感量定义为亨利简称为亨代号为H。即)H(AsV=×=L()从式()可见亨利是伏秒安培故电感单位也可表示为欧·秒。式()右边的负号表示电感两端的感应电势eL总是阻止电流的变化。当电流增大时感应电势与电流方向相反电流减小时,自感的感应电势与电流方向相同(图所示)。总是试图维持电感电流不变即试图维持线圈包围的磁通不变。电感阻止电流变化的性质表明电感的储能特性。当电压加到电感量为L的线圈上时在线圈两端产生感应电势(式())在线圈中产生电流。在时间t内电流达到i电源传输到电感的能量:dddddLiiLittiiLtuiWitte====∫∫∫(J)()由式(~)和()可见电源输出的能量变为磁场能量。在电路中存储能量的大小与电感的一次方成正比与电流的二次方成正比。反映在电路中磁场能量是电

用户评价(1)

  • 邓大憨 东西很好,谢谢分享

    2011-07-10 21:13:19

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