次级,次级产生的磁通全部穿过初级。
条件6:铁芯无磁饱和现象。
2)理想变压器的3个主要功能:变压、变流、变阻抗。
3)理想变压器的变压、变流关系适用于一切变动电压、 电流情况,即便是直流电压、电流,理想变压器也存在上述变换关系。
4)理想变压器在任意时刻吸收的功率为零,这说明它是不耗能、不贮能、只起能量传输作用的电路元件。
读者了解这些概念是非常重要的,对我们理解变压器的工作原理,进而追求最佳变压器工作状态是有好处的。 34、磁芯损耗是什么?
答:通电工作时铁芯会发热,表明铁芯内有能量损耗,称此为铁芯损耗Pc 。 Pc是由电源供给能量,其影响相当于在理想变压器初级并上一个等效的电阻rc ,在初级回路引进一个铁损电流Ic 。 功率型 磁芯在高 磁通密度时的单位体积的损耗用kw/m3表示。实际测试时磁芯的体积不易求得,故常用mw/g表示。换算时,只需将kw/m3的数字除以该磁芯的密度即换算为w/kg或mw/g。例如PC30材料在f=100KHZ温度为100 ℃,Bm为200mT时Pc为600kw/ m3 ,因密度为4.8g/cm3 则有600/4.8=125 mw/g。
磁芯损耗是表征功率型材料的十分重要的参数,它是计算变压器温升的主要依据,也是选取变压器磁材的主要依据,它与使用频率,工作磁通密度,工作温度也有极明显的关系故在所有供应商的磁芯规格书中都明确表示了这些条件。使用时必须依此条件,选择合适的材料。 目前,磁芯损耗的常用测量方法中,合乎标准的有乘积电压表法和磁滞回线面积法,而不少工厂使用的并联谐振法,具有简易快捷的特点,很适合工业生产中使用,但由于原理上的缺陷,不能作为标准方法。 35、什么叫漏磁?它会产生什么影响?
答:实际变压器初、次级线圈所产生的磁通,并非全部通过主磁路铁芯,有一部分经空气构成回路,称此为漏磁通Φs ,漏磁链w Φs与产生该漏磁链的电流I之比,称为漏感Ls 。
Ls= w Φs / I
漏磁的影响,相当于在理想变压器的初次级回路中引入漏感Ls1 、 Ls2 ,初次级电流在漏感上产生压降,使初次级感应电势E1 、 E2及负载电压降低。漏感抗是随着工作频率增大而增大,对于工频变压器,由于工作频率低,一般可以忽略不计其影响。但对于高频变压器,漏感会使工作电流的波形产生极高的尖峰,这些尖峰容易损伤开关功率器件,同时造成功率浪费增加功耗。如何减少漏感及其带来的影响是一个需要高度重视严肃对待的重要技术课题。 36、什么叫分布电容及它会带来什么影响?
答:两个相邻的导体中间放上介质即构成电容,变压器导线的匝间、层间、绕组间及绕组对磁芯间,会形成了复杂的分布电容。初次级间的电容,将初级输入线上的杂波偶合到次级,对负载电路形成杂波干扰。匝间、层间、绕组间及绕组对磁芯间的分布电容,使变压器暂态过电压分布不均,导致变压器某些部位暂态过电压过高而击穿。在音频、脉冲变压器中,分布电容将引起频率幅度失真与波形失真。在平面变压器中,PCB板之间就会形成分布电容,这个电容效应会劣化平面变压器的EMI指标,使线圈绕组的Q值降低,变压器系统的工作稳定性变差。 37、什么是磁芯的矫顽力Hc ?
答:从饱和状态去除磁化场后,磁芯继续被方向的磁场磁化,直至磁通密度减小到零,此时的磁场强度成为矫顽力。矫顽力是磁芯性能的一个重要指标,矫顽力越小表示磁芯容易磁化或是容易退磁,功耗就小。
注意:在一般的磁芯供应商的规格书中给出的上述Bs 、 Br 、 Hc的值都是在静态(直流)的磁化下测出的,它与实际应用中在交流磁化下得的值是不同的。在设计变压器,选取磁参数时必须留意这一点。 38、平面变压器的磁芯外形有哪几种?
答:如图六所示,现在一般是采用EI型磁芯或是EE型磁芯。图六是几种磁芯的剖面图,另外也有用PQ型、RM型或是PJ型磁芯的。
平面EE型磁芯 传统EI型磁芯 平面型EI型磁芯
这是PQ型磁芯
这是RM型磁芯,下面的是PJ型磁芯
39、介绍一下这几种磁芯?
答:常提及到的平面磁芯一般是指E型磁芯,上面图中展示了平面型E型磁芯与传统的E型磁芯的结构差别。很容易看出,平面型磁芯通过增大外表面面积大大扩展了磁芯的体积,并降低了高度。这种E型磁芯可以很快利用已有的传统的E型磁芯进行改造运用,尽快的推出产品。但是这种磁芯做的平面变压器,由于线包有近一半是曝露在空气中,破坏了变压器的EMI指标,同时因为这些线包没有进入磁芯中去参与磁电的激励变换过程,漏感较大,实测其转换效率都在80%左右,离理论值98%相差非常大。
其它的几种磁芯,用它们来制作平面变压器是各有特点。一般而言,用罐形磁芯制作的平面变压器,其EMI指标要好得多,效率也是要高得多。但是实践中发现存在散热问题。
40、各种磁芯的结构特点比较
答:EP型磁芯:EP型磁芯的圆形中心柱的立体形结构,除了与PCB板接触的末端外,磁芯完全把绕组包裹了起来,屏蔽效果非常好;这种独特的形状结构极大的减弱了两片磁芯装配时因为接触面而形成的气隙所可能带来的影响,并且提供了一个体积和空间利用率的最好比例。
罐形磁芯:骨架和绕组几乎全部被磁芯包裹起来,所以它的EMI 指标特别好;罐形磁芯的尺寸均符合IEC标准,在制造的时候互换性非常好;可提供简易型骨架(无插针)和PCB板安装骨架(有插针);由于罐形磁芯的形状特点,与其它类型同等尺寸的磁芯相比较,它的造价要高些。它的形状不利于散热,因此不适宜应用于大功率的
场合。
RM型磁芯:与罐形磁芯相比,RM型就是切掉了两个对称侧面的罐形磁芯,这种设计更有利于散热和大尺寸的引线引出;它比罐形磁芯节约了40%的安装空间;骨架有无针形和插针形两种;可以采用一对夹子进行安装;RM型磁芯可以做成扁平形状(适合现在的平面变压器或是直接把磁芯装配到已经设计好绕组的印制板电路上);屏蔽效果比罐形磁芯稍差。
E型磁芯:与罐形磁芯相比,E型磁芯的造价要低很多,再加上绕制和组装都比较简单,这种磁芯形状现在应用最广,它的缺点是不能提供自我屏蔽而且漏感比较大,造成EMI指标较差;E型磁芯可以进行不同方向的安装,也可以几付磁芯叠加应用于更大功率的场合;这种磁芯也可以做成扁平形状(是现在平面变压器最流行的磁芯形状);也能提供无针和插针形骨架;由于其散热非常好,可以叠加使用,所以一般大功率电感器和变压器都使用这种形状的磁芯。
环形磁芯:环形磁芯对制造商来说是最经济的;在可比较的所有磁芯中,它的费用最低;由于使用骨架,附加的费用和组装费用基本为零;需要时它可以使用机器进行绕制;它所带来的屏蔽效果也很不错。
EC、ETD、EER磁芯:这些类型的磁芯结构介于E型和罐型磁芯之间。和E型磁芯一样,它们能够提供足够的空间来安排大尺寸的引线(适合现在开关电源输出低压大电流趋势);这些形状的磁芯散热也非常好;由于中心柱为圆柱形,与相同截面的E型的长方体比较,单匝绕组长度缩短了11%左右,就使变压器的铜损也降低了11%,同时使磁芯能提供更高的输出功率有了基础;由于中心柱为圆柱形,与E型的长方体的中心柱相比,也避免了因长方体棱角在绕组时破坏绕线绝缘的隐患或是PCB板中心柱边角的应力集中可能出现的开裂问题。
PQ型磁芯:PQ型磁芯是专门为开关电源用电感器和变压器设计的。PQ形状的设计优化了磁芯体积、表面积和绕组的绕制面积之间的比率;这种设计是追求使用最小的磁芯来提供最大的电感量和最大化的绕制面积成为可能;这种设计使得在最小的变压器体积和重量下,以期获得最大的输出功率,并且只占用最小的PCB安装空间;可以使用一副夹子来进行安装固定;这种有效的设计也使得磁芯型磁路截面积更加统一,因此这种磁芯结构比起其它的磁芯结构具有更少的工作热点。
PJ型磁芯:PJ型磁芯是一款外形设计较为有特点的产品,参看第38问。实际上这款磁芯的新改进型模具已经做好了,中心柱从原来的φ13变小为φ10,并且中心柱做了穿孔,所有的壁厚都一致。这就带来了几个好处:1)壁厚一致使磁材料能够得到充分利用;2)给PCB板留下了更多的空间,让PCB线圈显得更加合理;3)中心柱的穿孔既节约了磁材,又给平面变压器热量最高的中心柱处开辟了散热通道,改善了磁芯的工作条件,使磁芯工作更稳定更可靠;4)在模具上就给磁芯的中心柱做了气隙,气隙是倾斜形式,从最短0.2mm到最长1mm。这样预留气隙就节省了再加工费用,而且一致性好成本低。从改进型PJ型磁芯的应用结果看,它几乎综合了上述所有磁芯的全
部优点,是一款完美的平面变压器磁芯形式。 41、罐形磁芯的线包形式
答:下面给出几种应用于罐形磁芯的一些线包照片供参考,PCB板有用多层板(最多30层)加工和用双面板多张拼接而成。图七:
42、E型磁芯的线包形式
答:PCB板在降压型变压器中一般是作为初级来应用,铜皮则作为次级来应用。从图片中我们可以清晰的看到,铜片的厚度比较厚,都是大于1mm以上,而且呈现的是上下夹板形状,目的是为了把PCB板夹紧,能够得到最大的耦合系数,让漏感最小。 图八: