變壓器和電感——匝數(shù)因素
1、磁場強度H
2、變壓器——匝數(shù)N對磁密的影響
變壓器不能做為儲能的作用,它只是做為一個電氣隔離和變壓的磁性元器件,承擔(dān)能量的同步傳輸轉(zhuǎn)移,所以變壓器勵磁電感不可能工作在連續(xù)模式(CCM),即勵磁電感不可能存在直流偏置成分,它的工作模式通常是在斷續(xù)模式(DCM)或者臨界連續(xù)模式(BCM),這兩種模式就保持了變壓器勵磁電感的伏秒積平衡,使得磁場不會在勵磁電感中累積,從而避免了勵磁飽和問題。
CCM:電流在每個周期(Ts)結(jié)束時,電流不會回到零點,記住是零點,而不是電感電流勵磁和去磁的平衡點,即上圖中紅色箭頭所指地方。
BCM:電流在每個周期(Ts)結(jié)束時,電流剛好回到零點。
DCM:電流在每個周期(Ts)結(jié)束之前,電流已經(jīng)回到零點。
匝數(shù)對變壓器勵磁電感的飽和影響,首先從法拉第電磁感應(yīng)定律開始
法拉第電磁感應(yīng)定律
以方波電壓為激勵電壓
單向磁化的拓?fù)洹獑味苏ぃ簽榱丝煽咳ゴ诺囊螅?*****占空比不能超過0.5,所以******占空比為如下:
單向磁化的磁通密度△B:
從公式得出,當(dāng)其它量保持不變時,匝數(shù)增加,磁通密度是反比例關(guān)系,所以變壓器匝數(shù)增加,磁通密度減小,便有利于飽和余量的增加。
對于雙向磁化的拓?fù)洹霕?、全橋、推挽,磁通密度分母系?shù)是"4",其余相同。
拓?fù)湎禂?shù):單端磁化是"2";雙向磁化"4"
3、電感——匝數(shù)N對磁密的影響
電感電流直接的關(guān)系是負(fù)載電流,負(fù)載電流不是設(shè)計出來的,而是有外部負(fù)載決定的,如下Buck電路中L是儲能濾波電感。
對于電感,由于電流是由負(fù)載決定的,我們能夠設(shè)計的僅僅是和電感量相關(guān)的電流紋波率,所以由如下安培環(huán)路定理得知,匝數(shù)增加,相同負(fù)載電流下,磁場強度會增加,相應(yīng)的磁密也會增大,從而更加接近飽和磁通密度。
所以電感增加匝數(shù),意味著電感量增加的同時,產(chǎn)生磁場的能力會增強,電感會增加飽和的風(fēng)險。
所以,我們看變壓器,由于它的功能是變壓、隔離、同步傳輸能量,并不存儲能量,所以它更像是一個電壓型磁性元器件,勵磁電感中只是一小部分勵磁能量,兩端電壓越高,磁密會越大,匝數(shù)是減小勵磁磁密的一個手段。而電感,直接相關(guān)的是負(fù)載,所以它就更像是一個電流型磁性元器件,電流越大它的磁密會越大,匝數(shù)越多,磁密會越大,它扮演的是儲能濾波的角色。
我們知道,電感的實質(zhì)是產(chǎn)生磁場的能力,所以電感量越大,相同條件下磁密就越大,匝數(shù)越多電感量就越大,但對變壓器來說,由于勵磁電流和負(fù)載電流無任何關(guān)系,恰恰,勵磁電感越大會使得勵磁電流越小,從而減小了磁密,這就是匝數(shù)的增加為什么能夠減小磁密的原因了。
電感是負(fù)載電流關(guān)聯(lián)器件,匝數(shù)增加,磁場會不斷增加,從而匝數(shù)反而會引起電感的飽和問題。從下圖看一個磁環(huán)電感安匝數(shù)A.T即N.I,隨著安匝增加,電感系數(shù)不斷減小,電感量下降,這個說明了電感磁化不斷趨于飽和磁化。
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