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周潔敏
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第一部分-電路中的磁性元件(六)
第一部分-磁元件的磁路分析(一)
第一部分-磁元件的磁路分析(二)
第一部分-磁元件的磁路分析(三)
第一部分-磁元件的磁路分析(四)
第一部分-磁元件的磁路分析(五)
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第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(五)
2021-03-12 15:17
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(四)
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第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(三)
2021-01-28 17:38
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(二)
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第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(一)
2021-01-15 15:30

第一部分-磁元件的磁路分析(四)

前面我們談到了漏感對電路的影響,那么使我們想起了變壓器有分布電容,它對電路會產(chǎn)生影響。那么如圖所示,有變壓器電容會引起電流尖峰,輕載時的電流尖峰要比負(fù)載時的電流尖峰要大很多。那么下面我們討論了漏感以后,我們就想漏磁在哪里呢?電路中兩點(diǎn)間有點(diǎn)位差就有電流通過,而在磁路中兩點(diǎn)間如果有磁位差,就有可能產(chǎn)生漏磁。下面我們來做漏磁分析。

下面我們來討論環(huán)形磁芯的漏磁分析。分4種情況來分析。

第一種是環(huán)形沒有氣隙而均勻繞制的漏磁分析。

第二種是集中繞制的等截面環(huán)形磁芯。

第三種是有氣隙時候的環(huán)形磁芯。

第四種是有氣隙時候集中繞制的環(huán)形磁芯。

下面我們來研究環(huán)形沒有氣隙均勻繞制磁芯磁漏漏磁分析。如圖所示,左邊的圖是環(huán)形磁芯繞有N匝線圈,通有電流為I,磁芯的截面積為A,平均周長為l,那么我們?nèi)=0,順時針方向 x線性增長。在分析以前我們先定義任意點(diǎn)的磁勢Fx是0到x段的磁路所匝鏈的線圈磁勢。 Ucx是0到x段磁芯的磁阻壓降。那么Ux是磁路中某x點(diǎn)相對于參考點(diǎn)的磁位差。

下面我們分別來進(jìn)行推導(dǎo)。我們知道0到x段也有線圈均勻繞制,那么某x點(diǎn)的繞組匝數(shù)為,0到x段的磁勢,磁芯當(dāng)中的磁場強(qiáng)度,因此0到x段的磁阻壓降, x點(diǎn)的磁位我們用Ux表示,也就是說任意一點(diǎn)的磁位都為0,理論上是沒有漏磁的。那么如圖所示,分別是F(A)、Ucx和Ux的曲線圖。

前面我們對環(huán)形沒有氣隙時且均勻繞制的磁芯磁漏進(jìn)行了漏磁分析。我們通過分析得到,任意一點(diǎn)的磁位為0,理論上是沒有漏詞的。但是這樣的分析是分析了平均周長方向的磁路分析,而沿磁芯徑向的磁場分布是不均勻的,磁芯中的磁場強(qiáng)度分布式內(nèi)強(qiáng)外弱,而且在邊界處發(fā)生了突變。

下面我們來分析集中繞制的等截面環(huán)形磁芯漏磁分析。我們磁環(huán)環(huán)上的線圈集中繞在一起,如圖所示,那么線圈的長度為lw,取線圈的中點(diǎn)作為參考點(diǎn),也就是x=0點(diǎn),并以x順時針增加的方向為x的正方向。

經(jīng)過分析得到磁勢x的分布圖,如圖所示,在x=lw/2至l-lw/2處沒有增加磁鏈,也沒有增加磁動勢,所以為一水平直線。

那么如果有散磁通存在,磁芯各截面的磁通密度px和磁場強(qiáng)度hx不再是常數(shù),Ucx也不能用來計算,那么如果散磁通的比例非常的小,假設(shè)hx為常數(shù),那么可以作為Ucx的分布圖。

如圖中所示,由上述兩個圖F(A)和Ucx相減,可以得到 Ux的磁位差的分布圖。從磁位差的分布圖我們可以看到,x=0和x=l/2以及x=l處, Ux都不等于0,因此有散磁通Φs分布于圓環(huán)周圍的空間中。

由于環(huán)形磁心以及繞制方法是對稱的,通過x=0,x=l/2和x=l的平面定義為零等磁位面,在磁芯中存在著若干個磁位相等的面,我們簡稱為等磁位面。我們再看圖,在磁芯中x=0處磁通的最大。由于磁芯截面積的是均勻的,x=0處的磁通密度也就是最大,而x=l/2處磁通是最小,磁通密度也是最低。再lw/2以及l(fā)-lw/2之間的磁位差是最大的,因此漏磁也是最大。

下面我們對有氣隙時環(huán)形磁芯磁場的漏磁分析。在分析以前我們先來明確一下,第一個磁芯的磁阻是,氣隙的磁阻是,線圈的磁勢。雖然空氣隙不大,應(yīng)空磁芯的磁導(dǎo)力要比磁芯的磁導(dǎo)率低得多,所以氣隙的磁場強(qiáng)度要比磁芯的磁場強(qiáng)度Hc大得多,因此占有總磁勢的較大的比例。

如圖所示是帶有氣隙的均勻繞制的環(huán)形磁芯磁場磁位分布圖,在環(huán)形磁芯上還有δ,那么取氣隙的終點(diǎn)為參考點(diǎn),也就是x=0點(diǎn),并且有δ遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于l,通過分析以得到磁動勢、慈芯的磁路壓降以及氣隙的壓降分布。如右圖所示磁芯的磁動勢是線性增加的,再假設(shè)磁芯的Hc為常數(shù),這與沒有氣隙一樣,把磁動式減掉磁阻壓降,就得到了個點(diǎn)的磁位差,Ux不等于0,因此也有散磁通Φs存在。這種情況和前述的所不同的是對稱面左右兩側(cè)的磁位差比前者要大,所以散磁通也很大。因此開了氣隙以后,他的散磁通要比沒開氣隙的時候大許多。

下面我們來介紹第4種情況,有氣隙時又有集中繞制的環(huán)形磁芯的磁場和漏磁分析。那么如圖所示等截面的環(huán)形磁芯,有開有氣息,我們一般集中繞制的線圈放在氣隙的正對面,因此通過分析以后得到的磁位分布圖,如右圖所示,可以知道除非他最大處發(fā)生在如圖所示的AB處,其中CD節(jié)點(diǎn)的磁位差也比較大,由于散磁分布與兩點(diǎn)間的磁位差相關(guān),因此整個磁環(huán)的散磁通特別大,所以不建議采用這種方法來繞制環(huán)形線圈。

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