变压器电感浅谈避暑山庄

很多人小时候就接触变压器,很神奇。居然可以调整电压,但是对其原理却一无所知。初高中,可以了解他的几个基本性质。

对于标准变压器1.输入功率=输出功率2.电压与匝数比成正比,电流与匝数比成反比那时候知识只能支撑到这里,再多没有了。等工作后我们实际应用时会遇到难题如下

1.既然匝数比等于电压比举个例子:输入220V,输出110V。我们可以使用2:1匝数比,为什么输入不能只使用2匝,输出1匝。这样多省线圈3.功率和磁芯有什么关系,为什么有的磁芯大有的磁芯小。如何确定匝数,如何了解其根本内涵(内部的电磁转换到底是什么,什么才是关键)这些问题一直困扰着我,通过大量阅读,最终窥的一点心得。

1.一切要围绕磁场来说,一定强度和频率的磁场可以感应出一定的电压,一定的电压又可以感应出一定的磁场。比例是固定的线性关系。那么初级和次级的电压匝数比就好解释了,比如220V-220圈,每圈感应出X磁场,通过磁芯增强为NiX.传导到次级线圈也是NoX电压。不管匝数如何变化,磁场都是比例变化,确保电压比恒定。这里可以阐述另一个问题,匝数问题,为何要这多匝数。匝数由谁决定,分析可以知道,匝数基本由初级线圈决定,初级线圈越多,平摊到每匝线圈的电压就越小(国外有人对变压器分析按照电压分析,对我有很大启发),每匝线圈感应出来的磁场就越小。(根据磁场理论可以知道,反向感应电动势需要抵消正向电动势,这时候初级线圈才能平衡,最小的反向感应电动势就是最小的励磁电流,这个电流在理想变压器应该和电压相位呈现刚好180度相位,全是无功功率)。总体来说就是匝数越多,平摊每匝电压越小。需要的励磁电流反向电动势越小。但是需要的铜线越多。反着匝数少,平摊到每匝线圈的电压太多,就需要足够强的励磁磁场来产生反向电动势,磁芯余量也会减小(磁芯容易饱和,可以用来做功的磁场余量变小),变压器静态损耗也会增加(电流大,电阻损耗)。

2.现在从磁场来分析,为什么磁芯有大有小。对于次级线圈,如果没有负载。对整个磁路来说没有任何影响。一旦次级负载链接工作,电流流动起来,消耗起来,反向励磁磁场被消耗,变压器初级每匝线圈电压就不能平衡,在极低的铜线阻抗上开始感应出更强的电流(其实就是为了维持反向电动势,不得不增强磁场强度,以抵消次级消耗的磁场,解释这个现象也有很多人有自己的解释方法,但是原理基本是这样)(从本质来说,电流似乎与磁场强度是更亲近的,毕竟电压代表的是电子流动速度(流动的渴望性),电流代表的是单位横截面积电子的数量(灯丝为什么会发热?led为什么会发光?能量从何而来?电子撞到原子核湮灭发出的能量还是电子撞到原子核损失的动能?电子本质是叠加死循环的一串振动波--超弦理论?电子的随机性是因为波的共振使他可以方便的在一定空间随机转移?以太存在不,最底层的波介质靠什么,电磁波真的没有介质?电阻和电动机消耗方式不同,电动机反向磁场减弱了电子流动速度)。总体来说,能量在磁路上传输,次级消耗了多少磁,初级就要产生多少磁。

3.磁芯,磁芯是什么磁芯可以理解为一个储能元件,类似电容。只不过电容存的电荷,磁芯存储的是磁场(磁芯材料原子,分子排列的方向。有些原子周围电子可以规律的运行,总体叠加后展现为一个等效电子对一个方向旋转,那么运动的电荷会产生磁场--一种等效频率波?万有引力到底是不是电磁效应的宏观表现?)。细致来讲,一根导线在磁芯上以一定电流产生一定的磁场,磁芯会不断吸收能量,强化磁场(极限呢?个人认为单根导线磁化能力有限,而且对于交流信号,磁场是变化的,磁化没多久就开始磁场转向了,而且磁路一般都有面积,单根最多也只能磁化它挨着的很小局部面积)。对于次级,功率确定,电流确定,每匝电流需要吸收的磁场能量就确定,匝数也决定了总共需要吸收的磁能。也就决定了总的磁路磁场最大强度。这时候需要重点考虑的就是磁芯饱和,对于一般磁芯都是S滞回曲线,最大功率时候的最大磁场强度不能超过磁芯的最大耐受强度。不然磁芯一旦饱和,就不在增加磁场能量了。次级持续吸收导致,整个磁路不平衡。初级每匝线圈都开始不平衡,有剩余电压,开始产生极大的电流,从而导致开关器件的损坏。

对于常见几中开关变压器来说

1.小功率的正激反激

适用于DCM

ccm(电流持续模式)DCM(电流中断模式)如果磁芯不变,匝数越多越容易饱和,匝数过少,励磁电流又会特别大。

我在看电源书籍的时候,看到反激变压器人匝数计算公式:N=U*D/B*AE*F,这个是变压器原边最小匝数计算公式。说是为了保证工作时磁芯不饱和,但是书上又说,N不可太多,太多匝数会造成磁饱和B*AE=I*N/Rm。看起来有矛盾,N太少磁芯会饱和,N太多磁芯也会饱和,真的是非常的奇怪。经过我的仔细思考,发现了其中的关联:1.在一定负载情况下,如果原边绕组的伏秒积不变得前提下,增加匝数N磁通密度肯定是下降的。2.在增加原边匝数后,想要保证伏秒积不变,必须保证电感L不变,就是要通过增加气息保证电感L不变,V*T=L*I,3.如果只增加原边匝数,但是不管原边电感L,假如原边匝数增加M倍,电感量增加M2,要保证带负载,电流I是不能减少的,这样就导致伏秒积是原来的M*M倍,磁感应强度B=伏秒积/N/AE,所以,B就会变成原来的M倍。4.保证L不变,增加N可减少B,但是如果只增加N,却不管电感L,B就会大幅上升,引起磁饱和。

5.在正激变压器中,曾加N,不会出现磁饱和情

BMAX=(IP*LP)/(NP*AE)

这个公式里面,假定LP不变,NP越大,Bmax越小,越不容易饱和。但是LP是磁导率和匝数N的函数;LP=u0ur*N^2*Ae/Lu0ur是等效磁导率(与磁芯磁导率和气隙大小有关,气隙越大,等效磁导率越小),Ae,L是磁芯的参数:截面积和磁路长度。如果假定LP不变的情况下讨论,则磁导率与N^2成反比;所以要降低Bmax,需要增大NP,同时要开更大的气隙保证LP不变。

如果没有LP不变的提前,BMAX=u0ur*H=u0ur*N*IP/L气隙不变,匝数越大,越容易饱和。

3.全桥2.半桥

2021-12-6新的感悟

电容电感都是能量暂存媒介。

变压器也是电感的一种

对于电源变换就是利用磁场介质中专交换,实现高低压变换和电流变换。

_>电压变换本质是磁场等比交换。简单来说100匝线圈接入200V,每匝线圈承受2V,并产生了相应的电动势(变换的磁场产生)-2V,最终形成稳定的抵消磁场(励磁)。那么这个2V就会产生固定的磁场强度。同样的次级每匝线圈也可以获取“等比电压”,2V。那么就是简单地V1:V2=N1:N2。这时候如果次级接入负载产生电流,那么磁场就被汲取,被削弱。这时候励磁变弱,无法抵消原有200V电压,此时有压差,自然初级电流增大,增强磁场。这是一个天然的负反馈系统。

总体来说。磁芯决定了变压器中间转换能量容器。磁芯越大能够承载的功率越大。不要饱和。另一方面频率越高能量交换越快,需要的中间容器(磁芯)的体积就越小。但是开关器件打开关闭不是立刻实现的(寄生电容,电容属性是两端的电压无法突变),所以升压必然是一个过程,有斜坡。开关器件有一个关键曲线,驱动电压越高内阻越小,所以打开过程会有一定的损耗。开关损耗,随着开关频率的提升,占开关周期的比重会逐步提升,开关损耗就急剧增加。所以这个频率只能折中,或者选用低寄生电容的低损耗管子。(变化即是能量,频率就是能量交换的一个关键参数)另外经常看到人们用电感分析变压器,也是一个办法。也许就是一个一个性质的东西。

THE END
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