最近使用Maxwell建立了原邊2匝,副邊2匝的空芯變壓器模型,計算變壓器原邊電感,副邊電感,互感,交流電阻等參數。並將其中一些細節性,原理性問題記錄與大家分享,也方便自己回顧。
1、搭建上圖所示Maxwell模型,並添加電流激勵。
假設:原邊繞組第一匝添加激流電流為Current1,
原邊繞組第二匝添加激流電流為Current2,
Current1,Current2為原邊電流,
副邊繞組第一匝添加激流電流為Current3,
副邊繞組第二匝添加激流電流為Current4,
Current3,Current4為副邊電流。
(注意:激勵電流大小與變壓器自感互感,交流電阻沒有關系)
2、原邊繞組自感:
分析:電感的大小定義為單位電流產生的磁鏈數的多少。自感是自己電流產生電磁場能量,等效為自感。首先,原邊繞組有兩匝,每匝繞組有自感,原邊繞組之間有電感。總的來說,原邊繞組總的自感=每一匝線圈的自感+不同匝之間的電感。
原因:Maxwell模型將原邊繞組分成了不同的匝,那么原邊電流也分為不同的段。不同繞組中電流在各自繞組中會產生自感,由於原邊電流是串聯的,那么,第一匝線圈電流在第二匝繞組線圈中產生的電感,和第二匝線圈在第一匝繞組線圈里面產生的電感,都需要疊加到總的原邊繞組電感中。
因此:Lp = L(current1,current1)+L(current1,current2)+L(current2,current1)+L(current2,current2)
3、副邊繞組自感:
同理:Ls = L(current3,current3)+L(current3,current4)+L(current4,current3)+L(current4,current4)
4、原副邊繞組互感:
分析:互感是別人電流產生的電磁場,在自己線圈產生的磁通的變化,等效為互感。在變壓器或者是耦合電感中,可以簡單的理解為原邊電流在副邊繞組中產生的電感。
因此:M = L(Current1,Current3)+L(Current1,Current4)+L(Current2,Current3)+L(Current2,Current4) 也就是原邊電流在副邊繞組之間產生的電感的疊加,
或者為 M = L(Current3,Current1)+L(Current3,Current2)+L(Current4,Current1)+L(Current4,Current2)也就是副邊電流在原邊繞組之間產生的電感的疊加。
注意: 互感不可以直接理解為勵磁電感Lm,即 M 不等於 Lm。
5、耦合系數k:
根據書上,耦合系數 k = M/sqrt(Lp*Ls), 通用公式
當且僅當k = 1時,
n = sqrt( Lp / Ls) 特殊公式
Lm = M*sqrt( Lp/Ls ) = M * n 特殊公式
6、原邊漏感,副邊漏感:
Lkp = (1-k)*Lp 通用公式
Lks = (1-k)*Ls 通用公式
7、交流電阻
交流電阻在不同的領域,定義是是不同的。
在二極管中,交流電阻定義為電壓相對與電流的變化率。
在電力電子領域,交流電阻定義為交流阻抗。
產生原因:
在高頻變壓器模型中,由於趨膚效應和臨近效應,導致繞組電氣上等效電阻大於直流電阻。所等效出來的電阻稱為交流電阻。
計算方式:
在Maxwell仿真的后處理中,Maxwell通過自動網格划分,計算數值解。
原邊繞組的交流電阻 Rpac = R(Current1,Current1) + R(Current1,Current2) + R(Current2,Current1) + R(Current2, Current2)
副邊繞組的交流電阻 Rsac = R(Current3,Current3) + R(Current3,Current4) + R(Current4,Current3) + R(Current4, Current4)
總的繞組交流電阻 = Rpac + n*n*Rsac (也就是把副邊交流繞組折算到原邊)