隨着開關變換器高頻化,變壓器分布電容對電流波形影響越來越明顯,由於電容電壓不能突變,模態轉換時,電容等效為電壓源釋放電能產生尖峰電流。
以下是變壓器繞組層間常見的四種繞制方法。
下面以實際的模型,推導計算C型與Z型繞法分布電容的大小。
規定沿繞組高度方向由底端向頂端為y方向,初級側繞組底端電位差為Ua,頂端電位差為Ub,單層繞組的長度為h,兩繞組之間的距離為m。假設繞組均勻分布,則沿着繞組高度方向的電位線性變化。若每一層繞組兩端壓差為U,則C型繞法任意高度y的電位差為:
根據電場能量的密度的定義:
可得,電場能量為:
其中:MLT為繞組平均周長
電場能量等效為:
解得:
同理:根據Z型繞法U(y)=U,為一個常數,可以得到等效的原邊電容為:
以下是變壓器繞組間常見的繞制方法:
式中:d:絕緣層厚度
S:兩極板正對有效面積
由於三明治繞制方法,Ns繞組兩邊都與Np繞組接觸,所以,平行板電容正對面面積S較大。但由於電壓分布的原因,分布帶內容不是嚴格的兩倍關系。故三明治繞制繞組間分布電容大於一般繞制方法。
下圖為不同繞組布局,分布電容實驗數據[1]。 驗證了上文理論分析。
結論:
1、因為C型層間電壓差數學關系,C型繞制分布電容比Z型繞制大。
2、將線圈匝數分為相等的n等分,相鄰匝間的電壓差為原來的1/n。
3、累進式繞法減小繞組分布電容的效果最佳
參考文獻:
[1] 趙志英等.高頻變壓器分布電容的影響因素分析[J].中國電機工程學報,2008,28(9):55-60
[2] 楊歡等.高頻變壓器分布電容的影響因素分析[J].山西大學學報,2019,42(3):576-583