高頻變壓器繞組繞制方式與分布電容大小分析與計算


  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:

    初級側繞組與次級側繞組層間電容的分析 不涉及繞組連接處繞制方式的問題,因此可以以 平行板電容器為模型進行類比[2]。                             

  式中:d:絕緣層厚度

     S:兩極板正對有效面積

     h:繞組高度
  下圖左邊為一般繞制方法的,右圖為 三明治方法繞制。

                                                                     

   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

 


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