电感变压器设计ppt课件

磁元件设计共性问题,1,电感及变压器设计,磁元件设计共性问题,.,2,气隙的作用,磁元件设计共性问题,3,Comparativecoreusageofasymmetricalandsymmetricalconverters.,磁芯带有气隙后，等效的磁导率降低了。线性度比原磁化曲线好得多。磁芯的剩磁(Br)大大下降了。,磁元件设计共性问题,4,气隙磁路计算,大气隙磁芯会导致边缘效应增大，匝间漏电感和杂散电容增大,磁元件设计共性问题,.,5,电感和变压器设计的共性问题,磁元件设计共性问题,6,电感和变压器设计,磁元件设计共性问题,7,电感和变压器设计,是否算出电感的L和变压器的NP/NS就可以了？,我们知道电感要求的是:电感量L变压器要求的是:原副边匝数比NP/NS,L,NP,NS,回答三个问题：1.对于一个50Hz的工频变压器：220V/110V,NP/NS等于2是一定的.那么NP取多少合适?2匝?100匝?4000匝?或是其它匝数?为什么?2.有两个50Hz的220V/110V变压器,一个容量50W,一个是100kW.在工业应用中,它们两个的大小相同吗?为什么?3.同样50W的两个变压器,一个是50Hz工作,一个是50kHz工作.两个的大小一样吗?在工业应用中,可以采用相同材料的铁芯吗?,磁元件设计共性问题,8,电感和变压器设计,设计电感和变压器要考虑的问题?,3.铁芯材料问题(铁耗(体电阻和磁滞回线),涡流损耗(eddyloss)和磁滞损耗(hysteresisloss),4.居里温度(curietemperature),1.铜耗问题(直流电阻和交流电阻),磁元件设计共性问题,.,9,电导体设计,磁元件设计共性问题,10,电感和变压器设计,一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻）,无论变压器还是电感,导体材料一般采用电工铜,偶尔也采用铝等材料.形式为导线或铜箔。,1.直流电阻(金属,不接近熔点和0K时),其中,20oC时的工业纯铜,T温度，oC,电阻率(mm2/m,温度系数(1/oC),20oC时的工业纯铝,(mm2/m,磁元件设计共性问题,11,电感和变压器设计,一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),2.交流电阻的成因(集肤效应),磁元件设计共性问题,12,集肤效应（也称趋肤效应(skineffect)）,当导线中通过交流电流时，因导线内部和边缘部分所交链的磁通量不同，致使导线表面上的电流产生不均匀分布，相当于导线有效截面减少，这种现象称为集肤效应。,磁元件设计共性问题,13,电感和变压器设计,一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),kAC趋表系数:与频率、材料的性质、导线形状有关,磁元件设计共性问题,14,电感和变压器设计,4.交流电阻分析(集肤效应),穿透深度(penetrationdepth)：由于集肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度。可以表征导线有效截面的减少。,一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),电流在导体的表面密集分布，中心部位电流密度很小，使导体有效导电面积减小，因而交流电阻要大于直流电阻,磁元件设计共性问题,15,电感和变压器设计,5.交流电阻分析(集肤效应的穿透深度pd),一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),磁元件设计共性问题,16,电感和变压器设计,6.交流电阻分析(铜导体的穿透深度d与电流频率f的关系),为了减小交流电阻,综合考虑集肤效应的电流密度递减性,以及温度带来的影响,我们一般取铜导体的厚度或(直径)为d(mm，毫米),一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),磁元件设计共性问题,17,电感和变压器设计,8.电导体的设计导体截面的选择,导体截面的选择，两个因素：A.导体的厚度或(直径)为d(mm，毫米)小于23倍穿透深度B.导体允许的电流密度j(A/mm2,安培/平方毫米),一.电导体的设计(直流电阻和交流电阻),线圈振动,多层并绕,邻近效应随绕组层数增加呈指数规律增加,合理布线,磁元件设计共性问题,18,英规导线(AWG),磁元件设计共性问题,.,19,磁性体的选择,磁元件设计共性问题,20,电感和变压器设计,二.铁芯材料的选择(铁耗(涡流损耗和磁滞损耗),铁芯的选择要考虑三个因素:(1)工作频率,(2)磁化方式(单边磁化还是双边磁化),(3)价格,磁元件设计共性问题,21,电感和变压器设计,二.铁芯材料的选择(铁耗(涡流损耗和磁滞损耗),磁元件设计共性问题,22,电感和变压器设计,二.铁芯材料选择(铁耗(涡流损耗和磁滞损耗),2.开关电源的磁性材料,变压器和谐振电感:锰锌铁氧体、非晶磁芯电感扼流圈：铁粉芯、锰锌铁氧体、镍芯铁氧体、非晶磁芯共模抑制器或尖峰抑制器：高导磁率的锰锌铁氧体、非晶磁芯等,磁元件设计共性问题,23,电感和变压器设计,三.变压器的损耗(铜耗、磁滞损耗和涡流损耗),磁元件设计共性问题,.,24,变压器设计,面积相乘法（AP法）几何参数法（KG法）,磁元件设计共性问题,25,一、面积相乘法（AP法）,磁元件设计共性问题,26,变压器设计,一、面积相乘法设计,Ae:有效铁芯面积Aw：窗口面积,磁元件设计共性问题,27,相关概念,1.功率容量：半个窗口的容量2.有效磁芯面积：截面积3.窗口面积：4.窗口利用系数：铜导线所占面积5.散热面积：磁芯散热面积+线圈散热面积,磁元件设计共性问题,28,变压器设计,一、面积相乘法设计,磁元件设计共性问题,29,变压器设计,B的计算,一、面积相乘法设计,单向励磁电流,双向励磁电流,磁元件设计共性问题,30,变压器设计,一、面积相乘法设计,磁元件设计共性问题,31,变压器设计,一、面积相乘法设计,磁元件设计共性问题,32,变压器设计,一、面积相乘法设计,2.磁芯窗口面积AW的使用(续),磁元件设计共性问题,33,变压器设计,一、面积相乘法设计,磁元件设计共性问题,34,变压器设计,一、面积相乘法设计,磁元件设计共性问题,35,变压器设计,一、面积相乘法设计,4.电流有效值IP和IS的计算,磁元件设计共性问题,36,变压器设计,一、面积相乘法设计,4.电流有效值IP和IS的计算(续),磁元件设计共性问题,37,变压器设计,一、面积相乘法设计,(7),磁元件设计共性问题,38,变压器设计,一、面积相乘法设计,6.电流密度j的的取值,磁元件设计共性问题,39,例题,推挽方式工作输入电压：28V输出中间抽头，全波整流输出电压：18V输出电流：5A工作频率：40kHz效率：0.98工作磁密：0.3T,磁元件设计共性问题,40,二、几何参数法（KG法）,磁元件设计共性问题,41,变压器设计,二、变压器的设计方法之二几何参数法,磁元件设计共性问题,42,变压器设计,二、变压器的设计方法之二几何参数法,线路分布电阻的集中表示,磁元件设计共性问题,43,变压器设计,二、变压器的设计方法之二几何参数法,副边压降,原边压降折算,磁元件设计共性问题,44,变压器设计,二、变压器的设计方法之二几何参数法,磁元件设计共性问题,45,Fringingflux（边缘磁通）,Currentdensitydistribution,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,46,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,47,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,48,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,49,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,50,三、变压器绕组的分布,磁元件设计共性问题,.,51,电抗器设计,开关电源中的电抗器用作滤波，因此需要考虑直流磁化问题,磁元件设计共性问题,52,电感器设计,两段组成，便于通过调整气隙来调节总的磁导率,磁元件设计共性问题,53,电感器设计,ConventionalVRM,磁环,磁元件设计共性问题,54,电感器设计,一、电感器的物理关系,1.复习几个基本概念,磁场强度H磁导率真空磁导率0（非导磁材料均适用）相对磁导率r绝对磁导率a=r0磁通密度B=aH磁路lm磁路截面积Ae线圈匝数N磁通量=BAe磁链=N=LI磁动势Fm=Hlm=NI,磁元件设计共性问题,55,电感器设计,一、电感器的物理关系,磁元件设计共性问题,56,电感器设计,一、电感器的物理关系,磁元件设计共性问题,57,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,面密度,磁元件设计共性问题,58,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,有效值,磁元件设计共性问题,59,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,已知电源指标，从输出电压和纹波（如5V，2）可以计算出滤波电感的最小值，实际取最小值的1.1到1.3倍。,磁元件设计共性问题,60,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,可以用直流量代替,磁元件设计共性问题,61,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,62,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,63,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,变压器加的是电压电感器流的是电流,磁元件设计共性问题,64,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,65,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,气隙长度,铁芯长度,磁元件设计共性问题,66,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,选定气隙长度是为了保证一定电流下B不饱和,磁元件设计共性问题,67,SpecialpageforACinductordesign.Itisextraneousfromcontext.,电感器设计,磁元件设计共性问题,68,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,69,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,70,电感器设计,二、面积相乘法设计电感,磁元件设计共性问题,71,电感器设计,三、几何参数法设计电感(直流偏磁),磁元件设计共性问题,72,电感器设计,2.几何参数法公式推导,三、几何参数法设计电感(直流偏磁),磁元件设计共性问题,73,电感器设计,2.几何参数法公式推导(续),三、几何参数法设计电感(直流偏磁),磁元件设计共性问题,74,电感器设计,2.几何参数法公式推导(续),三、几何参数法设计电感(直流偏磁),磁元件设计共性问题,75,电感器设计,三、几何参数法设计电感,磁元件设计共性问题,76,电感器设计,6.线圈截面积的确定,三、几何参数法设计电感,磁元件设计共性问题,77,电感器设计,四、不同电压的感生电势公式推导,1.方波电压波形,磁元件设计共性问题,78,电感器设计,四、不同电压的感生电势公式推导,2.正弦电压波形,磁元件设计共性问题,79,电感器设计,五、电感器件的降额准则,电感器件包括各类变压器、扼流图和线圈.各类电感器当热点温度(THs=Ta+T)从25上升到50时，其基本失效率增加不多，般不大于两倍。但增高到75以上时，其基本失效率要