变压器和电感——匝数因素
1、磁场强度H
2、变压器——匝数N对磁密的影响
变压器不能做为储能的作用,它只是做为一个电气隔离和变压的磁性元器件,承担能量的同步传输转移,所以变压器励磁电感不可能工作在连续模式(CCM),即励磁电感不可能存在直流偏置成分,它的工作模式通常是在断续模式(DCM)或者临界连续模式(BCM),这两种模式就保持了变压器励磁电感的伏秒积平衡,使得磁场不会在励磁电感中累积,从而避免了励磁饱和问题。
CCM:电流在每个周期(Ts)结束时,电流不会回到零点,记住是零点,而不是电感电流励磁和去磁的平衡点,即上图中红色箭头所指地方。
BCM:电流在每个周期(Ts)结束时,电流刚好回到零点。
DCM:电流在每个周期(Ts)结束之前,电流已经回到零点。
匝数对变压器励磁电感的饱和影响,首先从法拉第电磁感应定律开始
法拉第电磁感应定律
以方波电压为激励电压
单向磁化的拓扑——单端正激:为了可靠去磁的要求,******占空比不能超过0.5,所以******占空比为如下:
单向磁化的磁通密度△B:
从公式得出,当其它量保持不变时,匝数增加,磁通密度是反比例关系,所以变压器匝数增加,磁通密度减小,便有利于饱和余量的增加。
对于双向磁化的拓扑——半桥、全桥、推挽,磁通密度分母系数是"4",其余相同。
拓扑系数:单端磁化是"2";双向磁化"4"
3、电感——匝数N对磁密的影响
电感电流直接的关系是负载电流,负载电流不是设计出来的,而是有外部负载决定的,如下Buck电路中L是储能滤波电感。
对于电感,由于电流是由负载决定的,我们能够设计的仅仅是和电感量相关的电流纹波率,所以由如下安培环路定理得知,匝数增加,相同负载电流下,磁场强度会增加,相应的磁密也会增大,从而更加接近饱和磁通密度。
所以电感增加匝数,意味着电感量增加的同时,产生磁场的能力会增强,电感会增加饱和的风险。
所以,我们看变压器,由于它的功能是变压、隔离、同步传输能量,并不存储能量,所以它更像是一个电压型磁性元器件,励磁电感中只是一小部分励磁能量,两端电压越高,磁密会越大,匝数是减小励磁磁密的一个手段。而电感,直接相关的是负载,所以它就更像是一个电流型磁性元器件,电流越大它的磁密会越大,匝数越多,磁密会越大,它扮演的是储能滤波的角色。
我们知道,电感的实质是产生磁场的能力,所以电感量越大,相同条件下磁密就越大,匝数越多电感量就越大,但对变压器来说,由于励磁电流和负载电流无任何关系,恰恰,励磁电感越大会使得励磁电流越小,从而减小了磁密,这就是匝数的增加为什么能够减小磁密的原因了。
电感是负载电流关联器件,匝数增加,磁场会不断增加,从而匝数反而会引起电感的饱和问题。从下图看一个磁环电感安匝数A.T即N.I,随着安匝增加,电感系数不断减小,电感量下降,这个说明了电感磁化不断趋于饱和磁化。
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