根據(jù)上一章節(jié)的計算推導反激拓撲5—如何設計反激變壓器?,我們可以得出變壓器原副邊繞組電流的有效值,如何根據(jù)電流值進行繞組的設計和選擇呢?首先我們清楚,一根確定的導線,其阻抗是確定的,通過的電流越大,發(fā)熱量越多,選擇合適的導線電流密度是選擇變壓器繞組的一個重要的因素,行業(yè)內(nèi)通常以電流密度J進行表示,經(jīng)驗值推薦電流密度通常設計在4-6A/mm2.接下來,我們了解兩個新的概念,趨膚效應和鄰近效應。1、趨膚效應:當導體中有交流電或者交變磁場時,導體內(nèi)部的電流分布不均勻,電流集中在導體的皮膚部分,也就是說電流集中在導體外表的薄層,越靠近導體表面,電流密度越大,導體內(nèi)部實際上電流較小。 這樣,導體的歐姆電阻就與頻率相關(guān)并隨著頻率的增加而增加。因此,熱損耗的增加也就會導致導體電阻相應的升高。
在此我們不做深入的推導,趨膚深度可以簡化為:
就銅導體而言,在20℃時,上述公式可以簡化為
趨膚深度與頻率的關(guān)系如下表所示,根據(jù)經(jīng)驗,在設計變壓器時,所選的單股導線半徑不大于上述計算的趨膚深度值。當我們計算需要的導線線徑大于趨膚深度時,可以采用多股線進行繞制。
2、鄰近效應①外部鄰近效應相鄰導體或其他電氣元件中交變磁場的影響也可以引起電流偏移的效應,請參考圖解“外部鄰近效應”。
與趨膚效應引起的渦流不同,外部鄰近效應引起的渦流并不以第二導體為中心旋轉(zhuǎn)對稱。這是因為第一導體的交變磁場是由外部電流通過第一導體產(chǎn)生的。引起的渦流方向在受影響導體上的任何位置幾乎是一樣的。這里的渦流也會引起電阻損耗,從而導致和前面部分講到的趨膚效應的一樣的歐姆電阻的明顯上升。產(chǎn)生這些渦流所必需的能量是由外部電流引起的磁場所提供的。由于渦流和產(chǎn)生它的磁場之間的干擾,在任何其他相鄰的導體中也會引起額外的高頻損耗。②內(nèi)部鄰近效應多股線內(nèi)單股線的交變磁場將會在鄰近的單股線中產(chǎn)生渦流,從而引起損耗。因為這些磁場由內(nèi)部的單股線產(chǎn)生,所以稱之為內(nèi)部鄰近效應,形式上類似于趨膚效應,其電流偏移見下圖。圖片顯示了相鄰單線之間電流的不均勻分布(電流密度從藍色到紅色增加)。由內(nèi)部鄰近效應引起的電損耗會隨著頻率的升高而增加,在某些情況下,甚至會超過具有相同直流電阻的實心導體的損耗。