磁性器件的每一次磁化過程都要消耗一定的能量,,這部分的能量損耗主要有磁滯損耗和渦流損耗,。 一,、磁滯損耗 去掉外磁化電流時,一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦,,仍然保持著磁化的方向,,使磁芯發(fā)熱消耗掉,這就是磁滯損耗,。 特點: ①磁滯損耗是不可恢復(fù)的,,它使磁芯發(fā)熱消耗掉; ②磁滯回線包圍面積越大,,損耗越大,; ③頻率越高,損耗功率越大,。 二,、渦流損耗 I、因磁芯材料本身有一定的電阻值,,感應(yīng)電壓產(chǎn)生電流ie—渦流,,流過這個電阻,引起P=(ie*ie)*R損耗,,叫渦流損耗,。 特點: ①渦流損耗與磁芯磁通變化率成正比。頻率越高,,磁通量變得越快,,感應(yīng)電動勢越大,渦流越強,; ②渦流與每匝伏特和占空比也有關(guān),。 例如,一個變壓器的初級工作在電壓 50V,,脈寬 10μS,,和100V,5μS,。盡管兩者伏秒一樣(即?B 相同),,但后者每匝伏特比前者大一倍,渦流大一倍,則峰值損耗大 4 倍,,因后者脈寬小一倍,,所以平均損耗后者比前者大一倍。 ③渦流相當(dāng)于一匝“次級”反射到初級,,成為初級磁化電流的一部分,,客觀上減少了磁芯的動態(tài)磁導(dǎo)。電路中電感的渦流可用一個與電感并聯(lián)的電阻 Re 來等效,。 II,、線圈導(dǎo)體中的渦流是由肌膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)引起的。 ①渦流建立的磁通阻止磁芯中主磁通變化,,使得磁通趨向磁芯的表面,,導(dǎo)致磁芯有效截面積減少,這種現(xiàn)象稱之為集膚效應(yīng),。 電流密度減少到導(dǎo)體截面表層電流密度的36.8%(即1/e)處的深度叫做集膚深度Δ或穿透深度,。 ②兩導(dǎo)體A,B流過相同方向的電流,,當(dāng)電流突增時,,導(dǎo)體A產(chǎn)生的突變磁通在導(dǎo)體B中產(chǎn)生渦流,使兩導(dǎo)體鄰近表面的電流增大,,另一表面的電流減少,。導(dǎo)體B也發(fā)生同樣的現(xiàn)象。這個現(xiàn)象就是導(dǎo)體之間的鄰近效應(yīng),。 特點: ①當(dāng)高頻電流流過直徑較大的線圈導(dǎo)體時,,所產(chǎn)生的肌膚效應(yīng)使線圈的銅耗增加,這是因為高頻電流不是均勻地通過導(dǎo)體截面,,而是集中在導(dǎo)體表面,,使導(dǎo)體沒有得到有效的利用。 如上圖,,交流磁場中的磁滯回線面積比直流回線大,,且形狀和大小也與磁場的變化頻率有關(guān),頻率增加時,,磁芯的渦流增加,,導(dǎo)致相同磁通密度下磁化電流增加。高頻時,,回線逐漸趨于橢圓,。 ②肌膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使變壓器繞組中產(chǎn)生渦流,從而使磁性期間在高頻大電流工作時銅耗增加,。當(dāng)導(dǎo)體的厚度趨近于或大于穿透深度α?xí)r,,在導(dǎo)體附近的磁場將在導(dǎo)體中感應(yīng)渦流,。這些渦流所通過的路徑是趨于阻止該磁場的變化。 ③鄰近損耗不是由變壓器繞組電流的直流分量產(chǎn)生的,,而是由各次諧波分量產(chǎn)生的,。如果電流的諧波含量很大,則所產(chǎn)生的銅耗也會很大,。 減小渦流損耗的措施: ①減小感應(yīng)電勢,,如使用磁粉芯類材料; ②增加鐵芯的電阻率,,如使用鐵氧體材料,; ③加長渦流流經(jīng)的路徑,如使用硅鋼片或非晶帶,。 注意: 通常一種磁性材料的飽和密度比較高,,它的體積就可以做到很小,,但是磁芯損耗也高,。兩者很難兼顧。 在低頻時,,磁芯損耗幾乎完全是磁滯損耗,。對于今天的磁芯,在 200~300kHz,,渦流損耗超過了磁滯損耗,。
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