根據(jù)上一章節(jié)的計(jì)算推導(dǎo)反激拓?fù)?—如何設(shè)計(jì)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(jìn)行繞組的設(shè)計(jì)和選擇呢?首先我們清楚,一根確定的導(dǎo)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(dǎo)線電流密度是選擇變壓器繞組的一個(gè)重要的因素,行業(yè)內(nèi)通常以電流密度J進(jìn)行表示,經(jīng)驗(yàn)值推薦電流密度通常設(shè)計(jì)在4-6A/mm2.接下來,我們了解兩個(gè)新的概念,趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。1、趨膚效應(yīng):當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變磁場時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻,電流集中在導(dǎo)體的皮膚部分,也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層,越靠近導(dǎo)體表面,電流密度越大,導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)際上電流較小。 這樣,導(dǎo)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(dǎo)致導(dǎo)體電阻相應(yīng)的升高。
在此我們不做深入的推導(dǎo),趨膚深度可以簡化為:
就銅導(dǎo)體而言,在20℃時(shí),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(yàn),在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),所選的單股導(dǎo)線半徑不大于上述計(jì)算的趨膚深度值。當(dāng)我們計(jì)算需要的導(dǎo)線線徑大于趨膚深度時(shí),可以采用多股線進(jìn)行繞制。
2、鄰近效應(yīng)①外部鄰近效應(yīng)相鄰導(dǎo)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(yīng),請參考圖解“外部鄰近效應(yīng)”。
與趨膚效應(yīng)引起的渦流不同,外部鄰近效應(yīng)引起的渦流并不以第二導(dǎo)體為中心旋轉(zhuǎn)對稱。這是因?yàn)榈谝粚?dǎo)體的交變磁場是由外部電流通過第一導(dǎo)體產(chǎn)生的。引起的渦流方向在受影響導(dǎo)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(dǎo)致和前面部分講到的趨膚效應(yīng)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(dǎo)體中也會引起額外的高頻損耗。②內(nèi)部鄰近效應(yīng)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?yàn)檫@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(yīng),形式上類似于趨膚效應(yīng),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(lán)色到紅色增加)。由內(nèi)部鄰近效應(yīng)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?xí)^具有相同直流電阻的實(shí)心導(dǎo)體的損耗。