最近使用Maxwell建立了原边2匝,副边2匝的空芯变压器模型,计算变压器原边电感,副边电感,互感,交流电阻等参数。并将其中一些细节性,原理性问题记录与大家分享,也方便自己回顾。
1、搭建上图所示Maxwell模型,并添加电流激励。
假设:原边绕组第一匝添加激流电流为Current1,
原边绕组第二匝添加激流电流为Current2,
Current1,Current2为原边电流,
副边绕组第一匝添加激流电流为Current3,
副边绕组第二匝添加激流电流为Current4,
Current3,Current4为副边电流。
(注意:激励电流大小与变压器自感互感,交流电阻没有关系)
2、原边绕组自感:
分析:电感的大小定义为单位电流产生的磁链数的多少。自感是自己电流产生电磁场能量,等效为自感。首先,原边绕组有两匝,每匝绕组有自感,原边绕组之间有电感。总的来说,原边绕组总的自感=每一匝线圈的自感+不同匝之间的电感。
原因:Maxwell模型将原边绕组分成了不同的匝,那么原边电流也分为不同的段。不同绕组中电流在各自绕组中会产生自感,由于原边电流是串联的,那么,第一匝线圈电流在第二匝绕组线圈中产生的电感,和第二匝线圈在第一匝绕组线圈里面产生的电感,都需要叠加到总的原边绕组电感中。
因此:Lp = L(current1,current1)+L(current1,current2)+L(current2,current1)+L(current2,current2)
3、副边绕组自感:
同理:Ls = L(current3,current3)+L(current3,current4)+L(current4,current3)+L(current4,current4)
4、原副边绕组互感:
分析:互感是别人电流产生的电磁场,在自己线圈产生的磁通的变化,等效为互感。在变压器或者是耦合电感中,可以简单的理解为原边电流在副边绕组中产生的电感。
因此:M = L(Current1,Current3)+L(Current1,Current4)+L(Current2,Current3)+L(Current2,Current4) 也就是原边电流在副边绕组之间产生的电感的叠加,
或者为 M = L(Current3,Current1)+L(Current3,Current2)+L(Current4,Current1)+L(Current4,Current2)也就是副边电流在原边绕组之间产生的电感的叠加。
注意: 互感不可以直接理解为励磁电感Lm,即 M 不等于 Lm。
5、耦合系数k:
根据书上,耦合系数 k = M/sqrt(Lp*Ls), 通用公式
当且仅当k = 1时,
n = sqrt( Lp / Ls) 特殊公式
Lm = M*sqrt( Lp/Ls ) = M * n 特殊公式
6、原边漏感,副边漏感:
Lkp = (1-k)*Lp 通用公式
Lks = (1-k)*Ls 通用公式
7、交流电阻
交流电阻在不同的领域,定义是是不同的。
在二极管中,交流电阻定义为电压相对与电流的变化率。
在电力电子领域,交流电阻定义为交流阻抗。
产生原因:
在高频变压器模型中,由于趋肤效应和临近效应,导致绕组电气上等效电阻大于直流电阻。所等效出来的电阻称为交流电阻。
计算方式:
在Maxwell仿真的后处理中,Maxwell通过自动网格划分,计算数值解。
原边绕组的交流电阻 Rpac = R(Current1,Current1) + R(Current1,Current2) + R(Current2,Current1) + R(Current2, Current2)
副边绕组的交流电阻 Rsac = R(Current3,Current3) + R(Current3,Current4) + R(Current4,Current3) + R(Current4, Current4)
总的绕组交流电阻 = Rpac + n*n*Rsac (也就是把副边交流绕组折算到原边)