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  • 高频变压器绕组绕制方式与分布电容大小分析与计算

      随着开关变换器高频化,变压器分布电容对电流波形影响越来越明显,由于电容电压不能突变,模态转换时,电容等效为电压源释放电能产生尖峰电流。


      以下是变压器绕组层间常见的四种绕制方法。

          


      下面以实际的模型,推导计算C型与Z型绕法分布电容的大小。

       规定沿绕组高度方向由底端向顶端为y方向,初级侧绕组底端电位差为Ua,顶端电位差为Ub,单层绕组的长度为h,两绕组之间的距离为m。假设绕组均匀分布,则沿着绕组高度方向的电位线性变化。若每一层绕组两端压差为U,则C型绕法任意高度y的电位差为:

      根据电场能量的密度的定义:

      可得,电场能量为:

      其中:MLT为绕组平均周长

      电场能量等效为:

       解得:

       同理:根据Z型绕法U(y)=U,为一个常数,可以得到等效的原边电容为:


      以下是变压器绕组间常见的绕制方法:

        初级侧绕组与次级侧绕组层间电容的分析不涉及绕组连接处绕制方式的问题,因此可以以平行板电容器为模型进行类比[2]。                             

      式中:d:绝缘层厚度

         S:两极板正对有效面积

         h:绕组高度
      下图左边为一般绕制方法的,右图为三明治方法绕制。

                                                                         

       由于三明治绕制方法,Ns绕组两边都与Np绕组接触,所以,平行板电容正对面面积S较大。但由于电压分布的原因,分布带内容不是严格的两倍关系。故三明治绕制绕组间分布电容大于一般绕制方法。


             下图为不同绕组布局,分布电容实验数据[1]。  验证了上文理论分析

                            

                  


        结论:

          1、因为C型层间电压差数学关系,C型绕制分布电容比Z型绕制大。

          2、将线圈匝数分为相等的n等分,相邻匝间的电压差为原来的1/n。

          3、累进式绕法减小绕组分布电容的效果最佳


     参考文献:

       [1] 赵志英等.高频变压器分布电容的影响因素分析[J].中国电机工程学报,2008,28(9):55-60

       [2] 杨欢等.高频变压器分布电容的影响因素分析[J].山西大学学报,2019,42(3):576-583

     
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