周洁敏
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第一部分-电路中的磁性元件(六)
第一部分-磁元件的磁路分析(一)
第一部分-磁元件的磁路分析(二)
第一部分-磁元件的磁路分析(三)
第一部分-磁元件的磁路分析(四)
第一部分-磁元件的磁路分析(五)
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第一部分-磁元件的磁路分析(四)

前面我们谈到了漏感对电路的影响,那么使我们想起了变压器有分布电容,它对电路会产生影响。那么如图所示,有变压器电容会引起电流尖峰,轻载时的电流尖峰要比负载时的电流尖峰要大很多。那么下面我们讨论了漏感以后,我们就想漏磁在哪里呢?电路中两点间有点位差就有电流通过,而在磁路中两点间如果有磁位差,就有可能产生漏磁。下面我们来做漏磁分析。

下面我们来讨论环形磁芯的漏磁分析。分4种情况来分析。

第一种是环形没有气隙而均匀绕制的漏磁分析。

第二种是集中绕制的等截面环形磁芯。

第三种是有气隙时候的环形磁芯。

第四种是有气隙时候集中绕制的环形磁芯。

下面我们来研究环形没有气隙均匀绕制磁芯磁漏漏磁分析。如图所示,左边的图是环形磁芯绕有N匝线圈,通有电流为I,磁芯的截面积为A,平均周长为l,那么我们取x=0,顺时针方向 x线性增长。在分析以前我们先定义任意点的磁势Fx是0到x段的磁路所匝链的线圈磁势。 Ucx是0到x段磁芯的磁阻压降。那么Ux是磁路中某x点相对于参考点的磁位差。

下面我们分别来进行推导。我们知道0到x段也有线圈均匀绕制,那么某x点的绕组匝数为,0到x段的磁势,磁芯当中的磁场强度,因此0到x段的磁阻压降, x点的磁位我们用Ux表示,也就是说任意一点的磁位都为0,理论上是没有漏磁的。那么如图所示,分别是F(A)、Ucx和Ux的曲线图。

前面我们对环形没有气隙时且均匀绕制的磁芯磁漏进行了漏磁分析。我们通过分析得到,任意一点的磁位为0,理论上是没有漏词的。但是这样的分析是分析了平均周长方向的磁路分析,而沿磁芯径向的磁场分布是不均匀的,磁芯中的磁场强度分布式内强外弱,而且在边界处发生了突变。

下面我们来分析集中绕制的等截面环形磁芯漏磁分析。我们磁环环上的线圈集中绕在一起,如图所示,那么线圈的长度为lw,取线圈的中点作为参考点,也就是x=0点,并以x顺时针增加的方向为x的正方向。

经过分析得到磁势x的分布图,如图所示,在x=lw/2至l-lw/2处没有增加磁链,也没有增加磁动势,所以为一水平直线。

那么如果有散磁通存在,磁芯各截面的磁通密度px和磁场强度hx不再是常数,Ucx也不能用来计算,那么如果散磁通的比例非常的小,假设hx为常数,那么可以作为Ucx的分布图。

如图中所示,由上述两个图F(A)和Ucx相减,可以得到 Ux的磁位差的分布图。从磁位差的分布图我们可以看到,x=0和x=l/2以及x=l处, Ux都不等于0,因此有散磁通Φs分布于圆环周围的空间中。

由于环形磁心以及绕制方法是对称的,通过x=0,x=l/2和x=l的平面定义为零等磁位面,在磁芯中存在着若干个磁位相等的面,我们简称为等磁位面。我们再看图,在磁芯中x=0处磁通的最大。由于磁芯截面积的是均匀的,x=0处的磁通密度也就是最大,而x=l/2处磁通是最小,磁通密度也是最低。再lw/2以及l-lw/2之间的磁位差是最大的,因此漏磁也是最大。

下面我们对有气隙时环形磁芯磁场的漏磁分析。在分析以前我们先来明确一下,第一个磁芯的磁阻是,气隙的磁阻是,线圈的磁势。虽然空气隙不大,应空磁芯的磁导力要比磁芯的磁导率低得多,所以气隙的磁场强度要比磁芯的磁场强度Hc大得多,因此占有总磁势的较大的比例。

如图所示是带有气隙的均匀绕制的环形磁芯磁场磁位分布图,在环形磁芯上还有δ,那么取气隙的终点为参考点,也就是x=0点,并且有δ远远小于l,通过分析以得到磁动势、慈芯的磁路压降以及气隙的压降分布。如右图所示磁芯的磁动势是线性增加的,再假设磁芯的Hc为常数,这与没有气隙一样,把磁动式减掉磁阻压降,就得到了个点的磁位差,Ux不等于0,因此也有散磁通Φs存在。这种情况和前述的所不同的是对称面左右两侧的磁位差比前者要大,所以散磁通也很大。因此开了气隙以后,他的散磁通要比没开气隙的时候大许多。

下面我们来介绍第4种情况,有气隙时又有集中绕制的环形磁芯的磁场和漏磁分析。那么如图所示等截面的环形磁芯,有开有气息,我们一般集中绕制的线圈放在气隙的正对面,因此通过分析以后得到的磁位分布图,如右图所示,可以知道除非他最大处发生在如图所示的AB处,其中CD节点的磁位差也比较大,由于散磁分布与两点间的磁位差相关,因此整个磁环的散磁通特别大,所以不建议采用这种方法来绕制环形线圈。

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