第10讲 变压器漏感、不可控整流
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一、电感对整流电路的影响有哪些?如何分析?1.变压器漏感◆实际上变压器绕组总有漏感,该漏感可用一个集中的电感LB 表示,并将其折算到变压器二次侧。
◆由于电感对电流的变化起阻碍作用,电感电流不能突变,因此换相过程不能瞬间完成,而是会持续一段时间。
2.现以三相半波为例来分析,然后将其结论推广 ◆假设负载中电感很大,负载电流为水平线。
图为考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形◆分析从VT1换相至VT2的过程在ωt1时刻之前VT1导通,ωt1时刻触发VT2,因a 、b 两相均有漏感,故ia 、ib 均不能突变,于是VT1和VT2同时导通,相当于将a 、b 两相短路,两相间电压差为ub-ua ,它在两相组成的回路中产生环流ik 如图所示。
ik=ib 是逐渐增大的,而 ia=Id-ik 是逐渐减小的。
当ik 增大到等于Id 时,ia=0,VT1关断,换流过程结束。
换相过程持续的时间用电角度λ表示,称为换相重叠角。
◆基本数量关系☞换相过程中,整流输出电压瞬时值为☞换相压降:与不考虑变压器漏感时相比,ud 平均值降低的多少,即2d d d d b a b a d u u t i L u t i L u u k B k B +=-=+=556655d b d b b B 66565BB B d6d 13()d()[()2/32d d 333d()d 2d 22d k I k k i U u u t u u L t t i L t L i X I tππαγαγππααπαγπαωωππωωπππ+++++++++∆=-=--===⎰⎰⎰⎰☞换相重叠角λ√由式(3-30)得出:进而得出:当 时, 于是有√随其它参数变化的规律: ⑴Id 越大则λ越大; ⑵XB 越大λ越大;⑶当α≤90时,α越小γ越大。
☞其它整流电路的分析结果②三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路,故其m=6,相电压按 带入。
◆变压器漏感对整流电路影响的一些结论:☞出现换相重叠角γ,整流输出电压平均值Ud 降低。
详解开关电源变压器的漏感任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
因此,分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
在设铁芯的截面积为S,S=πr2;初级线圈的截面积为S1,S1=πr21;次级线圈的截面积为S2,S2=πr22;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1,Sd1=S1-S;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2,Sd2=S2-S1;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1,在面积S1之内产生的磁通量为φ1,在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1’;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2,磁通量为φ2。
由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为:电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量(2-95)、(2-96)式中,μ0sd2H2=φ2就是变压器次级线圈N2对初级线圈N1的漏磁通;因为,这一部分磁通没有穿过变压器初级线圈N1。
漏磁通可以等。
高频变压器之漏感篇
近些年,这些厂家(驱动电源,LED灯,手机充电器,音响等等)对高频变压器的要求越来越高,漏电感是其中之一,高端的高频变压器是他们的首选。
今天由三芯小编为您详细讲解高频变压的漏电感高频变压漏电感定义:
变压器的漏感是指线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏磁的电感称为漏感。
高频变压器漏电感产生的原因:
漏感的产生是由于某些初级(次级)磁通没有通过磁芯耦合到次级(初级),而是通过空气闭合返回到初级(次级)。
影响高频变压器漏电感的因素:
1变压器磁的绕法工艺;
2.变压器磁芯的质量;
3.变压器磁材的气隙,越大的话,漏感越大;
4.变压器绕组宽度和匝数,对漏感也有些影响。
5.工作频率越高,相对漏感越小。
减少高频变压器漏感的主要方法:
1每一组绕组都要绕紧,并且要分布平均
2引出线的地方要中规中矩,尽量成直角,紧贴骨架壁
3未能绕满一层的要平均疏绕满一层
4绝缘层尽量减少,满足耐压要求及可
5如空间有余,可考虑加长型的骨架,尽量减少厚度
6推荐三明治绕制方法(二次绕组与一次绕组交错绕制),漏感下降很多很多,大概到原来的1/3还不到。
漏感的测量:
测量漏感的一般方法是将次级(初级)绕组短路,测量初级(次级)绕组的电感,所得的电感值就是初级(次级)到次级(初级)的漏感。
电力电子技术课程教学大纲(POWERE1ECTRONIC)总学时数:40其中:实验学时数:0课外学时数:0学分数:2.5适用专业:电气工程与自动化专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化专业的基础课程,它的任务是使学生掌握各类电力电子器件的工作原理,特性和主要参数及其各类变流装置发生的电磁过程,基本原理,控制方法,设计计算,实验技能以及它们的技术经济指标。
以便学生毕业后具有进一步掌握各种变流装置的能力,并为后续课“电力拖动与运动控制系统”打好基础。
二、课程教学的基本要求(一)掌握电力电子器件(主要为晶闸管,电力晶体管,可关断晶闸管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管)的工作原理,特性和主要参数(含驱动、缓冲和保护电路)。
(二)熟练掌握单相,三相整流电路和有源逆变电路的基本原理,波形分析和各种负载对电路运行的影响,并能对上述电路进行初步的设计计算(包括触发电路与保护环节)。
(三)3.了解无源逆变、直流斩波、交流调压和交-交变频电路的工作原理,了解并掌握PWM控制技术及PW型逆变电路的基本原理和控制方法。
(四)初步了解软开关技术的基本概念和常用的组合变流电路的主要形式。
(五)初步了解电力电子学科的发展趋势。
(六)掌握基本变流装置的调试实验方法。
三、课程的教学内容、重点和难点绪论基本内容:电力电子技术的基本概念和内涵,电力电子技术发展历程,电力电子技术应用领域,本课程在国民经济中的作用意义,本课程的特点和学习方法。
基本要求:使学生了解电力电子技术的基本概念和内涵,了解本课程的重要性,认识到他所学的内容仅是电力电子学科中的最基本的内容,而本学科还有很多重要的课题有待去学习,去解决。
第一章电力电子器件一、电力电子器件概述基本内容:电力电子器件的概念和特征;电力电子系统的构成;电力电子器件的分类。
基本要求:1、了解电力电子器件的基本概念、主要特征以及主要类型;2、了解应用电力电子器件构成的系统的主要组成部分及各部分功能。
2.3 变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响,该漏感可用一个集中的电感L B 表示。
现以三相半波为例,然后将其结论推广。
图2-25 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形VT1换相至VT2的过程:因a 、b 两相均有漏感,故i a 、i b 均不能突变。
于是VT1和VT2同时导通,相当于将a 、b 两相短路,在两相组成的回路中产生环流i k 。
i k=i b 是逐渐增大的,而i a=I d-i k 是逐渐减小的。
当i k 增大到等于I d 时,i a=0,VT1关断,换流过程结束。
换相重叠角——换相过程持续的时间,用电角度g 表示。
换相过程中,整流电压u d 为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。
换相压降——与不考虑变压器漏感时相比,u d 平均值降低的多少。
换相重叠角γ的计算由上述推导过程,可求得:γ 随其它参数变化的规律:(1) I d 越大则γ 越大; (2) X B 越大γ 越大;(3) 当a ≤90°时,α 越小γ 越大变压器漏抗对各种整流电路的影响如下:表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注:①单相全控桥电路中,环流i k 是从-I d 变为I d 。
本表所列通用公式不适用; ②三相桥等效为相电压等于23U 的6脉波整流电路,故其m =6,相电压按23U 代入。
变压器漏感对整流电路影响的一些结论:1) 出现换相重叠角g ,整流输出电压平均值U d 降低。
2) 整流电路的工作状态增多。
3) 晶闸管的d i/d t 减小,有利于晶闸管的安全开通。
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的d i/d t 。
4) 换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的d u/d t ,可能使晶闸管误导通,为此必须加吸收电路。
换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。
2.5 整流电路的谐波和功率因数随着电力电子技术的发展,其应用日益广泛,由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactive power)问题日益严重,引起了关注。
开关电源变压器的漏感任何变压器都存在漏感,但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。
由于开关变压器漏感的存在,当控制开关断开的瞬间会产生反电动势,容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路,使电路产生振荡并向外辐射电磁能量,造成电磁干扰。
因此,分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。
开关变压器线圈之间存在漏感,是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此,计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。
要计算变压器线圈之间存在的漏磁通,首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。
我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处,就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的,并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。
另外,在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时,比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理,而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。
图2-30是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。
下面我们就用图2-30来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理,并进行一些比较简单的计算。
在图2-30中,N1、N2分别为变压器的初、次级线圈,Tc是变压器铁芯。
r是变压器铁芯的半径,r1、r2分别是变压器初、次级线圈的半径;d1为初级线圈到铁芯的距离,d2为初、次级线圈之间的距离。
为了分析计算简单,这里假设变压器初、次级线圈的匝数以及线径相等,流过线圈的电流全部集中在线径的中心;因此,它们之间的距离全部是两线圈之间的中心距离,如虚线所示。
设铁芯的截面积为S,S=πr2 ;初级线圈的截面积为S1,S1=πr 21 ;次级线圈的截面积为S2,S2=πr22 ;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1,Sd1= S1-S;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2,Sd2 = S2-S1 ;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1,在面积S1之内产生的磁通量为φ1 ,在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1' ;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2,磁通量为φ2 。
电源模块源知识——漏感1、什么是漏感漏感是电机初次级在耦合的过程中漏掉的那一部份磁通。
变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏磁的电感称为漏感。
漏感在哪?虽然印制电路板上的印制导线以及变压器的引线端也是漏感的一部分,但大部分漏感在变压器原边侧绕组中,尤其是那些与副边侧绕组有耦合关系的原边侧绕组中。
漏感是因为变压器一组线圈到另一组磁通量不完全耦合而产生的电感分量。
任何初级线圈到次级线圈磁通量没有耦合的部分会表现出一个与初级串联的感性阻抗,因此在原理图中,漏感表示为在理想变压器初级线圈前端一个而外的电感。
在特定应用中,如开关电源和照明整流器,变压器的漏感在产品设计中会产生重要的功能影响。
因此,准确的漏感测量对于变压器制造商来说通常是一项重要的步骤。
理想变压器理论上的理想变压器没有损耗。
电压比直接为匝数比,电流比为匝数比的倒数(图1)。
实际变压器在实际的变压器中,初级线圈的某些磁通量不会耦合到次级线圈。
这些“漏掉”的磁通量不会参与变压器的工作,可以表示为额外的与线圈串联的感性阻抗(图2)。
实际的变压器加入空气间隙在某些变压器的设计中,漏感必须要在总的电感量占更大的比例,并设定一个小的误差。
漏感量比例的增加通常通过在磁芯中引入空气间隙来实现,因而降低磁芯的磁导率以及初级线圈的电感。
因此初级线圈与次级线圈磁通量不耦合部分所占的比例也会增加(图3)。
那么气隙是否跟漏感有线性关系?下面以一个例子来说明变压器漏感与气隙大小的3种关系:不变、变大、变小。
见下图,假设气隙1、2、3使得磁阻R1=R2=R3,忽略窗口的那少部分磁通,可知Φ=Φ1+Φ2。
存在下面3种情况:1、增加气隙1,R1>R3,使得Φ1>Φ2,即耦合到Ns的磁通更多,漏感减小。
2、增加气隙2,R1=R3还是成立,Φ1=Φ2,即耦合到Ns的磁通不变,漏感不变。
3、增加气隙3,R1<R3,Φ1<Φ2,即耦合到Ns的磁通减少,漏感增大。