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磁芯的倆種損耗

知道瞭磁場中的各個公式,接下來我們就去瞭解損耗:

在磁性元件中,無非主要就是倆種損耗:1. 鐵芯損耗。 2. 繞組損耗。

首先我們來瞭解一下鐵芯損耗:

磁芯損耗又包含倆種:

磁滯損耗(hysteresis loss)

渦流損耗(eddy current in core)

(一)磁滯損耗

磁滯損耗 是鐵磁體等在反復磁化過程中因磁滯現象而消耗的能量。[1] 磁滯指鐵磁材料的磁性狀態變化時,磁化強度滯後於磁場強度,它的磁通密度B與磁場強度 H之間呈現磁滯回線關系。經一次循環,每單位體積鐵芯中的磁滯損耗正比於磁滯回線的面積。這部分能量轉化為熱能,使設備升溫,效率降低,它是電氣設備中鐵損的組成部分,這在交流電機一類設備中是不希望的。

來自百度。

我覺得百度這段定義還是比較容易理解。至於裡面的物理原因就不去深究瞭。

圖一:https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/39995-magnetic-core-loss-evaluation-for-arbitrary-flux-waveforms?focused=3775600&tab=function

我們知道energy

根據安培環路定律: H*Lm=N*i(t).

根據法拉第電磁感應定律:

V(t)= 其中λ為磁鏈(flux linkage)。其單位為weber-turn。

其中Φ 為磁通(flux)。單位為weber。

Φ =B*Ac。 其中Ac 是上圖的截面積,B是磁通密度(flux density)。

把i(t) 和 v(t)帶入到 能量公式中:

約掉其中的參數,我們得到:

突然發現積分裡面的參數都和B—H圖有關。積分外面的參數都是磁芯的物理參數。

(Lm:磁路的長度)

圖二

積分裡,實則為B-H圖的面積,這也是就是在前面說的磁芯損耗和B-H的面積有關。

積分外,我們把Ac*Lm稱為core volume。

(二)渦流

渦流:當線圈中的電流隨時間變化時,由於電磁感應,附近的另一個線圈中會產生感應電流。實際上這個線圈附近的任何導體中都會產生感應電流。

上面是百度裡的解釋,我隻想說,這個解釋和我們今天說的磁芯裡的渦流沒有任何關系。它隻是解釋瞭在winding時,或者說在導線裡的渦流,不想多評價百度的解釋。我們這裡所說的是在磁芯裡的渦流。

圖一:根據右手定則,從電流流過繞線的方向,可以確定磁場的方向為順時針。 在右側的cross section area,根據法拉第電磁感應定律(閉合線圈面積不變,改變磁場強度,磁通量也會改變),再根據楞次定律,我們知道有一個逆時針的圈電流在右側截面處,產生反向的磁場來抑制這種變化。

由Maxwell方程可以直接導出渦流的大小,但是這裡其實已經很好理解瞭,大多數的磁芯都是導體,有電流在導體裡,就會有 I^2*R. Maxwell方程說明瞭產生電流的電場是由變化的磁場決定的,變化的磁場又是由變換的電流產生的。所以,渦流和f頻率有正比的關系。

(三)渦流損耗解決辦法

—-層壓。

圖三

最容易理解的方法還是Maxwell方程

經過層壓分片後,感生電流的路徑變小(l減小),相應的電流就會減少。

這樣也就減少瞭渦流。

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