許藝娟

【摘 要】平面變壓器扁平狀的特點(diǎn)使其在空間和高度要求較高的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛，是實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源小、輕、薄的重要手段。其繞組結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器的漏感和分布電容有著重要影響，從而影響著開關(guān)電源的性能。本文采用Maxwell 2D仿真分析了不同繞組結(jié)構(gòu)對(duì)平面變壓器交流損耗的影響。

【關(guān)鍵詞】平面變壓器；繞組結(jié)構(gòu)；交流損耗

引言

近年來(lái)電子設(shè)備日益小型化、高效率化，輕、 薄、小已成為衡量電子設(shè)備的重要標(biāo)志。平面變壓器具有高頻、低造型、散熱性能好等特點(diǎn)是電信、電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)和外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療電子、工業(yè)控制、安全系統(tǒng)和電子設(shè)備的理想選擇。本文采用Maxwell 2D仿真分析了單路反激平面變壓器不同繞組結(jié)構(gòu)的交流電阻及交流損耗。

1、不同繞組結(jié)構(gòu)介紹

簡(jiǎn)單繞組結(jié)構(gòu)的變壓器繞組布置為先原邊后副邊，或者先副邊后原邊；三明治結(jié)構(gòu)的變壓器繞組為副邊包圍原邊，或者原邊包圍副邊；交叉換位結(jié)構(gòu)是指原邊繞組交叉放入副邊繞組，或者副邊繞組中交叉放入原邊繞組，即原副邊繞組交替布置。

三明治繞法和交叉換位技術(shù)均無(wú)法減小集膚效應(yīng)引起的繞組損耗，但是都能有效減小鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的繞組損耗，且交叉換位技術(shù)減小由鄰近效應(yīng)引起的繞組損耗的效果比三明治繞法好。其原因是，由安培環(huán)路定律可知，繞組兩表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度之差由繞組中的電流決定，因而，繞組結(jié)構(gòu)對(duì)集膚效應(yīng)產(chǎn)生的繞組損耗并無(wú)影響。三種變壓器結(jié)構(gòu)中，交叉換位結(jié)構(gòu)磁芯窗口的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度最小，因而繞組兩表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度之和最小，鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的繞組損耗也最小，其減小漏感的效果最好。

綜合以上分析，采用三明治繞法和交叉換位技術(shù)均可以減小變壓器漏感和由變壓器特性磁場(chǎng)引起的繞組交流損耗，且交叉換位技術(shù)效果更好。

2、Maxwell 2D仿真分析

電流紋波越大，電感器特性磁場(chǎng)的比重越大，所引起的繞組交流損耗也越大。本節(jié)取占空比為0.35時(shí)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電流波形，對(duì)其進(jìn)行傅立葉分析，再將各次諧波電流賦給繞組，仿真分析不同平面變壓器模型的繞組交流損耗。

其中，仿真模型中平面變壓器參數(shù)為原、副邊匝數(shù)分別為6匝和42匝，原、副邊繞組線寬分別為19.5mm和2.4mm，副邊繞組匝間距離為0.45mm，繞組厚度均為70um，絕緣層厚度為0.2mm，原副邊繞組均只通過(guò)串聯(lián)達(dá)到所需的匝數(shù)。

2.1電流密度分布

2.2交流損耗分析

表2-1為前10次諧波電流作用下四種繞組結(jié)構(gòu)經(jīng)仿真得到的數(shù)據(jù)，分別是單路反激變壓器繞組原、副邊交流損耗Pac_p、Pac_s和交流電阻Rac_p、Rac_s。在本仿真研究中，是采用原副邊繞組電流直接傅立葉分解得到的，因此仿真的損耗既包括變壓器特性磁場(chǎng)，也包括電感器特性磁場(chǎng)下引起的高頻渦流損耗。由表2-1可知，交叉換位結(jié)構(gòu)的變壓器繞組交流損耗和交流電阻均比簡(jiǎn)單繞組結(jié)構(gòu)和三明治結(jié)構(gòu)的小，因而可以減小平面變壓器的繞組交流損耗和溫升，且對(duì)稱交叉換位結(jié)構(gòu)具有更小的繞組交流損耗和交流電阻。

結(jié)語(yǔ)

本文分析了平面變壓器不同繞組布置方案的漏感和繞組交流損耗，包括簡(jiǎn)單繞組結(jié)構(gòu)、三明治結(jié)構(gòu)、完全交叉換位結(jié)構(gòu)和對(duì)稱交叉換位結(jié)構(gòu)，并用有限元軟件Maxwell 2D對(duì)各方案的模型進(jìn)行仿真。得出結(jié)論：對(duì)稱交叉換位方式具有更小的交流電阻和漏感，其減小平面變壓器繞組交流損耗和溫升的效果更好。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dowell P.Effects of eddy currents in transformer windings.Proceeding of IEE，1966，113（8）：1387-1394.

[2] 祝錦.平面變壓器繞組高頻損耗的研究：[碩士學(xué)位論文].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.

[3] 于慶廣，賓雄輝，王曉慧，楊玉崗.平面變壓器及平面磁集成技術(shù)，功能材料，2004，35（zl）：859-863.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)福建電力有限公司龍海市供電公司）