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变压器线圈相邻层间的邻近效应
AUTH: DATE:2019-06-04
  变压器线圈相邻层间的邻近效应
    由于电源适配器变压器绕组同一层绕线中流过的电流是相互平行且同向的,那么可以将这些电流看成是流过一块很薄的矩形薄片,薄片的厚度等于绕线的直径,宽度等于骨架宽度。因此电源适配器整个绕组都将产生感应涡流。和先前讨论过的相邻平行导体间的邻近效应一样,这些涡流只在线圈层间接触面的表面流动。
    值得注意的是,涡流的大小会随着层数的增加而按指数规律递增。因此,邻近效应比集肤效应要严重得多。
    Dowell有关邻近效应影响的分析比较经典,很具有参考价值。论文给出了交/直流阻抗比(R/R)与绕组层数及绕组集肤深度的直径比之间的函数关系。
    下面将在Dixon方法的基础上简单介绍 Dowell曲线的用法及意义。
 
     电源适配器磁心为EE型,其初级绕组有3层。每层都可以看做是独立的薄片,流过的电流1=N,其中N是每层绕组的距数,为每距流过的电流。根据安培定律,有小B=04,或者说H在任一闭合回路上的积分值为0.4ml,其中为该闭环包围的总电流。这在磁路上是与欧姆定律等效的。欧姆定律指出,任何闭环上所施加的电压等于该闭环一周所有电压之和。
    沿着图中的abod环绕一周进行线性积分,可得到路径bda上的磁阻(模拟电路中的阻抗)。由于采用了高磁导率的铁氧体材料,其阻值很低。因此,大部分的磁场强度都处于薄片1和薄片2之间的路径ab上,薄片1左侧面的磁场强度几乎为零。由于只是导体表层的磁场强度感应出集肤电流,所以薄片1上的所有电流都只流过薄片右侧面,而左侧面没有电流流过,电流方向如图中的“+”号所示(也可从图中的原点看出)。
    现在来看薄片2 上的电流,并设所有绕组中的电流都为1A。图所示邻近效应将产生涡流,涡流流过薄片的左侧面和右侧面,厚度等于该频率下的集肤深度。但是这个深度不会超过薄片1右侧面的集肤深度,也不会超过薄片2左侧面的集肤深度。
 
    如果沿闭环cgh(穿过薄片1和2的中心)对Hd进行积分,由于该平面上的磁场强度为零,根据安培定则,该平面上包围的电流也为零。既然流过薄片1右侧面的电流为1A(沿“+”号方向),那么流过薄片2左侧面的电流必定也为1A,方向以“-”号(或“x”号)表示。
    但是流过每个薄片的净电流为1A,所以必定有-1A的电流流过薄片2的左侧面,右侧面的电流为+2A。
    同理可得,薄片3左侧面的电流为-2A,右侧面的电流为+3A。
    从以上分析可以推断出,电源适配器邻近效应产生的涡流大小随着线圈层数的增加而按指数规律递增,下节中 Dowell的分析将从数量上证明这个结论。   

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