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變壓器輸出電流與匝數(shù)之間的關(guān)系

發(fā)布時間:2023-05-12 來源:卓晴 責任編輯:wenwei

【導讀】今天看到一個短視頻, 視頻作者提出了一個有趣的問題,?對于一個高頻逆變器, 它的線圈匝數(shù)很少, 卻能夠輸出很大的電流。?作為對比,?他又找到了一個體積大體相當?shù)墓ゎl變壓器。?這個變壓器的輸入輸出線圈的匝數(shù)非常多。?但輸出的電流卻非常少。?UP主因此提出了一個問題,?這兩個變壓器體積差不多, 那么究竟是什么原因造成輸出電流相差這么大呢??作者從變壓器的工作頻率,線圈匝數(shù)以及磁芯材料三個方面進行了分析。


01 高頻變壓器


一、問題提出


今天看到一個短視頻, 視頻作者提出了一個有趣的問題,?對于一個高頻逆變器, 它的線圈匝數(shù)很少, 卻能夠輸出很大的電流。?作為對比,?他又找到了一個體積大體相當?shù)墓ゎl變壓器。?這個變壓器的輸入輸出線圈的匝數(shù)非常多。?但輸出的電流卻非常少。?UP主因此提出了一個問題,?這兩個變壓器體積差不多, 那么究竟是什么原因造成輸出電流相差這么大呢??作者從變壓器的工作頻率,線圈匝數(shù)以及磁芯材料三個方面進行了分析。


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▲ 圖1.1 兩個變壓器對比


二、初步分析

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的確上面三個因素是相互牽連的, 視頻作者最終將高頻變壓器在匝數(shù)少的情況下能夠輸出大電流的原因,歸結(jié)到磁性材料上。?他認為主要因為硅鋼片的磁導通率小于鐵氧體材料, 所以它輸出電流小。


但是如果查找一下硅鋼片和鐵氧體材料的導磁率,?它們的導磁率分布范圍比較大, 但這兩種材料的導磁率大體上在一個范圍內(nèi),?相對導磁率都可以達到10000 上下。?那么問題來了, 假設(shè)兩個變壓器磁芯尺寸相同,?只是繞制的匝數(shù)不同,?為什么匝數(shù)越小的高頻變壓器,?輸出的電流會更大呢??這其中的原因還需要從磁芯飽和特性說起。


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▲ 圖1.2 理想變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖


三、磁芯飽和

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實際變壓器的磁芯?具有飽和特性,?反映在磁芯中的磁感應強度與輸入勵磁線圈中電流之間的關(guān)系上不是線性關(guān)系。?從而引起輸出電壓與勵磁電壓之間也不再是線性關(guān)系。?正如這張圖所示, 當磁感應強度超過一定數(shù)值之后,?對應的輸出電壓?就會出現(xiàn)飽和特征。?由此會使得變壓器不僅輸出電壓波形出現(xiàn)失真,而且勵磁電流增加,導致變壓器銅損增加。


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▲ 圖1.3.1 磁飽和特性


對于一個線圈, ?它的長度為 L,?匝數(shù)為N,?通過電流為 I,? 那么線圈內(nèi)的磁感應強度為?磁導率 μ 乘以N,除以L,再乘以電流 I。?如果因為變壓器飽和特性限制了磁感應強度, ?所以為了提高線圈的電流,? 只能減少線圈的匝數(shù)。


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▲ 圖1.3.2 線圈中的磁場強度


在實際應用中,為了滿足變壓器電功率傳輸,?線圈不僅需要輸出電流,還需要輸出電壓。下面給出了變壓器線圈電壓公式, ?在飽和限制了磁芯的磁通量的情況下,?為了輸出額定電壓,?減少了線圈的匝數(shù),?只能通過提高工作頻率來彌補。


四、總結(jié)

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因此高頻變壓器能夠輸出大電流,?除了線圈粗細原因之外, ?正是因為它的匝數(shù)少才能夠輸出大電流。?同樣為了滿足輸出電壓的要求, 工作頻率必須是高頻,?在高頻下, 鐵氧體的損耗遠遠低于硅鋼片。?因此,只有在現(xiàn)代高頻大功率半導體器件加持下, 功率電路才能夠越來越小。



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