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周潔敏
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第一部分-磁的單位和電磁基本定律(一)
第一部分-磁的單位和電磁基本定律(二)
第一部分-磁的單位和電磁基本定律(三)
第一部分-磁的單位和電磁基本定律(四)
第一部分-電路中的磁性元件(一)
第一部分-電路中的磁性元件(二)
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第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(五)
2021-03-12 15:17
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(四)
2021-02-07 10:23
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(三)
2021-01-28 17:38
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(二)
2021-01-22 16:39
第二部分-磁性材料的基本特性和基本參數(shù)(一)
2021-01-15 15:30

第一部分-電路中的磁性元件(一)

大家好,今天我們繼續(xù)第一部分的講解,磁的基礎(chǔ)理論和磁元件。在開關(guān)電源當(dāng)中,有哪些磁元件值得需要深入探討呢?下面我們開始講解。

通過本節(jié)的內(nèi)容學(xué)習(xí),主要弄清楚4個方面的問題。

1.有哪些磁的基本理論?

2.有哪些磁方面研究的科學(xué)家?

3.磁元件生產(chǎn)的復(fù)雜性。

4.磁性材料的參數(shù)有哪些?受哪些因素的影響?

電路中的磁性元件。

我們想一下,在高頻開關(guān)電源中常用到哪些磁元件呢?主要有直流濾波電感、諧振電感、輸入級的共模濾波電感,差模濾波電感,高頻開關(guān)變壓器,驅(qū)動變壓器和電流互感器。那么在不同的突破結(jié)構(gòu)當(dāng)中,都發(fā)揮著各種不同的作用。

下面我們先介紹電感,也稱為自感。那么自感的定義是什么?多匝線圈產(chǎn)生的磁通,我們稱為磁鏈,對于一定的磁路來說引入一個比例系數(shù)L,存在下列關(guān)系:

Φ=Li等式的左邊Φ是一根載流導(dǎo)線包圍的磁通,等式的右邊i是載流導(dǎo)體流入的電流,而系數(shù)L我們定義為電感或自感系數(shù),L是個系數(shù),是單位電流產(chǎn)生的磁鏈。因此

,Ψ就是NΦ,也就是N匝線圈包圍的磁通,我們稱為磁鏈。

下面這張圖是客觀經(jīng)營當(dāng)中經(jīng)常遇見的電感。其中左上角的那張圖就是一個板仔的電桿,這里面我們可以看到導(dǎo)線非常粗,通過電感的電流非常大。那么右側(cè)的圖以及是下面的圖,我沒有看到各種各樣的電感,其中有4條腿的實際上是共模濾波電感,那么還有兩條腿的帶磁性的線圈,一般是直流輸出濾波電感,或差模濾波電感。那么我們還看到一些沒有磁芯的線圈或者稱為空心線圈,其實他也是個電感,電感量非常的小。

做成電感的磁芯的形式可以有多種。我們請看這張圖在左側(cè)的話,使用環(huán)形磁芯繞成的共模濾波電感,那么它有4條引磁線,這個線圈在環(huán)形磁芯上對稱繞制。第二張圖采用的EI磁芯,EI磁芯有配套的專用的骨架,引出4條引腳,那么兩組是分別繞制的。第三張圖是各種各樣形式的共模濾波電感,其中有臥式的、綠色的、有環(huán)形的,有E型的,以及EI型或者EE型的。

下面我們來介紹電感量的定義。

流過電感線圈中的電流在1s內(nèi)均勻地變化1A時,那么如果產(chǎn)生的感應(yīng)電壓正好是1V,則此電路中線圈的電感量定義為1亨利,簡稱亨,代號為H。那么我們可以得到

 ,從公式中我們可以看到分子上的1V和分母上的1A相除正好是歐姆,所以1H=1Ωs,所以亨利的單位為福特秒/安培,或歐姆秒。

下面我們來研究電感的幾個特性。

第一個是電感在電路中的表現(xiàn)。

有電路知識告訴我們,電感表現(xiàn)出總是阻礙電流的變化,用下面兩個圖來描述這種變化。先看左邊這個圖,電感L通過電流為I逐漸增大,那么就在電感當(dāng)中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢el,el方向是左正右負(fù),el輸出的電流總是阻礙電流I的增大。再看右邊那張圖,電感L中通過的電流I逐漸減小,那么就在電感線圈當(dāng)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢el,el的方向是左負(fù)右正,el產(chǎn)生的電流是和原電流方向一致,是阻礙電流I的減小。

第二個特性,電感的儲能。

請看右邊的圖,適用環(huán)形磁芯繞制的線圈構(gòu)成的電感,其中磁芯的截面積為A,磁芯的半徑為r,磁芯的平均磁路長的為l,繞制了n匝線圈,當(dāng)通過電流I的時候就在磁芯當(dāng)中產(chǎn)生磁力線。那么根據(jù)電磁感應(yīng)定律,外加的輸入電壓

而L根據(jù)定義

經(jīng)過整理以后

,從公式里面我們可以看到第一個變量磁導(dǎo)率,第二是招數(shù)的平方,第三個是A/l,其中Hl是結(jié)構(gòu)尺寸,也就是說電感的大小的話跟它的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān),跟它的招數(shù)平方成比例,跟他的磁芯的磁導(dǎo)率成正比。那么我們這樣子又可以得到通過電感中儲存的電場能量為We,

經(jīng)過分析推導(dǎo)以后

單位是焦耳。

那么在時間期t內(nèi),電流達到i,我們更換積分變量,那么電源傳輸?shù)诫姼械碾娏靠梢员硎鰹?/p>

能量的單位是焦耳,可以得出1J=1Ω*1s*1A*1A。大家可以自己去推導(dǎo)一下,能量的單位交的和力學(xué)熱學(xué)里面的交往是否一致。電站阻止電流變化的特性就是阻止電感磁芯中磁通變化的特性。由于能量不能突變,所以電流不能突變,而電感是元件本身的特性確定的。

第三個特點,就電路中的電感。

請看下圖,左圖是一個環(huán)形線圈電感,如果我們把電感線圈的兩端接到輸出電壓為u的電源上,假如說通過的電流為正弦波且

那么就在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓u,u的相位會超前電流的相位90度,它的向量圖如圖d所示,電壓超前電流90度,那么如果我們改變輸入電壓,如果輸入電壓是方波u如圖c所示,那么在線圈當(dāng)中產(chǎn)生的電流的波形就是三角波。

那么這樣一來的話,線圈兩端的電壓和電流的關(guān)系

那么我們把ωL定義為

也就是感抗,那么

我們把

定義為

所以

如果用向量來表示它們之間的關(guān)系那就是

其中感抗

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