变压器磁芯的基础知识介绍

 

一、Core磁芯

磁芯具有高磁导率，高的磁导率意味着导磁能力很强，也可以说磁芯对产生磁通的阻力很小。磁芯使得变压器的初级绕组可以较小的励磁电流产生较大的磁感应强度（又叫磁通密度或磁力线密度）。磁芯为磁力线提供了“比较顺畅的通路”，使得大多数的磁力线被约束在磁芯内，使得磁能可以有效地向次级传递。

 

磁芯的选择没有很严格的限制。大多数工程师依靠经验选择变压器的磁芯，通常可以根据开关电源的功率大小、电压输出数量、应用场合、成本，先粗略地选定磁芯。变压器的磁芯选择主要涉及磁芯材料、型号。反激变压器磁芯材料通常使用锰锌铁氧体。磁芯的型号主要包括磁芯的形状和尺寸。

变压器磁芯的常用形状有EI型、EE型等，从它们的长相可以看出为什么叫EI或EE。磁芯的中间柱截面可以是方形，也可以是圆形。

二、Magnetic Circuit 磁路

磁路是磁通走过的闭合的环路。在下图中有两个分支磁路，黄色磁路及白色磁路。黄色环路的周长就是这个磁芯的磁路长度le。

三、Ae磁芯中柱截面积

磁芯中柱截面积也叫作磁芯有效截面积(Effective cross-sectional area)。

一般磁芯厂家会将磁芯的中柱截面积设置为两个边柱截面积之和。从磁路上分析，这样的做的好处是可以使得各处的磁通相等，不会受限于磁芯某处的最小横截面积。总磁通经过中柱一端后一分为二，均分到两个边柱，在中柱的另一端汇合。

 

四、Aw磁芯窗口面积

变压器的初级、次级需要绕组传递能量，实际的物理结构是将一层一层地绕组缠绕在磁芯的中柱上（此处忽略了变压器骨架的结构）。磁芯窗口面积就是用于绕组绕线的空间。通常将一层绕组的漆包线（下左图蓝色线）缠绕在磁芯中柱上，再缠绕一层绝缘胶带，再缠绕另外一层绕组的漆包线（下左图棕色线）。各层绕组漆包线线径、绝缘胶带的厚度及缠绕圈数受限于磁芯窗口面积。下右图示磁芯得到平面示意图，浅蓝色区域表示Aw磁芯窗口面积。

五、Magnetic Saturation磁饱和

将变压器的初级绕组视作电感。根据电感的特性，在电感两端加载一定电压，电感中的电流i=Vt/L，电感电流随着时间呈线性增长，电感存储的磁能增大。但是电感存储磁能的容量是有限的（磁感应强度有最大值），随着时间磁芯的磁导率会先增大至最大值后变小，电感抑制电流增大的能力逐渐减弱，也就是说电感的电感量L逐渐变小。当出现磁饱和，电感无法存储更多磁能时，磁芯的磁芯不能再增加，电感相当于电阻非常小的导线，而电感两端加载电压不变，在这种情况下电感电流急剧增大。

六、Air gap气隙

气隙是磁芯空气间隙的简称，气隙是磁路经过空气部分的距离。由于气隙的磁阻远大于磁芯，所以在磁路中增加了气隙，相当于调整了整个磁路的磁阻。气隙的作用可以类比于电路中的限流电阻，避免磁芯出现磁饱和的情况。

在反激变压器中，通常在磁芯中柱人为增加气隙。理论上也可以在边柱增加气隙，后者的加工方式不如在前者方便。

七、Bsat饱和磁通密度

饱和磁通密度即是磁芯磁感应强度的最大值，是磁芯单位面积内能容纳的最大磁通。

 

八、Bobbin骨架

骨架是变压器的主体结构，其他元件都依附在骨架之上，比如绕组（蓝色线）和绝缘胶带一层一层地缠绕在骨架上。而磁芯则会按照红色箭头方向插入骨架中空的位置。

 

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