搜索利用ANSYS Maxwell深入探究軟磁體之----電感變壓器
2017-05-10 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
相信大家對軟磁鐵氧體都不陌生,功率變換都離不開它,但是關于它的各種“場”量卻很難直觀的去觀察,記得之前有個貼,很多人在爭論能量到底是在氣隙,還是在磁體里面,我相信下面的帖子,會讓你做出判斷。
好了,下面準備開始。
首先來看看共模電感:
建好模型,磁芯磁導率設置為10000ui,激勵設置為50HZ 20A電流。
仿真完成后,一個正弦電流周期內,其電場正反向循環(huán)產生,兩組線圈電場方向總是對立的,且H值,已經達到相當高的一個值了達到了5.5e 005 ,共模實際應用中,基本上不會有這么高的H值,在這里只是想仿真共模磁芯不會飽和。
再看看在此種情況下,磁芯的磁通密度情況,通過數值和云圖可直觀的發(fā)現,線圈基本上沒有在磁芯里產生磁通。
下面,我們把左邊繞組圈數減少1圈,可見其磁場強度差異并不是很明顯。
我們在看看減少左邊繞組1圈后,磁芯磁通密度情況,下圖可見,磁芯已經飽和。此時電感量已經接近0,已經起不到濾波的作用了。
接下來,再看看差模/儲能電感仿真:
線建立好模型:
下圖為儲能放能的電場變化:
經常說到的,電感儲能,其實就是MOS導通時,線圈給磁芯充滿磁通,由于是軟磁,外電場一消失,那么內部磁芯的磁通就開始自然泄放,泄放過程中,變化磁場有產生電場,使線圈產生電流驅動負載。
接下來我們先看看趨膚效應:先建立模型,一根1mm直徑的漆包線
圓形漆包銅線,其趨膚效應公式為:66.2/√f (mm) ,10Khz時 其趨膚深度0.662,也就是說,10KHZ能用圓形漆包線的理論最大直徑為1.32mm
下圖為1mm漆包線施加10Khz 4A交流電時的電流密度分部,可見其截面中心與外部電流密度相差甚小,約0.02A/mm2
下圖為60KHz時,電流密度分部,可見截面中心電流密度和靠漆包線表面的電流密度開始出現較大差異。
下圖為110KHZ 時,電流密度分布,可見截面靠表面的電流密度約是中心電流密度的7倍左右。
下面看看1MHZ電流時,其電流密度分部,可見中間粉色部分,已經沒有電流了,表面電流目的已經達到21A/mm2 這個時候漆包線溫度將非常高,根本無法使用。
接下來,我們看看永磁體在磁場作用力下的情況,由于永磁體本身剩磁較大,矯頑力也非常大,所以會和磁場產生反作用力以下圖片都是線圈磁場加在軟磁體上,和永磁體釹鐵硼的反應:
接下來,我們看看鄰近效應,線建好模型,一根圓形漆包線,為了視覺問題,我按以下方式折回,末端間隔0.05mm
以下所有情況都是4A 電流 1mm直徑銅線 頻率10khz時,可見鄰近效應不明顯。
60Khz 時,導體相鄰位置電流密度明顯比兩側高1倍左右。
110Khz 時,導體相鄰位置電流密度明顯比兩側高3倍左右。
1Mhz時,鄰近效應已經非常明顯,相鄰位置電流密度高達47A/mm2 而兩側幾乎沒有電流,此時銅線會因溫度高而燒毀短路。
鄰近效應----------2 上面說的是反向電流時的鄰近效應,下面看看同向電流時的鄰近效應:
建模,激勵電流同方向,此種情況和變壓器電感同一繞組,且一層的情況比較像,還是0.05mm間距,4A電流,1mm直徑銅線。
10KHZ時,相鄰位置電流密度略低于兩側電流密度,不過不明顯,同向電流時,和反向電流時,電流密度分布也是相反的。
60Khz時,已經明顯了很多,相鄰處電流密度較兩側底三分之一左右。
1MHZ時,電流已經被擠壓在上下兩側了。
下面,我們來模擬buck電路下,磁性元器件的工作情況,首選建立好外加電路,典型的簡易buck:
開始建立模型,由于頻率是90KHZ 大概計算采用EE22磁芯,開氣息。
圈數27Ts ,模型完畢,接下來就是設置激勵,添加電流。
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