资源描述：
《高频电子电路用圆形截面环形磁芯中趋肤效应的分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、《自动化与仪器仪表》2017年第2期(总第208期)高频电子电路用圆形截面环形磁芯中趋肤效应的分析田莉(兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州,730070)摘要:环形磁芯在高频电子电路中大量使用,随着激励频率的增加,趋肤效应变得越来越显著。本文基于麦克斯韦方程组推导得到的圆形截面环形磁芯中电场强度和磁场强度的解析计算公式,研究了趋肤效应随频率、磁导率的变化,计算结果表明频率越高趋肤效应越显著,磁导率越大趋肤效应越显著。关键词:环形磁芯;趋肤效应;电场强度;磁场强度中图分类号:TN405文献标识码:ADOI编码:10
2、.14016/j.cnki.1001-9227.2017.02.015Abstract:Thetoroidalcorehasbeenwidelyusedinelectroniccircuits.Skineffectsinthecorebecomemorepronouncedwithenergisedfrequencyincreasing.Inthispaper,basedonformulasoftheelectricalfieldintensityandmagneticfieldintensityintoroidalc
3、orewithcircularcrosssection,effectsoffrequencyandmagneticpermeabilityonskin-effecthavebeenstudied.Itisfoundthatwiththeincreaseofthefrequencyandmagneticpermeabilityskineffectbecomesmoresignificant.Keywords:toroidalcore;skin-effect;electricalfieldintensity;magneti
4、cfieldintensity0前言构成变压器和传感器等磁性器件的环形磁芯在电子[1]电路中大量使用,随着激励频率的增加,趋肤效应变得越来越显著,趋肤效应严重影响着磁件的频率应用范围及[2-9]损耗,因此受到了越来越多的关注。文献[2,3]分析了高频变压器3种常用磁芯材料即铁氧体、纳米晶和非晶材料在考虑集肤效应时损耗特性与频率、磁通密度的关系,并给出了磁性材料损耗密度的三维表征图。文献[4]图1环形磁芯研究了高频变压器考虑趋肤效应时环形磁芯的设计方法。随频率、磁导率的变化,为此类器件的设计提供依据。文献[5]用有限元法
5、对环形磁芯内的磁场分布进行了数值计算,并计算了涡流损耗。文献[6,7]研究了螺线管线1电场强度和磁场强度的计算公式圈在矩形截面环形磁芯中的磁场分布,并给出了解析解。公式的推导详见文献[10]。考虑到实际磁芯一般有文献[8,9]研究了螺线管线圈在圆形截面环形磁芯中的[9]电场磁场分布及其铁耗,给出了解析解。但以上文献都是磁芯长度远大于磁芯半径,文献[10]将图1所示绕有假设螺线管线圈均匀密绕于磁芯表面上,或磁芯的导磁率线圈的环形磁芯在A-A'处切开,展开成长为l的直磁芯,很大,即不考虑漏磁通时得到的。加在磁导率为无穷大而
6、电导率0(μ＝∞,δ＝0)的两无限本文的研究对象如图1所示,线圈绕于磁芯部分表面大线性媒质之间,确保了磁通的连续性。基于镜像法,将上,磁芯磁导率不是很高,漏磁不能忽略。线圈均匀密绕无限大线性媒质移开,代之以无限长直磁芯,在磁芯z＝±于磁芯表面上,或磁芯的导磁率很大,忽略漏磁的情况为kl(k＝1,2,3…)处有镜像线圈,如图2所示。将环形磁芯本文的特例。文献[10]基于麦克斯韦方程组得到了图1的问题转化为无线长直磁芯的问题,得到了磁芯中电场强所示圆形截面环形磁芯中电场强度和磁场强度的计算公度和磁场强度的单重级数式解析解。
7、式。本文基于电场强度和磁场强度的计算公式详细研究了趋肤效应图2基于镜像法得到的无限长直磁芯及镜像线圈电场强度的计算公式如下:E＝E+E(1)φφ0φk收稿日期:2016-06-14式中:·15·高频电子电路用圆形截面环形磁芯中趋肤效应的分析田莉jωμNIμI(mr)1φ2r1E＝-(2)φ0lmI(mb)0jωμNI∞1φ2Eφk＝-[∑P1(βka2,βka1)R1(βkw)lhwk＝1I(Γr)I(βb)×1k1kΦ(β)cos(βz)](3)kkI(Γb)1k1P(βx,βy)＝[p(βx)-p(βy)]p(α)
8、12111βπα＝[K(α)L(α)+L(α)K(α)]21010图3f＝1MHz时电场强度E的分布φ2βx22kπ22R(βx)＝sin,m＝jωμσ,β＝,Γ＝β+m12kkkβ2lL(x),L(x)-修正的Struve函数01以上公式中μ是磁芯周围媒质的磁导率,μ是磁芯12的磁导率,μ是磁芯的相对磁导率,σ是磁芯的电导率。2
