什么叫铜损耗、磁芯损耗

问题描述

精选答案

铜损耗就是电流流过线圈，线圈上铜导线有一定的电阻，这会产生欧姆损耗。

磁芯损耗原因在于磁材料有磁滞回线。通常开关电源用的磁芯材料是铁氧体，铁氧体是一直绝缘体，所以涡流可以忽略。如果是由硅钢片叠起来的工频变压器磁芯，那么还有涡流引起的损耗。下面只对铁氧体的情况进行分析。图1 Ferroxcube官网给出的3C90磁材料的磁滞回线上面图1是Ferroxcube数据手册上给出的磁滞回线，Ferroxcube原先是飞利浦公司的磁学部门。磁滞回线实际上是闭合的，但由于一、三象限的磁滞回线是关于原点中心对称的，因此数据手册只给出第一象限的曲线就足够了。而对于一个具体的磁芯，数据手册会给出磁芯的等效几何参数图2 Ferroxcube磁芯的等效参数可以看到有等效体积Ve，等效长度Le和等效截面积Ae，且有Ve=Le×Ae。实际上这些参数是把磁芯等效成一个磁环，如图3所示图3 磁芯等效后的磁环在图3中，虚线的圆环表示的是磁环的磁路长度，也就是前面所说的等效长度Le，圆环的截面积就是等效面积Ae。在图中绕了两匝线圈，不具体画出导线了，只画了导线的界面。圆圈中加圆点表示电流是垂直于图面向里，圆圈中加叉表示电流垂直于图面向外。这就构成了一个电感。当然，对于3C90这种铁氧体，不开气隙直接做电感是不合适的，这里只是一个示意，不影响对本问题的分析。首先有麦克斯韦方程式(1)这里认为磁芯中的磁场是均匀的，式(1)右边的电流密度乘上面积，就是图3中电流大小乘以线圈匝数，这是因为这里认为线圈是与磁环完全垂直的，且磁环包围了两匝线圈。对于N匝线圈的情况，则式(1)可以简化为式(2)当磁芯中有电流激发的磁场时，由于磁芯磁导率的作用，会产生磁通密度式(3)随着线圈中电流增大，B也会增大，B的变化会引起线圈上的感应电动势，同样引用麦克斯韦方程式(4)上面右边积分的面积区域是磁环的截面积，而磁通密度B始终垂直于磁环截面。左边感应电场延线圈环路积分一周，就是一匝线圈上的感应电动势。对于有N匝的线圈，线圈上的感应电动势可以简化为式(5)上式中emf是Electromotive Force（电动势）的缩写。那么感应电动势乘上之前说的线圈上的电流就是功率。式(6)左边是功率，那么把两边关于时间求积分，就是能量了式(7)上式右边的负号并不表示能量是负的，能量没有负的。这里的正负号只是表示电感是在吸收能量还是释放能量。也可以看出磁场强度H乘以磁通密度B具有单位体积能量的量纲，即J/(m^3)，焦耳每立方米。如果H和B是严格线性的，那么电感对能量一吞一吐，电感上是不消耗能量的（没有磁芯，空气电感的情况）。但问题恰恰在于磁通密度B关于磁场强度H具有非常强的非线性，这就导致电感充电时吸收的能量，和放电时释放的能量是不相等的。再回到磁滞回曲线中，如Bulk开关电源电感上有直流偏置电流，叠加上纹波电流，反映在磁芯上，电感的工作就是在HB曲线上画圈圈，如图4，每个开关周期画一次圈圈那么这个圈圈包围的面积再乘上磁芯的体积（即等效体积Ve），就是这个磁芯每个工作周期消耗的能量，全部转化成焦耳热。这个损耗就是磁芯损耗。小结1. 铁磁材料中，磁场的滞回特性和涡流导致了磁芯损耗；2. 如果所采用的铁磁材料是铁氧体等不导电的绝缘体材料，那么涡流可以忽略，磁芯损耗是有磁滞回线引起的损耗；3. 如果对量纲分析比较熟悉，可以不用前面一步步推导公式，便可以知道磁场强度H与磁通密度B相乘具有“焦耳每立方米”的量纲。从而理解磁芯损耗。

其他回答

王老师讲期货

经常看到电感和变压器里面有铜损耗和磁芯损耗，分别代表什么意义