交流铁芯线圈电路优化方案

图1.3所示为交流铁芯线圈示意图。电源和绕组构成铁芯线圈的电路部分，铁芯构成铁芯线圈的磁路部分。当铁芯线圈通以正弦电流i时，电流i通过N 匝线圈形成磁动势F=iN，从而产生磁通。磁通的绝大部分通过铁芯而闭合，这部分磁通称为主磁通或工作磁通Φ。此外，还有很少的一部分磁通主要经过空气或其他非磁性物质而闭合，这部分磁通称为漏磁通Φσ。这两个磁通在线圈中分别产生主磁电动势e和漏磁电动势eσ。它们的电磁关系为

图1.3　交流铁芯线圈示意图

主磁电动势由主磁通产生，设主磁通为

Φ=Φmsinωt

根据法拉第电磁感应定律，有

式中：Em=2πfΦm为主磁电动势e的幅值。

e的有效值为

它在时间相位上滞后主磁通90°，写成向量形式为

漏磁电动势是由漏磁通感应产生的，由于漏磁通主要经非磁性物质构成回路，磁路不饱和，Φσ与电流呈线性关系，其漏感系数Lσ 为常数，所以有

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式中：Xσ=ωLσ 称为漏磁感抗，它是由漏磁通引起的。

如图1.3所示线圈，根据基尔霍夫电压定律可得出

u+e+eσ=iR

由式（1.7）和式（1.8）可知，上式的向量形式为

式中：Zσ=R+Xσ 为线圈漏阻抗；R 为线圈电阻。

因线圈漏阻抗压降很小，可忽略不计，于是有

式中：Bm为铁芯磁感应强度最大值；S 为铁芯截面积。

式（1.11）表明，当线圈匝数N 及电源频率f 一定时，铁芯中工作磁通幅值的大小取决于励磁线圈外加电压的有效值，而与铁芯材料的尺寸无关。

交流铁芯线圈的功率损耗有两个方面：一方面是线圈电阻上的功率损耗I2R，又称为铜损ΔPCu；另一方面是处于交变磁化下的铁芯中的功率损耗，又称为铁损ΔPFe，铁损是由磁滞和涡流产生的。

铁芯在反复交变的磁化过程中，内部磁畴的极性取向随着外磁场的交变而翻转，在翻转过程中，磁畴间相互摩擦而引起的能量损耗称为磁滞损耗。

铁芯材料不仅是导磁材料，也是导电材料，当穿过铁芯中的磁通发生变化时，在铁芯中将产生感应电流。这种感应电流在垂直于磁力线的平面内呈旋涡状，故称为涡流。涡流在铁芯电阻上引起的功率损耗称为涡流损耗。

为了提高磁路的导磁性能和减少铁芯的损耗，铁芯通常用厚度为0.35mm 或0.5mm，且表面涂有绝缘漆的硅钢片叠制而成。采用这样的办法可将涡流限制在较小的截面内流通，加上硅钢的电阻率较大，可大大减小涡流及涡流损耗。