變壓器的磁滯損耗與哪些因素有關(guān)？可以減少滯后損耗嗎？

變壓器是使現(xiàn)代生活成為可能的重要設(shè)備之一，因?yàn)樗鼈兲峁┝岁P(guān)鍵的電力轉(zhuǎn)換功能。它們將交流電壓/電流升高或降低到可用的水平，然后可以將其轉(zhuǎn)換為直流并用于電子設(shè)備供電。但是，這個(gè)過(guò)程會(huì)形成磁滯，變壓器中的磁滯損耗是由于變壓器鐵芯中的磁化飽和而發(fā)生的，當(dāng)磁芯中的磁性材料置于強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，它們最終會(huì)磁飽和，例如交流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

磁滯會(huì)帶來(lái)變壓器中的磁滯損耗。當(dāng)輸入電流來(lái)回振蕩時(shí)，每個(gè)變壓器都會(huì)表現(xiàn)出一些滯后損耗，這些損耗表現(xiàn)為較小的失真和輸出功率效率的降低。當(dāng)您需要將電源轉(zhuǎn)換直接放置在您的PCB上，或者您只需要選擇一個(gè)變壓器進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換時(shí)，請(qǐng)注意您的變壓器中的磁滯損耗。

一、是什么導(dǎo)致變壓器中的磁滯損耗？

每個(gè)變壓器都包含一種鐵磁材料作為其核心，所有磁性材料都會(huì)在高磁場(chǎng)強(qiáng)度下發(fā)生一些磁飽和。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，您在磁性材料中感應(yīng)的磁化水平已達(dá)到最大值。一旦發(fā)生飽和，就無(wú)法使這種材料具有更大的磁性。結(jié)果就是，即使輸入電流和磁通量繼續(xù)增加，變壓器鐵芯中的感應(yīng)磁化強(qiáng)度也會(huì)停止增加。

一旦輸入磁通切換方向，就需要一定量的磁通量來(lái)使變壓器鐵芯中的磁化方向切換。這就是遲滯的本質(zhì)；盡管磁場(chǎng)改變了方向，但在磁場(chǎng)超過(guò)某個(gè)閾值（稱(chēng)為矯頑力）之前，核心中的磁化（表現(xiàn)在B場(chǎng)中）不會(huì)完全降低到零。由于線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生的H場(chǎng)，磁滯對(duì)磁芯B場(chǎng)的影響如下圖所示。

H場(chǎng)對(duì)核心材料中的磁疇不起作用，但仍然可以方便地將磁場(chǎng)視為經(jīng)歷非保守力，在許多圈子中稱(chēng)為磁摩擦。與摩擦的類(lèi)比很恰當(dāng)，因?yàn)楣β蕮p耗在核心中表現(xiàn)為熱量。實(shí)際上，磁場(chǎng)確實(shí)會(huì)移動(dòng)核心材料中的磁疇。這會(huì)導(dǎo)致在非常高的磁場(chǎng)下運(yùn)行的大型變壓器中出現(xiàn)熟悉的嗡嗡聲和振動(dòng)。由于色散，磁滯損耗隨頻率的變化而不同，在選擇變壓器時(shí)應(yīng)考慮這一點(diǎn)。

二、我們可以減少滯后損耗嗎？

答案是肯定的，通過(guò)添加一些組件或調(diào)整幾何形狀不能輕易降低滯后損耗。對(duì)于給定的磁芯材料，變壓器磁芯中的磁滯損耗與磁滯窗口中封閉的面積成正比。出于這個(gè)原因，使用高磁敏感材料，因?yàn)樗鼈兺哂姓艤翱凇?/p>

除了磁滯損耗之外，每個(gè)變壓器都會(huì)經(jīng)歷以下?lián)p耗源：

（1）漏損。并非所有的變壓器設(shè)計(jì)都是完美的，一些磁場(chǎng)會(huì)從變壓器的鐵芯中泄漏出來(lái)。這減少了在次級(jí)繞組處看到的磁場(chǎng)，因此輸入電流將略微減少。

（2）導(dǎo)體損耗。用于在鐵芯周?chē)纬衫@組的導(dǎo)體（通常是銅）具有一定的導(dǎo)電性，因此繞組中會(huì)有一些IR壓降。

（3）渦流損耗。隨著輸入磁通量在時(shí)間上連續(xù)切換，在磁芯中感應(yīng)出渦流，從而產(chǎn)生歐姆損耗。這里的解決方案是使用具有更小橫截面積和更高電導(dǎo)率的芯。

高電流系統(tǒng)中的三相電壓波形示例，注意由于滯后引起的失真。