變壓器的磁滯損耗及其對交流電路的影響

變壓器是使現代生活成為可能的重要設備之一，因為它們提供了關鍵的電力轉換功能。它們將交流電壓/電流升高或降低到可用的水平，然后可以將其轉換為直流并用于電子設備供電。但是，這個過程會形成磁滯，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生的，當磁芯中的磁性材料置于強磁場中時，它們最終會磁飽和，例如交流電流產生的磁場。

磁滯會帶來變壓器中的磁滯損耗。當輸入電流來回振蕩時，每個變壓器都會表現出一些滯后損耗，這些損耗表現為較小的失真和輸出功率效率的降低。當您需要將電源轉換直接放置在您的PCB上，或者您只需要選擇一個變壓器進行電源轉換時，請注意您的變壓器中的磁滯損耗。

一、是什么導致變壓器中的磁滯損耗？

每個變壓器都包含一種鐵磁材料作為其核心，所有磁性材料都會在高磁場強度下發生一些磁飽和。當這種情況發生時，您在磁性材料中感應的磁化水平已達到最大值。一旦發生飽和，就無法使這種材料具有更大的磁性。結果就是，即使輸入電流和磁通量繼續增加，變壓器鐵芯中的感應磁化強度也會停止增加。

一旦輸入磁通切換方向，就需要一定量的磁通量來使變壓器鐵芯中的磁化方向切換。這就是遲滯的本質；盡管磁場改變了方向，但在磁場超過某個閾值（稱為矯頑力）之前，核心中的磁化（表現在B場中）不會完全降低到零。由于線圈中的電流產生的H場，磁滯對磁芯B場的影響如下圖所示。

H場對核心材料中的磁疇不起作用，但仍然可以方便地將磁場視為經歷非保守力，在許多圈子中稱為磁摩擦。與摩擦的類比很恰當，因為功率損耗在核心中表現為熱量。實際上，磁場確實會移動核心材料中的磁疇。這會導致在非常高的磁場下運行的大型變壓器中出現熟悉的嗡嗡聲和振動。由于色散，磁滯損耗隨頻率的變化而不同，在選擇變壓器時應考慮這一點。

二、我們可以減少滯后損耗嗎？

答案是肯定的，通過添加一些組件或調整幾何形狀不能輕易降低滯后損耗。對于給定的磁芯材料，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。出于這個原因，使用高磁敏感材料，因為它們往往具有窄磁滯窗口。

除了磁滯損耗之外，每個變壓器都會經歷以下損耗源：

（1）漏損。并非所有的變壓器設計都是完美的，一些磁場會從變壓器的鐵芯中泄漏出來。這減少了在次級繞組處看到的磁場，因此輸入電流將略微減少。
（2）導體損耗。用于在鐵芯周圍形成繞組的導體（通常是銅）具有一定的導電性，因此繞組中會有一些IR壓降。
（3）渦流損耗。隨著輸入磁通量在時間上連續切換，在磁芯中感應出渦流，從而產生歐姆損耗。這里的解決方案是使用具有更小橫截面積和更高電導率的芯。

高電流系統中的三相電壓波形示例，注意由于滯后引起的失真。

以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的“變壓器的磁滯損耗及其對交流電路的影響”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。