叉形線圈

簡(jiǎn)介

研究了解各種情況下的單匝矩形線圈中的電流分布，是理解上述電感器結(jié)構(gòu)導(dǎo)體中交流電阻的基礎(chǔ)。我們用有限元差分法(FDM)，針對(duì)由圖1所示的三種電感器線圈的結(jié)構(gòu)情況，對(duì)其矩形線圈導(dǎo)體中的電流密度進(jìn)行二維(2D)分析，在圖1(a)中，僅示出一個(gè)導(dǎo)體，其剖面尺寸為:高H=2δ(δ--趨膚深度)，寬W=10δ;在圖1(b)中，相同尺寸的導(dǎo)體被嵌在一對(duì)磁性材料基片中，而且μr1=μ1/μ0;在圖1(c)所示狀態(tài)，圖1(b)中的兩個(gè)氣隙用了另一磁性材料充填，該材料的磁導(dǎo)率為μr2。

現(xiàn)在，假定該磁心沒有損耗，并給其對(duì)稱的平面施加一個(gè)滿足時(shí)的矢量電勢(shì)A作邊界條件，同時(shí)給模擬無窮遠(yuǎn)的"外邊界"施加一個(gè)邊界條件:A=0。這樣，對(duì)圖的右上四分之一的區(qū)域進(jìn)行分析:對(duì)于圖1(a)和圖1(b)狀態(tài)，經(jīng)分析得到的電流密度分布(非瞬時(shí)值)示于圖2。圖2中，電流密度分布的幅度已進(jìn)行了歸一化，以便于相同數(shù)量的直流電流密度可以統(tǒng)一。由圖2可見，大的電流密度出現(xiàn)在邊緣處。這是與變壓器磁化電流分布的FEM分析相一致的。同時(shí)可見，這一現(xiàn)象因?yàn)榇判牡拇嬖诙訌?qiáng)。這種現(xiàn)象可以由引入一維求解的鏡像電流予以解釋，或者根據(jù)導(dǎo)體中某部分流動(dòng)的電流特性來解釋，在導(dǎo)體的邊緣，其阻抗和耦合磁通是較小的。圖3是針對(duì)三種不同寬度的導(dǎo)體繪制出的Rac/Rdc對(duì)磁心磁導(dǎo)率關(guān)系的曲線。人們注意到，當(dāng)μr1=20時(shí)，Rac/Rdc之比值才增大到它們最大值(W≈2δ)的一半。