Litz絞合線理論基礎(chǔ)

1、Litz絞合線理論基礎(chǔ)Litz絕緣絞合線，源于德語“Litzendraht”, 簡稱 Litz線，是 20 世紀(jì)初起源于德國的一種產(chǎn)品。電源變換電路設(shè)計(jì)者經(jīng)常面臨提高轉(zhuǎn)換效率的問題。當(dāng)試圖提高電源變換器的效率時(shí)，降低電源變換器磁性元件的損耗是一個(gè)重要的措施。開關(guān)式電源磁性元件的損耗歸咎于磁性材料和構(gòu)成變壓器繞組的電導(dǎo)體。鐵氧體 ( 鐵磁性氧化物 ) 是最常用的磁芯材料，具有特征損耗 ; 渦流使剩磁和磁滯損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。而?duì)整個(gè)電源變壓器來說，最主要的是繞組導(dǎo)體產(chǎn)生的損耗。若直流電流過導(dǎo)體，電流將在導(dǎo)體截面上均勻分布。產(chǎn)生的損耗為直流損耗，直流損耗是導(dǎo)體電導(dǎo)，導(dǎo)體橫截面和長度的函數(shù)。當(dāng)交流電通過

2、導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體處在交變磁場(chǎng)中，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致渦流和有關(guān)的能量損耗。導(dǎo)體中渦流的流動(dòng)產(chǎn)生熱，所耗之能為電流的平方乘以電阻。渦流損耗可以看成是導(dǎo)體電阻的增加，其值比直流電阻值要大。渦流的數(shù)值 ( 電阻的增加 ) 隨頻率和導(dǎo)線直徑的增加而增加。Litz線，意為編織線，是具有膜絕緣的細(xì)徑結(jié)構(gòu)，即沿其直徑均勻編織或絞合的線。渦流損耗幾乎在各種情況下，渦流在導(dǎo)體中引起的損耗是鄰近效應(yīng)和趨膚效應(yīng)組合的結(jié)果。趨膚效應(yīng)是由與導(dǎo)體中與交變電流相關(guān)的交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦流引起的。磁場(chǎng)環(huán)繞導(dǎo)體，從而在導(dǎo)體中感應(yīng)出渦流。產(chǎn)生的第二種現(xiàn)象是電流在導(dǎo)體橫截面上分布的變化，這與電流在射頻時(shí)的“趨膚效應(yīng)”有關(guān)

3、。固體導(dǎo)體電流的趨膚效應(yīng)是電流集中于周邊薄層上。該效應(yīng)是由于流線的內(nèi)外分布所致。假設(shè)固體導(dǎo)體是由若干平行元素組成，由較多元素包圍的內(nèi)部那些元素有較高的電抗，從而降低了中心的電流密度，增加了導(dǎo)線表面的電流密度。趨膚效應(yīng)隨頻率和導(dǎo)線直徑增加而更加明顯。在適當(dāng)條件下，電流幾乎完全集中在導(dǎo)體的外表層，而導(dǎo)體中心的電流實(shí)際上降低為零。趨膚效應(yīng)是,/的函數(shù)， , 是導(dǎo)線直徑，是有效膚深。有效膚深是導(dǎo)電材料的特性，是電流密度從導(dǎo)線表面的數(shù)值降低的度量。,? 時(shí)，有效膚深是 0.218mm。 12AWG (2.00mm)銅導(dǎo)線的 d/ 是 9.4, 即由于趨膚效應(yīng)電阻增加約 180%。在同樣條件下， 26AW

4、G(0.400mm)導(dǎo)體 d/ =1.9 ，我們發(fā)現(xiàn)趨膚效應(yīng)的電阻增量可以忽略。鄰近效應(yīng)是由于繞組的幾何形狀造成的導(dǎo)體中的雜散交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流損耗。由于鄰近效應(yīng)所造成的渦流損耗可使繞組電阻比其直流電阻增加若干倍。一般說來，漏磁取決于繞組的幾何形狀以及與其鄰近繞組的幾何形狀。因?yàn)槔@組的幾何形狀千差萬別，鄰近效應(yīng)的渦流損耗的理論處理非常繁鎖且經(jīng)常是不實(shí)用的。如同趨膚效應(yīng)，評(píng)價(jià)鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的潛在的渦流損耗,/亦是有用的。當(dāng),/ 小于 , 時(shí)，例如在低頻或細(xì)線徑時(shí)，鄰近效應(yīng)很小，可以忽略。在高頻或粗線徑時(shí)， ,/ 大于 , ，可能有分布損耗。由于鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗，在適當(dāng)?shù)臈l件下可能成為繞組中總

5、損耗的主要組成部分。降低鄰近效應(yīng)的渦流損耗的有效辦法是減少導(dǎo)線直徑。這無疑將增加直流電阻。如同對(duì)趨膚效應(yīng)的分析，解決鄰近效應(yīng)的辦法是使用細(xì)徑平行絞合線。Litz線如果上述元素用平行的絕緣線束取而代之，則上述模擬可以變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。為獲得滿意的結(jié)果，僅僅把導(dǎo)線分成若干股是不夠的。這些細(xì)線必須以最少絞距精密絞合和編織在一起，這樣使它們能相對(duì)于切割導(dǎo)線的磁場(chǎng)連續(xù)相交。該磁場(chǎng)可以認(rèn)為是由兩部分組成的，導(dǎo)線中的電流( 趨膚效應(yīng) ) 產(chǎn)生的同心磁場(chǎng)和繞組中所有其它繞線的電流 ( 鄰近效應(yīng) ) 引起的垂直磁碭。這樣的絞合線在電纜中等距離占據(jù)相應(yīng)的位置 ; 這些位置從中心向外邊緣均勻分布。這將防止在平行線上的非均勻

6、電流分布。同樣，垂直磁場(chǎng)感應(yīng)的渦流也可以通過將整束線均勻絞合而降低，使導(dǎo)線與所加磁場(chǎng)相交。每半圈絞合產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將被另半圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所抵消。在一個(gè)典型的使用 Litz 線的線包中最小絞合數(shù)應(yīng)為 10，以防止由于鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的循環(huán)渦流。多股線的均勻交叉是不可能通過簡單絞合操作而實(shí)現(xiàn)的。因此，這些電纜是把數(shù)股預(yù)先絞合好的多股線再絞合在一起。例如，一根 , 線的電纜可能由 , 股預(yù)先絞合好的 , 線電纜再絞合在一起，也可能由 , 股預(yù)先絞合好的 , 線電纜再絞合在一起。由于低電能損耗和勿須清洗的直焊性，聚氨酯絕緣線是最常使用的電纜芯線。線規(guī)通常為 , 至 , ，股數(shù)少至 , 多至 , 。

7、Litz 線通常有單層、雙層和三層聚四氟乙烯或尼龍護(hù)套，單層尼龍編物纏繞護(hù)套以及不帶護(hù)套的等幾種。Litz線的使用Litz線對(duì)開關(guān)式電源里的高頻電源變壓器有潛在的應(yīng)用前景。這些電源經(jīng)常使用粗導(dǎo)線，輸出大電流。根據(jù)以上理論，粗導(dǎo)體的高頻的組合在理論上則需要高頻Litz線。為評(píng)價(jià)高頻變壓器中Litz線繞組的有效性最直接的方法是在不同的繞組中保持圈數(shù)相同，用Litz線和其它導(dǎo)線相比較。最大功率輸出出現(xiàn)在d/最大的繞組中。這一簡單的計(jì)算可以證明任何繞組中渦流損耗的的降低。為幫助設(shè)計(jì)人員使用Litz線，如下幾點(diǎn)應(yīng)預(yù)注意:, 、當(dāng)使用鐵氧體或其它高頻磁性材料時(shí)， Litz 線極有可能降低渦流損耗。, 、計(jì)算比例 ,/ ，若其值大于 , 則考慮使用 Litz 線。, 、在磁性元件的設(shè)計(jì)中，若磁通量有不能忽視的散射，例如，磁路中有較大的空氣間隙或變壓器藕