大家有沒有碰到這樣的問題,花了更高的價格買來膜包線,卻發現并沒有實現降損的效果,問題到底出自哪里?膜包線到底該怎么選?
當高頻交流電通過導體時,由于電磁感應的作用,導體中心的電流產生的磁場會在中心區域感應出電動勢,產生渦流,這些渦流的方向與原電流相反,迫使電流往導體表面集中,從而形成趨膚效應。
膜包線,圖片來源:驊鷹
當雙線傳輸線的兩根導線分別通過方向相反的交流電流時,各自產生的交變磁場相互在相鄰的另一根導線上產生渦流。這種由相鄰導線上的電流在本導線激發的渦流與本導線原有的工作電流疊加,使導體中的實際電流分布向截面中接近相鄰導線的一側集中,這就是鄰近效應。
兩者正是高頻渦流損耗的來源。
高頻工作環境下,膜包線不能單純認為股數越多越好。因為高頻時,雖然膜包線股數增多使得單根導體股徑變小,趨膚效應會得到改善,但同時膜包線內部鄰近效應會增強。在一些超高頻(如 GHz 級別)的電子設備中,如小型通信基站的電感元件,如果膜包線股數過多,膜包線內部鄰近效應導致的損耗可能會抵消趨膚效應改善帶來的益處。所以需要仔細評估膜包線的工作頻率與股數之間的平衡關系。
對于低頻工作環境,膜包線股數對趨膚效應和鄰近效應的影響相對較小。但也要考慮其他因素,如膜包線成本和機械強度等。如果在一些低頻但對成本敏感的應用場景,如普通低頻變壓器,就沒有必要選擇股數過多的膜包線,避免不必要的成本增加。
高頻渦流損耗機理與效應
對變壓器、電感而言:
趨膚效應導致電流密度分布不均勻,從而引起損耗增加;
鄰近效應引起進入導體磁通被抵消,從而引起磁通下降。
尤其是在電感中,鄰近效應是主要的損耗來源。
膜包線的誕生和應用正是基于這一原理,同時其選型也受此制約。
沒有絞的多股并聯導線
以沒有絞合的兩根線為例,其首尾是相通的,施加外部磁場時,閉合回路中會產生感應電動勢EMF,進而產生同方向的電流(紅色部分),疊加原來的電流,會導致整個閉合回路出現不均流(I1<I2),從而帶來損耗增加。
所以沒有絞合的多股膜包線是起不到降低損耗的效果的,哪怕股數再多也是。為了避免這個問題,膜包絞合線應用而生。
有絞的多股并聯導線
絞合后,感應電動勢相互抵消,在整個閉合回路中沒有感應電動勢,也就沒有渦流,從而實現均流效果降低損耗。
這就是多股絞線的基本原理,通過絞合讓電流均勻分布于每根導體。
所以,對于膜包線或者利茲線而言,影響其性能的主要就是股徑、股數、絞距和絞制方式。
尤其是股徑和股數,是膜包線最核心的兩個參數。
那么,在選用過程中,膜包線股數是越多越好嗎?答案是也不一定!
膜包線股徑大小直接影響電流承載能力。較小的股徑在高頻下能有效減輕趨膚效應,但如果股徑過小,可能無法滿足所需的電流承載要求。例如在功率較大的電機繞組中,如果選用的股徑過小的膜包線,可能會因為電流過載而發熱,甚至損壞絕緣層。
膜包線股徑和股數是相互關聯的。在確定股徑時,要結合股數一起考慮。當膜包線股數增加時,膜包線股徑相應減小,需要評估這種變化對整體性能的綜合影響,包括渦流損耗、機械強度等多個方面。
膜包線,圖片來源:驊鷹
膜包線絞距對絞合線的性能有重要影響。合適的絞距能夠更好地抵消感應電動勢,實現均流效果。如果膜包線絞距過大,可能無法有效抵消感應電動勢,導致渦流損耗增加;膜包線絞距過小,則可能會使絞合線過于緊密,影響其柔韌性和散熱性能。比如在一些需要頻繁彎曲的線路連接中,絞距過小的膜包線可能容易斷裂。
不同的絞制方式(如正規絞合、復合絞合等)也會影響膜包線的性能。正規絞合結構簡單,性能穩定,適用于大多數常規應用;復合絞合則可以通過不同的組合方式來滿足特殊的性能要求,如抗干擾能力強等,但膜包線成本可能相對較高。在選用時要根據具體的應用場景和性能要求來選擇膜包線合適的絞制方式。
膜包線,圖片來源:驊鷹
在高頻下,對每一根導體而言,由于單根導體股徑變小,所以趨膚效應得到了很明顯的改善。
但這時候,其他導體的磁場都會作用于這個導體,會產生感應電動勢。
多股絞線渦流損耗機理
對于多股絞線的每一股而言,絞合后其他導體的電流會對其產生內部鄰近效應,且股數越多,內部鄰近效應越強。
多股絞線渦流分布比較
雖然趨膚效應降低了,但內部鄰近效應增大,無法起到降損效果。所以在選用過程中,具體要怎么去平衡,就需要綜合考慮產品的頻率和股數、股徑之間的關系。
膜包壓方線,圖片來源:驊鷹
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審核編輯 黃宇
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