变压器的磁滞损耗及其对交流电路的影响

变压器是使现代生活成为可能的重要设备之一，因为它们提供了关键的电力转换功能。它们将交流电压/电流升高或降低到可用的水平，然后可以将其转换为直流并用于电子设备供电。但是，这个过程会形成磁滞，变压器中的磁滞损耗是由于变压器铁芯中的磁化饱和而发生的，当磁芯中的磁性材料置于强磁场中时，它们最终会磁饱和，例如交流电流产生的磁场。

磁滞会带来变压器中的磁滞损耗。当输入电流来回振荡时，每个变压器都会表现出一些滞后损耗，这些损耗表现为较小的失真和输出功率效率的降低。当您需要将电源转换直接放置在您的PCB上，或者您只需要选择一个变压器进行电源转换时，请注意您的变压器中的磁滞损耗。

一、是什么导致变压器中的磁滞损耗？

每个变压器都包含一种铁磁材料作为其核心，所有磁性材料都会在高磁场强度下发生一些磁饱和。当这种情况发生时，您在磁性材料中感应的磁化水平已达到最大值。一旦发生饱和，就无法使这种材料具有更大的磁性。结果就是，即使输入电流和磁通量继续增加，变压器铁芯中的感应磁化强度也会停止增加。

一旦输入磁通切换方向，就需要一定量的磁通量来使变压器铁芯中的磁化方向切换。这就是迟滞的本质；尽管磁场改变了方向，但在磁场超过某个阈值（称为矫顽力）之前，核心中的磁化（表现在B场中）不会完全降低到零。由于线圈中的电流产生的H场，磁滞对磁芯B场的影响如下图所示。

H场对核心材料中的磁畴不起作用，但仍然可以方便地将磁场视为经历非保守力，在许多圈子中称为磁摩擦。与摩擦的类比很恰当，因为功率损耗在核心中表现为热量。实际上，磁场确实会移动核心材料中的磁畴。这会导致在非常高的磁场下运行的大型变压器中出现熟悉的嗡嗡声和振动。由于色散，磁滞损耗随频率的变化而不同，在选择变压器时应考虑这一点。

二、我们可以减少滞后损耗吗？

答案是肯定的，通过添加一些组件或调整几何形状不能轻易降低滞后损耗。对于给定的磁芯材料，变压器磁芯中的磁滞损耗与磁滞窗口中封闭的面积成正比。出于这个原因，使用高磁敏感材料，因为它们往往具有窄磁滞窗口。

除了磁滞损耗之外，每个变压器都会经历以下损耗源：

（1）漏损。并非所有的变压器设计都是完美的，一些磁场会从变压器的铁芯中泄漏出来。这减少了在次级绕组处看到的磁场，因此输入电流将略微减少。
（2）导体损耗。用于在铁芯周围形成绕组的导体（通常是铜）具有一定的导电性，因此绕组中会有一些IR压降。
（3）涡流损耗。随着输入磁通量在时间上连续切换，在磁芯中感应出涡流，从而产生欧姆损耗。这里的解决方案是使用具有更小横截面积和更高电导率的芯。

高电流系统中的三相电压波形示例，注意由于滞后引起的失真。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“变压器的磁滞损耗及其对交流电路的影响”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。