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变压器开气隙温度高

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 16:02:46
10问答币
现在在做一款全桥LLC电源,发现变压器和电感在开了气隙后,大概气隙位置温度异常高,拿电感来说,实际测试的峰值电流35A,频率85KHz;测试使用了PQ3530的磁芯,绕线17.5Ts,开气隙后的感量约20uH,开了分段气隙,每半个磁芯相对于把中柱的上半部分磨掉,加1.5mm气隙,在垫一个2mm的中柱,总共加了2个2mm的中柱,做了三段气隙,拆解后测量气隙约4.5mm;由于使用了比较粗的线,包的比较满,只知道磁芯和线包都很热,在有风扇的同时,外表面的温升都已经高到了90℃以上;

今天自己又绕了一电感,把半边磁芯中柱全部磨掉,分三个1.5mm的中柱,再分别垫4个1mm的气隙,另外半边磨掉的不多,只加有一个2mm的中柱和少量气隙,绕了10Ts,感量12uH,线包不热,磁芯外表面温度也不高,估计50℃左右,没有烫手的感觉,本来很开心以为搞定了,但是复测才发现,把温度探头伸进磁芯中柱中间位置,那里的温度大概有300℃了;
后来使用热成像仪扫描,中柱位置已经到了150℃,瞬间崩溃
微信图片_20220420152741.jpg

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涡流会随着铜线走,铜线越长涡流越低,发热越低,很多工程师没这个认识,不明白为什么利兹都0.1了线包还要发热。你串联不要剪断,预留在线轴上,另一层再绕回来,也不要急着出线,将就利兹线延长到铜鼻子,每根漆包线就会长很多,可大幅度减少发热
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 16:04:47
 
说了这么多,其实就两个问题:
1、磁芯开气隙,为什么气隙位置温度这么高,温度的产生原因是什么?
2、解决办法

之前做一些逆变器,都是不用开气隙的,现在突然开了气隙,有了这么大一个问题,查了两周的资料,好像也没有找到类似的问题。
还请指教!
谢谢
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 13:04:48
 
今天上午的结论是使用了PQ4020的磁芯,绕线大概12Ts左右,两边各垫气隙0.5mm左右,感量13uH,磁芯温度这回应该是真的降下来了;运行时长1H,磁芯温度最多110℃,
这样的问题也有一个,垫气隙的方式有什么影响?除了会增加加工难度外,还会有什么?EMC?
使用一个PQ4030的,中柱只有一段气隙,总长约4.5mm,用挡墙隔开开气隙的中柱,看下效果
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 15:59:34
 
1、中柱开4.5mm的气隙,在开气隙的位置加挡墙,看起来温升还可以,在有风的情况下,最高的温度80℃内,因为自己绕的太满,无法探测到中柱气隙位置。这里的温度还不清楚;
2、两边垫气隙的又复测了下,用了之前供应商绕好的线圈,垫了估计约1.5mm的气隙,因为线圈比较满,整体来看,线圈发热有改善,但还是有60℃以上,在磁芯中柱伸进一根温度探头,温度高达280℃,这样也无法使用

nc965
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  • 2022-4-20 16:21:13
 
1、增加气隙温度升高正常,等效于磁集成的成分增加了,既然电感集成了,发热也集中了
2、你这种较大的气隙,涡流很严重,导线要尽量利兹、尽量长,大面积铜箔也要避免,气隙要尽量分散,比如用铁硅铝中柱
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 20:31:34
 
你好
现在使用是φ0.1*350的多股漆包线,应该是达到了你说的利兹线,但是线要足够长,怎么解释?
nc965
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  • 2022-4-20 20:39:50
 
就是你需要串联的地方、需要延长的地方不要剪断的意思,延长涡流路径
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 20:59:22
 
版主,不太理解啊
一个变压器绕好,一般的三明治可能会分两个绕组做串联,你说的串联和这个有多大关系?
nc965
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版主
  • 2022-4-20 21:32:59
 
涡流会随着铜线走,铜线越长涡流越低,发热越低,很多工程师没这个认识,不明白为什么利兹都0.1了线包还要发热。你串联不要剪断,预留在线轴上,另一层再绕回来,也不要急着出线,将就利兹线延长到铜鼻子,每根漆包线就会长很多,可大幅度减少发热

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 21:55:46
 
nc965版主,你好,你说的这句话,我不太理解,我反馈给我们的变压器厂家,看他们能生产不
谢谢
greendot
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  • 2022-4-20 18:03:48
 
气隙边缘的磁密B有机会很高的,局部磁损也大,导致温升厉害,可以拆开看看,是否已烧焦。
tiezhuyx
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  • 2022-4-20 18:11:56
 
感谢回复;
我这有一个磁芯的气隙处有明显的痕迹,之前是一直没搞明白;请问这个问题一般的解决措施是什么?谢谢
greendot
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LV12
专家
  • 2022-4-21 11:13:58
 
这个说法是听来的,我也不确定,如果磁芯温度这么高,可能超过居里温度了?

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 19:58:21
 
版主,气隙的温度过高,需不需要处理呢?
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 20:52:37
 
突然意识到,是不是可以采用两边垫气隙的方式来处理?
微信图片编辑_20220420205134.jpg
谢开源
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副总工程师
  • 2022-4-20 19:47:26
 
多大的功率,为什么峰值电流这么大?Lr是分立元件吗?
上个图看看
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 20:20:49
 
补充下,48V/60A,外置式电感
微信图片_20220420203358.jpg
谢开源
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副总工程师
  • 2022-4-20 20:59:39
 
线包不热,说明可以尝试增加圈数来减小气息
峰值电流这么大,k值取多少?
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 21:12:26
 
都不好意思说了,现在这个K值已经到10了,
我是想多绕几圈,提升K值的;

另外一个问题,线包不热,多绕几圈,应该是增加气隙吧?
谢开源
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副总工程师
  • 2022-4-20 21:44:21
 
是的,我说错了。输入电压是多少V?按400Vin计算的话Ipk是23A左右呀?可以尝试用铜皮,然后磨矮磁芯如PQ3520以减小磁路长度
k值取大了话,Lm较大,需要的圈数就多,铜损会大,效率不一定会高。建议比较一下k=7的效率


tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 21:53:24
 
输入120Vac,200Vdc,输出48V/60A,是故意把LM做大的
谢开源
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LV8
副总工程师
  • 2022-4-20 21:58:04
 
可以尝试用铜皮减小邻近效应,同时磨矮磁芯如PQ3520以减小磁路长度
xkw1cn
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  • 2022-4-20 21:43:30
 
开了气隙;磁场发生横向滋生,在铜线上产生涡流而至。
如果必须开大气隙,可用用分段法或利兹线对抗发热效应。

通常,可以用电感表的相近频率下的Q值反应线包发热效应。
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 21:50:43
 
请问版主,用电感表的相近频率下的Q值反应线包发热效应

这句话怎么理解?
xkw1cn
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  • 2022-4-20 22:07:30
 
电感表测量线包Q值。
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 22:27:20
 
那我这个问题你推荐什么样的解决办法?
xkw1cn
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  • 2022-4-21 23:10:24
 
boy59
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总工程师
  • 2022-4-20 22:31:37
 
分段气隙.jpg
上图对比了气隙分布引起的绕组涡流损耗,多段小气隙可降低涡流损耗。
tiezhuyx
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  • 2022-4-20 22:35:21
 
能把资料上传上拉学习下吗?
boy59
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  • 2022-4-20 22:36:58
 
是仿真的结果
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-20 22:52:41
 
你们做变压器设计一般用的什么仿真软件,推荐个,我觉得现在学习也不晚
boy59
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  • 2022-4-20 23:02:03
 
maxwell 、jmag 、comsol
HBQ
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  • 2022-4-21 08:11:22
 
   虽然磁芯开气隙能改善电感饱和的问题,但若所开的气隙尺寸越大,在气隙的旁边漏磁就会越多,造成与周边铜线做交变切割时,就会在此位置严重的涡流损耗,发热就会越严重,故如楼上仿真的结果,为什么改为分布气隙后可以改善发热现象
  如工作频率不高,有的做法在气隙位置垫入金属合金粉材CAP片,也可以改善气隙漏磁的现象
220421.png

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tiezhuyx
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  • 2022-4-21 08:40:47
 
总结下,如果电感变压器在绕制过程中需要开较大气隙,解决办法如下:
1、更换中柱面积更大的磁芯,减小气隙长度;
2、分段气隙,两段不行就4段,4段不行就8段;
3、气隙采用磁导率率较低的磁粉芯填补

用利兹线怎么处理的,这个没理解透
boy59
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总工程师
  • 2022-4-21 09:16:58
 
第三条粉芯的磁导率低但开关频率也低,科达好像出了10K~100kHz的Sendust Plus (KPH)
利兹线降涡流原理可同硅钢片类比,硅钢片越薄涡流损耗越低。
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 10:46:49
 
你好;
使用磁导率较低的粉芯填充,是不是意味着也要降低开关频率?
你的意思是使用科达的KPH材质做气隙填充还是使用KPH做这个电感?
我也查到了KPH材质的资料,u值是很低的那种,频率在较高的情况下,损耗会更小

另外如图这种做法,把线包远离磁芯,使磁芯裸露,是不是也达到了降低涡流损耗的目的呢?
是不是类似@nc965 说的尽量拉长利兹线的原理呢?

tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 10:58:36
 
拿KPH158-026A的磁环来计算,尺寸40.94*21.27*17.89,按照感量13uH,匝数16Ts,仍旧按照35A的峰值,计算出93Oe值,按照其他使用场景来说,这个相对很好的那种了,但是我认为对于做LLC,好像影响也不小了
tiezhuyx
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  • 2022-4-21 16:04:26
 
帮忙再34-36漏的结果给做个分析?
joezzhang
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  • 2022-4-21 15:56:37
 
1、单个变压器气隙太大的话,可以考虑换成两个较小的变压器原边串联、副边并联

2、绕组可以用薄铜片横向绕制来降低涡流损耗,但这个工艺不是普通变压器厂能做的
11111.png

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 16:03:52
 
我的变压器就是用这种扁平线圈来做的,确实降的比较明显;
现在主要是电感,根据我再34-36楼的结果,还请帮忙给个分析
谢谢
joezzhang
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副总工程师
  • 2022-4-21 16:20:25
 
LLC的电感和变压器是一个道理啊

只有交流没有直流,频率太高不适合用粉心类磁材

气隙超过2mm就弄成两个串联或者大一号的磁心(定制PQ50/16之类的磁心,还是扁平线少绕几圈),降低圈数并减小气隙

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-21 19:57:42
 
实验的结果是,不管气隙是开0.5mm,还是开5mm,在中柱气隙附件,磁芯的最低温度都不会低于150℃,这个150℃是不是需要第一处理,有多大的风险?
joezzhang
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副总工程师
  • 2022-4-22 17:26:24
 
你测得气隙附近到底是磁心温度高还是铜线温度高?

如果气隙处的铜线温度低于磁心温度,那你就需要考虑NiZn磁心而不是MnZn磁心了

如果是铜线温度高于磁心温度,那么就只能想办法降低铜线在气隙处的涡流损耗
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-22 21:51:20
 
很确定是磁芯的温度
重新描述一遍:
根据今天的测试结果,我是用垫气隙的方法解决的,整个方案来说,有温度,但是肯定有余量;如果我把J型的温度探头伸进气隙里,很容易探测到几百度的高温,并且J型线的外皮很容易烧掉,拿出来用手摸下温度探头,明天热感存在,说明确实是有这个温度的;但是手摸气隙,是没有这个温度的;
我把铜或者铝片塞进这个气隙,也不会产生任何温度;
这到底是一个什么原理呢?
kezipan
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高级工程师
  • 2022-4-25 19:17:18
  • 倒数3
 
我是这么理解的,不知道是否正确。热电偶是金属,也会有涡流效应,测试出来的不是真实温度
wangdongchun
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专家
  • 2022-4-21 22:08:33
 
有几个方法供拟参考,
1,FEM仿真,这个需要一定的建模功底
2,找个好一点的电桥,测试电感的参数,测试评率设置到开关频率附近,测试电感值和ESR
3,不建议搞那么多分布气隙,一个比较懒的办法就是使用电感系数合适的磁环

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tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-22 13:06:12
 
我现在比较纠结的是,磁芯中柱气隙附件的高温,200℃左右,这个要不要解决?怎么解决?稍晚远离气隙2-3mm,中柱的温度一下子就掉下来了,整体也没有什么温度
xkw1cn
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  • 2022-4-22 21:04:51
 
如此;基本可以确定,测量错误。温度探头被干扰了。
除非强迫风冷,不可能有如此温差。温度已超居里点。
tiezhuyx
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  • 2022-4-22 21:58:19
 
我今天下午一直在测试,也发现了你说的现象:
我把磁芯用垫气隙的方案,这样很方便把探头塞进气隙里,放进去3s内立马就能产生高温,把探头拿出来,用手能触摸到探头确实很热,但是用手直接触摸磁芯的气隙位置,是没有什么明显温度的;
突然想到300℃的高温很容易把焊锡融掉,我就把焊锡塞进去,没有任何反应,把焊锡抽出来,也没有像温度探头那样有明显的温升;
然后我就找一些铜条、铝条塞进去,也没有发生明显的温度,这是什么原因呢?

现在感觉磁芯开气隙的方案,从实物上可能得到解决,好像问题越搞越迷糊...
shao456
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  • 2022-4-22 22:31:02
 
温度探头是什么材质的?是不是铁或钢类的材料
tiezhuyx
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高级工程师
  • 2022-4-22 23:01:32
 
最典型的是这次测试,我用废弃的PCB板边,在磁芯磁芯中柱垫起来后绕线,就是从两侧看,线包距离磁芯中柱一边至少有5mm的距离,然后我把点温线塞进线包和中柱之间,温度探头显示5s内温度升到接近500℃,中柱还包有一层绝缘纸,这个很确定温度起来了,温度探头烧黑,皮融化,拿出来后手指捏下,温度感很明显;再换一根温度探头,一样的现象;
使用焊锡丝、铜、铝都没有这种现象;
温度探头什么材质我也说不上来,就是常规的J型探头
微信图片_20220422225449.jpg
谢开源
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LV8
副总工程师
  • 2022-4-23 09:11:23
 
如果真有300C,磁芯会有烧痕,那就不是探头受干扰



tiezhuyx
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LV6
高级工程师
  • 2022-4-23 09:45:55
  • 倒数10
 
我还特意为了验证这个现象,跑了6H以上,拆出来磁芯没有整圈烧过的痕迹,但是有两个点,应该是温度探头和磁芯碰到一起产生的高温烫过的痕迹,点很小,符合温度探头的那个顶端比较细小的特点
xkw1cn
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版主
  • 2022-4-23 21:03:56
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那是电蚀现象,与温度无关。

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xkw1cn
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  • 2022-4-23 21:02:18
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因不同品牌温度计探头用的放大器几乎清一色的OP07。OP07最大问题就是抗嘈能力弱,这是那个年代运放通病。
tiezhuyx
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LV6
高级工程师
  • 2022-4-24 08:27:26
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可能不是受干扰;
最大的可能像是电磁炉的那种加热效应;
首先能确定温度是存在的,温度探头都被高温烧黑了的,拿出来的一瞬间用手指捏下,温度的刺热感很明显;
主席要是想了解下原因,为什么会存在这种加热效应?
sunwan
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高级工程师
  • 2022-4-24 09:21:13
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应该和你使用的温度探头的型号有关,发现你使用的J型探头,猜测应该是热电偶类型的,构成热电偶的材料如果有磁性材料,则具有非常明显的加热效应,就像铁锅放在电磁炉上。
查了一些常用的热电偶材料:
常用热电偶型号 热电偶分度号热电极材料 使用温度( ℃)
S 铂铑合金(铑含量10 %) 纯铂 0-1600
R 铂铑合金(铑含量13 %) 纯铂 0-1600
B 铂铑合金(铑含量30%) 铂铑合金(铑含量6% ) 0-1800
K 镍铬镍硅 0-1300
T 纯铜 铜镍 0-350
J 铁 铜镍 0-+500
N 镍铬硅 镍硅 0-+800
E 镍铬 铜镍 0-600

J型具有铁和镍,都是磁性材质,因此肯定有明显的加热效应。



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tiezhuyx
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LV6
高级工程师
  • 2022-4-24 10:03:59
  • 倒数5
 
感谢还能抽出时间帮查问题,谢谢
xkw1cn
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版主
  • 2022-4-24 21:37:29
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这就是电蚀。电蚀点瞬间可以达到1700摄氏度。但与实际被测温度无关。
晨光o夕阳
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LV8
副总工程师
  • 2022-4-26 15:56:36
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学到了
这类谐振电感,气隙开的大,气隙附近发热总是很头疼,请问版主一般是如何设计这类谐振电感?
xkw1cn
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最新回复
  • 2022-4-26 23:32:11
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加大磁芯截面积,减小气隙尺寸,用利兹线,分段绕线,多段切割气隙等都能显著较少发热。
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