气隙磁芯电感(赵修科)

气隙磁芯电感南京航空航天大学赵修科[e-mail]@163.com电感定义ƒ电感也称自感系数，简称自感，习惯称电感，它是线圈磁链与产生此磁链的线圈电流的比值：Liψ=是线圈主磁链与散磁链总和,不存在‘漏磁’。ψ电感与磁芯μ成正比。如果μ随电流改变，电感量也随之变化，电感为非线性电感。20/rANBALNiHlNlμμψ===如果是环形闭合磁路磁芯电感单位电感单位为亨利，简称亨，符号为H。定义：线圈通过1A电流，产生总磁链为1Wb，则电感量为1H。也可以这样定义：在1秒内线圈电流从零线性增长到1A，线圈两端感应电势为1V，则线圈电感量为1H，也等于1欧秒（Ωs）电感能量ƒ电流产生磁场，即建立磁场能量（环形为例）220022cmrVBVBWδμμμ=+200dd22BBmVBHLIWAlHBVHB====∫∫ƒ环形气隙磁场能量（忽略散磁通）ƒ气隙能量与磁芯能量比rrcccWVkWVlδδμδμ===气隙磁芯磁化特性ƒ气隙将磁芯磁导率线性化，对于环形气隙磁芯，如忽略边缘磁通()rccccNIlHHlμδ=+00ccccrBBNIHlHlδδδδμμμ=+=+也可以写成：1.可见将磁化曲线线性化了。2.剩磁小了。B相同，H为两部分合成气隙磁芯等效磁导率ƒ把带气隙磁芯磁导率看成整个磁系统的磁导率ecccrrcccrclBllBBlBNIμμδμμμδμμμδ0000)1(=+=+=则有效磁导率111rrcerccrcllllδμμμμδμδδ⎧⎪+⎪==⎨⎪+→⎪⎩?(例如μi=2000,lc=20cm,δ＝2mm，0.2mm)气隙磁芯电感ƒ当气隙较大时，有效磁导率为lc/δ,在磁芯不饱和时电感量不随电流变化，为线性电感。电流连续Buck类直流滤波电感、升压电感，反激变压器等。按2Iomin决定电感量。ƒ当输出电流小于昀小电流时电流断续，为避免振荡需要假负载，降低了效率。希望在小于Iomin时电感量大，当大于Iomin时回到正常的电感量的非线性电感。磁粉芯就是非线性电感，但成本高。可以采用非均匀气隙电感。非均匀气隙磁芯电感ƒ非均匀磁芯气隙电感斜坡气隙－类似磁粉芯特性δ阶梯气隙－可设定特性例如气隙宽度1/5,昀小的气隙为δ/20,可以获得δδ/20L/L0I/Io54321000.10.20.30.40.50.60.7气隙的边缘磁通ƒ磁没有绝缘，空气隙周围空间也是磁路的一部分－边缘磁通。气隙越大，边缘磁通范围越大。边缘磁通与气隙磁通并联，在线圈包围的磁芯中磁通增加，总磁链ψ增加，电感量加大。维持电感量措施ƒ边缘磁通相当于气隙等效面积Aδ增加，电感加大：20ALNIδμψδ==eeLILINABABΔ=≈Δƒ所有磁通都通过磁芯，磁芯截面没有变，磁感应增加。维持L不变，只有增加气隙δ。如果减少匝数，将增加B，可能引起饱和和损耗大。（电磁感应定律求）边缘磁通对电感性能影响ƒ气隙边缘磁通穿过线圈，高频磁通在线圈中引起涡流损耗，通常称为被动损耗。ƒ边缘磁通对周围电气元件引起干扰。通常希望将气隙开在中柱上，减少干扰，但损耗增加。减少边缘磁通损耗的措施ƒ线圈避开气隙骨架套塑料环磁芯线圈塑料环骨架ƒ分割气隙将一个气隙分成几个气隙,边缘磁通范围大大缩小。磁势与磁压降分布，窗口中散磁小。在气隙附近不放导线中柱边柱都有气隙减少边缘磁通的措施（续）ƒ气隙用低磁导率磁粉芯代替ƒ反激变压器大电流铜箔远离气隙，让多股线靠近气隙。ƒ采用较大截面积的磁芯，较小的气隙电感。ƒ平面磁芯。磁粉芯20ALNδμδ=eLINAB=气隙电感的机械噪声ƒ直流滤波电感，高频（10kHz)一般听不到可闻噪声。如果听到低频噪声，是系统振荡引起的。ƒ低频交流滤波电感噪声，可以听到基波倍频噪声。ƒ电磁力引起的噪声；ƒ材料磁致伸缩引起的噪声；ƒ通流线圈在气隙边缘磁场中受到电磁力。ƒ减少噪声从以上三方面入手噪声来源直流滤波电感设计要点ƒ直流滤波电感量(Buck)''minmin(1)(1)0.2oooUDUDLIfIf−−≥=Δ0.2oIIΔ='ooRUUU=+Δ'minmax/oiDUU=ƒ参数选取：市售功率磁芯ƒ损耗：主要是铜损：直流滤波电感只考虑直流损耗；反激连续模式，不仅考虑直流，也要考虑交流邻近效应损耗。1000.9sBB≤式中：ƒ断续模式按损耗100mW/cm3(自冷）选取磁通密度，既要考虑线圈损耗，也要考虑磁芯损耗。气隙磁芯线圈电感量计算ƒ当气隙小于1/20气隙外郭尺寸：矩形截面a×b，圆直径d时：2200eeeeNANALlμμμδ=≈11erclμδμ=+ƒ当气隙大于1/20气隙外郭尺寸：矩形截面a×b，圆直径d时：L202(1)(1/)(1/)ekabNALkkdδδμδδ=++⎧≈⎨=+⎩矩形圆交流滤波电感ƒ基本关系基波电抗ZLω=视在功率2SLIω=（VA）ƒ磁芯选择作为滤波电感，通常输入电压包含高频调制频率，磁感应B基波是正弦，磁滞损耗与正弦相似，涡流损耗显著增加，更薄的钢带或更高电阻率。气隙边缘磁通引起损耗严重时，应当分段气隙。ƒ基波端电压4.44eUILfBANω==谢谢！祝大家身体健康！