电感的电压电流磁通密度关系 (磁饱和程度对电感的影响)

摘要:磁滞回线是磁芯的固有特性,不受气隙影响;磁芯的磁通密度分布非常不均匀,实际工作磁密为【B11 B51 B55 B15】包络图;DUI分布气隙电感器磁密分布比较均匀,功率密度比较大,材料成本比较低

EE型电感器由于工艺成熟,散热效果良好,在日常生活中得到广泛应用;在实际应用中,往往会因为直流偏量过大导致磁饱和,常用的解决办法是在磁路上设置气隙

气隙的引入降低了磁芯的磁场强度,增加了磁芯的抗饱和能力;磁路长度内短外长和散磁通的趋肤特性导致磁芯的磁密分布非常不均匀,中柱截面不同位置磁体的磁通密度差别很大

1.磁芯的磁滞回线不受气隙影响

磁滞回线是磁芯的固有特性,气隙导致磁路总磁阻增加,降落在磁芯上的磁动势 ΦRc 减少,磁芯的磁场强度H下降,磁滞回线没有变化

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

2 EE型中柱开隙磁芯磁通分割图

根据EE型中柱开隙磁芯的磁势分布,可以将磁芯产生的磁场分割为7个等效磁通,详见【基于磁场分割法的EE型电感器磁路参数计算】

左右中柱气隙端面产生主磁通 φ0

左右中柱侧面产生扩散磁通 φ1和‬φ2

中柱至边柱产生旁路磁通 φ3~φ6

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

3 EE型电感器工作磁密包络图

主磁通 φ0 磁路内侧短外侧长,磁场强度H和磁通密度B由内侧到外侧逐渐减小

散磁通 φ1 φ3和‬φ5 趋肤于磁芯内侧面,磁路内短外长,叠加后磁芯内侧面磁通密度更大

散磁通 φ2,φ4和‬φ6 趋肤于磁芯边侧面,磁路内短外长,叠加后磁芯边侧面磁通密度更大

所有磁通叠加后,磁密分布严重不均匀,中柱中央磁密最小,四个边角磁密最大

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

参阅【EE型中柱开隙磁芯磁路参数excel估算表编辑说明】

磁场强度和磁通密度与电流成正比:电流上升,磁场强度H上升,工作磁密包络图【B11 B51 B55 B15】的范围变大同时向右上方移动;当最大磁密B55达到磁芯的Bs时,磁芯中柱截面的四个边角开始出现磁饱和,电流继续加大电感器的电感量逐步下降

4 DUI分布气隙磁芯磁通分割图

根据DUI分布气隙磁芯的磁势分布,可以将磁芯产生的磁场分割为13个等效磁通

气隙端面产生主磁通 φ0

左中柱至右中柱产生扩散磁通 φ1和‬φ2

中柱至边柱产生扩散磁通 φ‘1和‬φ’2

中柱至边柱产生旁路磁通 φ3~φ6

边柱至中柱产生旁路磁通 φ’3~φ‘6

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

5 DUI电感器工作磁密包络图

在磁芯中柱面积Ae,线圈匝数N和电感量L相同的情况下,与EE型电感器相比较

DUI电感总气隙量下降25%,磁芯磁动势 ΦRc, 磁场强度H和主磁通密度Bmain比较大

DUI电感的单处气隙量下降75%,扩散磁通 Φ1 Φ2, 旁路磁通 Φ3 Φ6 下降75%

DUI电感工作磁密:B11比较大,B15-B11下降10%,B51-B11和B55-B15下降40%

DUI电感最大工作磁密B55下降15%,叠加电流IA上升15%,具有更强的抗饱和能力

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

6 DUI分布气隙电感器优势明显

磁芯材质相同,中柱面积Ae和电感参数(L,IA,Q值)相当,对比于EE型电感器

DUI电感器的总气隙量下降40%,线圈匝数N下降10%,线圈导体线经d下降10%

DUI磁芯的磁密分布比较均匀,功率密度比较大,磁芯和铜线等材料成本比较低

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度

7 DUI分布气隙变压器性价比高

在中柱面积Ae接近的情况下,DUI变压器的性价比高于PQ型变压器,磁密分布更加均匀品质因素Q值高,功率密度大材料成本低

磁环电感磁通密度计算,电感最大磁通密度