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读懂什么是电源中储能电感的气隙？气隙的计算方法和实际意义一、电感储能描述电感储能的实质为周围磁场的储能，以磁性导磁材料如铁氧体、非晶、纳米晶以及磁粉芯等闭合磁芯电感所产生的磁场被限制在特定空间内，这个特定空间一般均为磁芯介质，这类的磁场分布形式我们这里就称为'规则磁场'分布，规则磁场大大简化了磁场计算的复杂性，如下图是磁芯电感的示意图。
电感的储能也就是以磁介质为载体的周围磁场储能，磁场被限制在如图磁芯介质的红色虚线。
磁芯电感示意图二、电感储能定量表达式——电能转换为磁能的磁能积首先回顾一下电感的储能，电源中的储能电感常常涉及到从电能到磁能的过程转化，电能的表达式是我们熟悉的'电流'、'电压'以及'时间'的关系；那么我们用什么来描述电感对磁场的储能呢？这里需要引出磁能积，因为磁能积描述了能量和磁场以及磁芯体积的一种关系，磁能—磁能积的表达对于我们来说可能就陌生一些，这个前面我们专门讲过一节，这里做一些简单的回顾。
如下是一种磁芯电感，假设电感线圈两端感应电动势为'u'，电流为'i'，我们计算一下电能'E'输入：电能表达式（1）上式（1）中，包含电流，对于这种规则磁场，连接电流和磁场的关系便是'安培环路定理'，表达式如下，磁场是'H'：安培环路定理表达式（2）上式（1）中，也包含了电压，对于这种规则磁场，连接电压和磁场的关系便是'法拉第电磁感应定律'，表达式如下：法拉第电磁感应定律（3）结合上面（1）、（2）及（3）得出如下式磁能积表达式（4）表达式（4）描述了磁能是磁场与磁芯体积的关系，始终Ve表示磁芯有效体积，是磁路和磁芯截面积的乘积磁芯有效体积表达式（5）上面uc磁导率是磁芯材料的'绝对磁导率'不可与相对磁导率搞混淆，需要记住储能是磁场引发的磁场密度的储能，所以磁导率是材料的绝对磁导率，是磁芯材料的属性。
电感的计算公式5.4 滤波电感的分析计算在直流变换电路中，都设有LC滤波电路，滤波电感中的电流含有一个直流成分和一个周期性变化的脉动成分。
磁场的变化规律如图5-6。
下面以Buck型直流变换电路为例说明滤波电感的设计方法。
Buck电路的原理图如图5-10（a），电感L的作用是滤除占波开关输出电流中的脉动成分。
从滤波效果方面考虑，电感量越大，效果越明显。
但是，如果电感量过大，回使滤波器的电磁时间常数变得很大，使得输出电压对占空比变化的响应速度变慢，从而影响整个系统的快速性。
一味地追求减小输出电压的纹波成分是不可取的。
所以在设计电感参数时应从减小纹波和保持一定的快速性两个方面去考虑。
OUi Lmaxi LminTDTi L(a) (b)图5-10 Buck电路及其电感的电流1. 电感量的计算首先讨论以限制电流波动为目的的电感量的计算。
由对斩波器的分析可知，电路进入稳定状态后，电感电流在最小值I Lmin和最大值I Lmax之间波动变化，波动的幅度为ΔI，如图5-10b),电感L与ΔI的关系为TDIUL O)1(−∆=（5.29）可见电感量越大，电流的波动就越小。
一般电流波动ΔI根据使用要求预先给定，由此来决定电感的大小。
式（5.29）还说明，对于同样的ΔI，在不同占空比下所需的电感是不同的。
在占空比较小时需要更大的电感。
在电路工作中，如果负载突然变化，输出电流I O会随之变化，为了保持输出电压U O不变，占空比必须做相应的变动。
由于滤波器由储能元件构成，不可能立即跟踪占空比的变化，这就会出现一个过渡过程。
我们希望这个过渡过程的时间短越好。
设负载变化以前占空比为D1，负载变化以后的占空比为D2。
过度过程时间为T R，它们之间的关系为)1(12−∆=D D U I L T O R （5.30） 式（5.30）的推导比较复杂，读者可以参考有关资料。
但由上式可以看出，电感越大，对应的过度过程时间就越大，这说明电感过大对提高快速性是不利的。
关于电感的Q值，品质因数Q值；是衡量电感器件的主要参数。
是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。
电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。
电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。
也有人把电感的Q值特意降低的，目的是避免高频谐振/增益过大。
降低Q值的办法可以是增加绕组的电阻或使用功耗比较大的磁芯.Q值过大，引起电感烧毁，电容击穿，电路振荡。
Q很大时，将有VL=VC>>V的现象出现。
这种现象在电力系统中，往往导致电感器的绝缘和电容器中的电介质被击穿，造成损失。
所以在电力系统中应该避免出现谐振现象。
而在一些无线电设备中，却常利用谐振的特性,提高微弱信号的幅值。
品质因数又可写成Q=2pi*电路中存储的能量/电路一个周期内消耗的能量通频带BW与谐振频率w0和品质因数Q的关系为：BW=wo/Q,表明，Q大则通频带窄，Q 小则通频带宽。
Q=wL/R=1/wRC其中: Q是品质因素 w是电路谐振时的电源频率L是电感 R是串的电阻 C是电容高压谐振变压器的研究摘要：论述了谐振变压器的原理，设计方法及研制中应注意的几个问题，并通过计算值与实测值对比的方法证明了文中计算公式的精确性和实用性。
关键词：谐振变压器电感电容品质因数1 前言随着电力电子技术的发展，采用高压谐振技术对大容量电气设备进行工频耐压试验已经成为可能，目前已被广泛用于电缆，电容器、发电机等具有大电容的电力设备的交流试验。
原理是通过调节铁心磁路的气隙长度，得到连续变化的电感L，使其与被试品对地电容C发生谐振。
本文以一台150kVA试验装置为模型，阐述高压谐振变压器的原理与有关参数的计算。
2 谐振变压器原理 2.1 结构特征谐振变压器的铁心可以做成两种不同的结构：壳式和心式。
心式铁心变压器在一系列主要指标方面不如壳式铁心变压器，其重量和外型尺寸较大，调节气隙的传动机构比较复杂。
干式带气隙铁芯电抗器电感计算方法1. 引言干式铁芯电抗器具有体积小、损耗低、漏磁小、阻燃防爆等优点，其缺点是电感具有非线性，存在磁滞饱和现象。
为改善电感的线性度，干式铁芯电抗器一般采用带气隙铁芯。
在干式铁芯电抗器设计中，电感值的准确计算是关键问题之一。
目前，对铁芯电抗器电感值的计算一般采用传统解析近似法。
该方法在求解带气隙铁芯电抗器主电感值时基于简化的磁路，即假设气隙衍射磁通路径为半圆形[1,2]，该方法用于求解带气隙铁芯电抗器电感值时存在较大误差，在产品生产时需要对气隙厚度进行反复调整，才能达到满意的电感值。
为了更加准确地计算主电感可以采用磁场计算法[2,3]，该方法假定铁芯由无穷多个圆柱形铁芯饼－气隙单元串联组成，从而将电抗器磁场近似为轴对称磁场问题，然后采用分离变量法求解其磁场分布。
该方法在计算边缘效应系数时涉及到修正贝塞尔函数，计算过程比较复杂。
对于大气隙铁芯电抗器电感值的计算，文献[3]从求解磁场方程出发，在计算中假设铁芯是由无穷多个铁芯饼—气隙单元串联起来的，对气隙边缘效应给予了系数矫正。
相对地，计算公式比较繁琐，需要根据铁芯直径与气隙厚度查询相应的气隙边缘效应修正系数。
文献[4,5,17]采用修正系数来考虑气隙磁导从而计算铁芯电抗器电感值的解析近似法，由于修正系数可变，需查表，因此，计算也较繁杂。
采用有限元法计算铁芯电抗器的电感值准确度更高[9,10,11,12,13,18]，但计算所需要的计算机内存大，计算时间也长，所以，一般仅在电抗器设计的最后核算中多采用该方法。
本文将基于铁芯电抗器磁场的有限元数值计算结果，对传统解析近似法计算铁芯气隙衍射磁通等效导磁面积公式进行修正，提出一种改进解析近似法，然后，将提出的方法用于实例计算，并与数值仿真结果比较，对方法的可行性和准确度进行讨论。
2. 计算原理在计算带气隙铁芯电抗器气隙处等效衍射面积时，传统解析近似法认为主磁通流过气隙时，有一部分磁通将从铁芯外表面流出，绕过气隙，流向铁芯外表面，再进入铁芯中去。
电感的计算
电感有3种定义：初始电感，视在电感和增量电感。
1，初始电感是指励磁电流很小时，工作在B-H曲线的线性区，一般用于小信号分析。
2，视在电感是针对线性磁性材料而言的。
3，增量电感是指励磁电流比较大时，工作在B-H曲线的饱和区，一般用于大功率电源。
电感的计算方法有3种：
1，矩阵法
在PARAMETER中设置电感MATRIX。
计算完了之后，在SOLUTION的MATRIX中可以看到结果。
这种方法也适合于多线圈的自感，互感计算，但前提是B-H是线性的或者工作在初始的线性区，而在饱和区时就不对了。
2，能量法
就是利用公式：总的电磁能量=1/2*L*I*I，在CALCULATOR中计算。
这种方法计算结果和矩阵法是一样的，但是无法做多线圈的自感，互感的计算。
这种方法也只能计算线性区。
3，增量电感
也就是我们常说的饱和电感或者叫动态电感，需要用导数计算dphi/di,ANSOFT的导数是这样表示的derive(phi)/derive(i)。
这样的计算结果覆盖整个B-H曲线，包括饱和区。
在V12中可以非常方便地建立变量N(匝数），再将N设置到激励（N*I）和矩阵中，所以在后处理中可以非常方便地得到真实电感值而不是单匝电感。
还可以做参数扫描，得到电感随电流变化的曲线（饱和电流曲线），如果设置气隙（GAP)变量，还可以扫描电感随气隙变化的曲线。
