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功率电感设计的问题

找了一些资料,大功率电感的设计有几个公式: 

1 、LIp = N Ae Bm         

2、N Ip= Hr Lr(气隙)+ H0L0 

3、L = N2*U0*Ue Ae/le     Ue = le*ur/(ur*lg+le) 

第一个公式是电磁感应定律演变过来,第二个公式是磁场强度公式,第三个公式是气隙电感计算;

如果气隙比较大 或 ur 比较大, 那

第2式  NIp = HrLr =Lr* Bm / u0;

第3式 L= N2*U0*Ae/Lr  

已知道 L  Ip 确定 Bm,可以计算出 Ae N  Lr(气隙)然后来制作电感,当然还要考虑到气隙分布对磁路的影响。

但是实际有中有几个问题还没有理解:

1、L电感量 跟磁芯的磁导率没有关系吗?也就是相同的尺寸我用不同的磁芯电感量会相同吗?

2、制作出来的电感用LCR测试跟计算值差很大?电感实际工作状况是大电流下的,但是测试是在小电流小(1v~2v)

   是否有区别?

3、有资料上说气隙Lr 对磁路的影响 跟Ae面积有关系,小于1/20可以忽略不计?(最好给个经验数据)

4、气隙处的绕线应该离磁芯多远才有效减小  对绕线的影响。 

(最好给个经验数据)

5、功率电感实际是设计磁路和气隙,只有气隙才能存储能量,磁芯上能量就是磁芯损耗?

各位大侠,知道的来回答一下!!!!!

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igbtsy
LV.9
2
2013-03-13 14:15
看公式让初学者感到头痛,难以理解。高三电学的最后部分关于磁路、磁势的简单论术你去理解透了,再实际绕几个电感测试一下,只要掌握实际的磁通密度远小于饱和磁通密度这一个原则。设计电感是最简单的事,只要心算一下,更本无需去打个草稿计算。
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thoms2011
LV.2
3
2013-03-13 15:19
@igbtsy
看公式让初学者感到头痛,难以理解。高三电学的最后部分关于磁路、磁势的简单论术你去理解透了,再实际绕几个电感测试一下,只要掌握实际的磁通密度远小于饱和磁通密度这一个原则。设计电感是最简单的事,只要心算一下,更本无需去打个草稿计算。
书上都是理想状态,不能直接用的实际当中
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igbtsy
LV.9
4
2013-03-13 16:15
@thoms2011
书上都是理想状态,不能直接用的实际当中

书上给了你原则,不会针对你的具体问题论述。如何用是你的事了。

我们这里刚从学校业的中技生只要给他们说几句就都理解和可以独立设计电感。本来很复杂的事变得中技生都能一点就通,关键是学校老师没有实践经验,没有把书本知识结合具体的应用转化为学生能深刻理解而永不忘记的知识。

举个例子:电子职中的学生进厂电路基础考试大都是0分。在学校学的都忘了。进厂培训针对工作中的具体电路给他们上课,有兴趣,多级放大器的电压增益、电流增益、输入、输出阻抗一看电路就会了。记心好的还不用笔算就能算出来。

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2013-03-13 21:58
@igbtsy
书上给了你原则,不会针对你的具体问题论述。如何用是你的事了。我们这里刚从学校业的中技生只要给他们说几句就都理解和可以独立设计电感。本来很复杂的事变得中技生都能一点就通,关键是学校老师没有实践经验,没有把书本知识结合具体的应用转化为学生能深刻理解而永不忘记的知识。举个例子:电子职中的学生进厂电路基础考试大都是0分。在学校学的都忘了。进厂培训针对工作中的具体电路给他们上课,有兴趣,多级放大器的电压增益、电流增益、输入、输出阻抗一看电路就会了。记心好的还不用笔算就能算出来。

1,电感量的磁芯导磁率当然有关系,还有磁芯面积,不同尺寸或不同导磁率,同样线圈,电感量会不同,比如,有的磁芯,绕一圈,电感量就有几uH,而有的磁芯,绕10圈,电感量还不到1uH

2,计算公式中的参数,无法精确获得,需要一个修正系数,而这个系数,很难得到,会造成理论值与实测有差异。

大电流和小电流时,电感量是一样的,但是,大电流时,由于线圈邻近效应产生斥力,或过大电流磁芯会产生饱和因素,磁阻产生温升,磁芯会因温升高失效或降低导磁率等因素,大电流时,会和小电流时现象有所不同,主要是大电流时,不利因素较多

3,磁粉之间本身就是绝缘的,有间隙的,气隙小的时候,比如面积10平方mm以上,气隙0.1mm以内,可以忽略的,这个要求不严格,一般开气隙,至少要0.5mm以上才有明显效果(一般经验),当然了,气隙越小,磁阻越小

4,气隙处的磁场分布比较乱,但是由于绕线在骨架上面,由于骨架本身的间隙远大于磁芯气隙,一般可以不用考虑气隙的影响

5,气隙不是存储能量的,磁芯才是存储能量的,气隙的作用是使磁芯在强激励下不致于饱和,反而,气隙会损耗能量的,会产生磁阻,造成磁损,最明显的现象是,气隙处,温升明显较高

 

 

 

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igbtsy
LV.9
6
2013-03-14 08:36
@米山人家
1,电感量的磁芯导磁率当然有关系,还有磁芯面积,不同尺寸或不同导磁率,同样线圈,电感量会不同,比如,有的磁芯,绕一圈,电感量就有几uH,而有的磁芯,绕10圈,电感量还不到1uH2,计算公式中的参数,无法精确获得,需要一个修正系数,而这个系数,很难得到,会造成理论值与实测有差异。大电流和小电流时,电感量是一样的,但是,大电流时,由于线圈邻近效应产生斥力,或过大电流磁芯会产生饱和因素,磁阻产生温升,磁芯会因温升高失效或降低导磁率等因素,大电流时,会和小电流时现象有所不同,主要是大电流时,不利因素较多3,磁粉之间本身就是绝缘的,有间隙的,气隙小的时候,比如面积10平方mm以上,气隙0.1mm以内,可以忽略的,这个要求不严格,一般开气隙,至少要0.5mm以上才有明显效果(一般经验),当然了,气隙越小,磁阻越小4,气隙处的磁场分布比较乱,但是由于绕线在骨架上面,由于骨架本身的间隙远大于磁芯气隙,一般可以不用考虑气隙的影响5,气隙不是存储能量的,磁芯才是存储能量的,气隙的作用是使磁芯在强激励下不致于饱和,反而,气隙会损耗能量的,会产生磁阻,造成磁损,最明显的现象是,气隙处,温升明显较高   

对高三毕业班的学生来讲,给一个电感表,一根足够长度的漆包线,某种磁芯材料的磁滞回线图和该磁芯材料的一个磁环,作试样。

要求用该类磁芯材料设计一个电感,假定通过电流为5A,电感量为100微享。请给出选用磁环的内径、外径、厚度和选用的漆包线的线径和绕的圈数。可以作简单的说明。

学得好的高中生应当会很快地解答这个问题。楼主的问题也就很容易解决了吧。还要那么复杂吗?

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thoms2011
LV.2
7
2013-03-14 13:11
@米山人家
1,电感量的磁芯导磁率当然有关系,还有磁芯面积,不同尺寸或不同导磁率,同样线圈,电感量会不同,比如,有的磁芯,绕一圈,电感量就有几uH,而有的磁芯,绕10圈,电感量还不到1uH2,计算公式中的参数,无法精确获得,需要一个修正系数,而这个系数,很难得到,会造成理论值与实测有差异。大电流和小电流时,电感量是一样的,但是,大电流时,由于线圈邻近效应产生斥力,或过大电流磁芯会产生饱和因素,磁阻产生温升,磁芯会因温升高失效或降低导磁率等因素,大电流时,会和小电流时现象有所不同,主要是大电流时,不利因素较多3,磁粉之间本身就是绝缘的,有间隙的,气隙小的时候,比如面积10平方mm以上,气隙0.1mm以内,可以忽略的,这个要求不严格,一般开气隙,至少要0.5mm以上才有明显效果(一般经验),当然了,气隙越小,磁阻越小4,气隙处的磁场分布比较乱,但是由于绕线在骨架上面,由于骨架本身的间隙远大于磁芯气隙,一般可以不用考虑气隙的影响5,气隙不是存储能量的,磁芯才是存储能量的,气隙的作用是使磁芯在强激励下不致于饱和,反而,气隙会损耗能量的,会产生磁阻,造成磁损,最明显的现象是,气隙处,温升明显较高   

电感量是考虑有较大气隙时,也就是ur*lr >>  le的情况下,相同的磁芯面积,相同的尺寸,不同的导磁率的磁芯时的情况,现在用仪器测量时有关系,而且不小的,当然是无负载情况下的。

磁芯的导磁率u在不同的H下是非线性的,所以正常情况下,在不同励磁下电感量肯定不太一样,但是加了气隙后,u的变化会在局部区域会线性很多,但在1V下测试跟200A电流下电感量会变化多少还不是很有数?所以我估计大电流下的电感量应该会变化。

另外,因为有气隙(比较大)的时候,励磁能量大部分在气隙那里,所以觉得磁芯的存储能量很小,如果相同的磁芯,在同等B下,有气隙跟无气隙时的励磁能量差很大很大,相同B下,磁芯内部的磁能应该相同,那多余的能量是不是应该在气隙处。气隙出温度升高肯定有跟损耗有关系,还有跟气隙处的导线被感应也有关系。

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thoms2011
LV.2
8
2013-03-14 13:16
@igbtsy
对高三毕业班的学生来讲,给一个电感表,一根足够长度的漆包线,某种磁芯材料的磁滞回线图和该磁芯材料的一个磁环,作试样。要求用该类磁芯材料设计一个电感,假定通过电流为5A,电感量为100微享。请给出选用磁环的内径、外径、厚度和选用的漆包线的线径和绕的圈数。可以作简单的说明。学得好的高中生应当会很快地解答这个问题。楼主的问题也就很容易解决了吧。还要那么复杂吗?
这个只要把具体的公式代进去就可以了,如果按你这么说,开关电源的变压器、电感太简单了,高中生每个人都会设计。但是如果你提出要求,你让高中生设计一个可以在给定条件下能安装到电路上运行的变压器 或者 电感 吗?
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igbtsy
LV.9
9
2013-03-14 14:49
@thoms2011
电感量是考虑有较大气隙时,也就是ur*lr>> le的情况下,相同的磁芯面积,相同的尺寸,不同的导磁率的磁芯时的情况,现在用仪器测量时有关系,而且不小的,当然是无负载情况下的。磁芯的导磁率u在不同的H下是非线性的,所以正常情况下,在不同励磁下电感量肯定不太一样,但是加了气隙后,u的变化会在局部区域会线性很多,但在1V下测试跟200A电流下电感量会变化多少还不是很有数?所以我估计大电流下的电感量应该会变化。另外,因为有气隙(比较大)的时候,励磁能量大部分在气隙那里,所以觉得磁芯的存储能量很小,如果相同的磁芯,在同等B下,有气隙跟无气隙时的励磁能量差很大很大,相同B下,磁芯内部的磁能应该相同,那多余的能量是不是应该在气隙处。气隙出温度升高肯定有跟损耗有关系,还有跟气隙处的导线被感应也有关系。
做好理论与实践的结合,关键是活学活用,复杂的问题做起来都变得简单了。
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