解析電源設計2 儲能元件 電感

2021-07-07 06:55:00 字數 1201 閱讀 5321

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與理想電容器相對應,理想電感是一種通直流隔交流的電子元件。電感通過把電能儲存成磁能,達成儲能目的。組成電感的材料沒有電容那麼複雜,是由矽鋼片製作的鐵芯,和在其上用銅線纏繞的線圈來構成的。

根據中學物理學知識,我們知道,當直流電通過線圈時,線圈作為為普通導線,會形成環繞導線的電場,不過沒有磁場的產生,當有交流電作用於線圈的時候,電場隨著電流的變動而產生變動,變化的電場產生了磁場,線圈中間的鐵芯則為了更好的傳遞磁場的磁通量而設計,同時,變化的磁場又產生電場作用於原來的電路,從而形成交流環境下電感的阻抗計算公式。

z=jωl

從公式可見,其阻抗和交流頻率成正比,因此對於頻率為0的直流成分,其阻抗也為0,而交流的頻率越大,其阻抗就越大。

電感的測量單位是亨(h),電感器電感量的大小,主要取決於線圈的圈數(匝數)、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常,線圈圈數越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大;磁心導磁率越大的線圈,電感量也越大。

電感元件也包含分布電容,這是由線圈和鐵芯材料本身及其繞制工藝產生的,需要通過更先進的加工方法加以改善。對於電感而言,其能量損耗方式被分成銅損和鐵損兩種,由線圈產生的損耗稱為銅損,由於鐵芯導磁造成的能量損失稱為鐵損。

瞧一下那一匝匝纏繞起來的線圈,直徑細而且拉開的總長度就很長,因此會在直流電流的時候就會引入直流電阻,對於高頻電流而言,其傳輸還引入了趨膚效應,這個效應可以翻教科書溫習一下,它是因為交變電場產生感應電流,而此電流出現在減小原來電流的方向,導線中心得感應電流最大,因此它使得電流有效傳輸不能在導線截面內平均進行,而是越往導線邊緣,有效電流越大。這是導致銅損的另一因素。

在看看鐵損,它通常由渦流損耗和磁滯損耗構成,前者是由於感應渦流在磁芯中流動將產生i^2×r的功耗,後者是指鐵磁材料的磁性狀態變化時,磁化強度滯後於磁場強度,它的磁通密度b與磁場強度 h之間呈現磁滯迴線關係。經一次迴圈,每單位體積鐵芯中的磁滯損耗正比於磁滯迴線的面積。這部分能量轉化為熱能,使元件公升溫,效率降低。

銅損和鐵損不僅在電感中出現,在電磁場工作的變壓器和電動機領域也是重要的研究物件,因此還會進行對於品質因素的研究,在無輻射系統中,它定義為

q=無功功率/有功功率。

在中就對提高q的電感工藝提出了幾個常用的辦法。

圖2 電感濾波

圖2展示了電感濾波的原理圖,對比電容濾波和電感濾波,可得如下結果:

表1 電容濾波和電感濾波的比較

有了對儲能元件的分析,下一步我們就可以看看如何設計線性電源和開關電源了。

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