基本的电感器设计gydF4y2Ba

电感器的设计特性是根据各种参数来定义的。电感绕组由一种导体材料制成，这种导体材料可以是一根单一的圆导线，也可以是一种独特的多股导体，称为Litz导线。Litz线的主要优点是减少了表皮效应。电感设计特性是根据本文讨论的各种参数来定义的。gydF4y2Ba

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AAC教材第十五章-电感器gydF4y2Ba

了解变频器的电感设计gydF4y2Ba

铜填充因数gydF4y2Ba

电感绕组gydF4y2Ba导线制的gydF4y2Ba这种材料可以是一根单一的圆导线，也可以是一种独特的多股导线，称为利茨导线。Litz线的优点是减少了集肤效应。设导体截面积为AgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba假设它转了N圈。则导体所覆盖的总截面为N AgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

设绕组的窗口尺寸为AgydF4y2Ba_WgydF4y2Ba其中包括导体之间的空间和绝缘体所覆盖的区域。gydF4y2Ba

导体填充因子,gydF4y2Ba

$ $ f C{} = \压裂{V_ {C}} {V_ {W}} = \压裂{NA_ {C}}{现代{W}} $ $gydF4y2Ba

在VgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba体积是否被导体和V所占据gydF4y2Ba_WgydF4y2Ba是窗口的音量。gydF4y2Ba

实际上,FgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba里兹线为0.3，圆导体为0.5至0.6。gydF4y2Ba

设d为圆形导体直径，则$δ≥\frac{d}{2};$$，集肤效应可以忽略。gydF4y2Ba

绕组损耗和电流密度gydF4y2Ba

每单位导体体积由导体绕组的直流电阻引起的绕组损耗为:gydF4y2Ba

$ $ P_ {C} =ρ_ {C}(\压裂{I_ {RMS}}{现代{C}}) ^ {2} $ $gydF4y2Ba

其中$$ρ_{C}$$为导体的比电阻率。它也可以写成gydF4y2Ba

$ $ P_ {C} =ρ_ {C} (J_ {C}) ^ {2} $ $gydF4y2Ba

在JgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba是导体中的电流密度。gydF4y2Ba

如果我们想表示单位窗口体积的功率损失，则可以写成:gydF4y2Ba

$ $ P_ f C {} {W} =ρ_ {C} (J_ {C}) ^ {2} $ $gydF4y2Ba

如果考虑皮肤效果，则公式将是，gydF4y2Ba

$ $ P_ {W} = \压裂{R_ {AC}} {R_{直流}}f C{}ρ_ {C} (J_ {C}) ^ {2} $ $gydF4y2Ba

为了使设计更简单，并推导出电感器设计的约束方程，我们考虑以下近似。gydF4y2Ba

设电感L携带最坏情况下的电流IgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba不会使核心饱和。这导致工作磁芯通量密度在B的最大值gydF4y2Ba_米gydF4y2Ba。它必须小于饱和时的通量密度，即BgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba< BgydF4y2Ba_坐gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

铜损$ $ = P_ {C} = (I_ {RMS}) ^ {2} R $ $gydF4y2Ba

我们还知道，导体铁心的电阻率远低于气隙的电阻率，故可以忽略铁心的电阻率:gydF4y2Ba

$ $倪≈φR_ {g} $ $gydF4y2Ba

$ $ \ Rightarrow倪≈BA_ {C '} R_ {g} $ $gydF4y2Ba
$ $ \ Rightarrow NI_ {m}≈B_} {m}现代{C”R_ {g} = \压裂{B_} {m}现代{C”l_ {g}}{μ_{0}}$ $(方程1)gydF4y2Ba

它显示了对这些参数的约束的转弯比和气隙长度之间的关系。gydF4y2Ba
绕组电阻,$ $ R_ {W} = \压裂{ρl_ {WR}}{现代{C}} $ $gydF4y2Ba

式中，ρ =导体材料的电阻率;一个gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba=导体截面积;lgydF4y2Ba_{或者说是gydF4y2Ba}= N lgydF4y2Ba_{的意思gydF4y2Ba}导线的长度是l的地方吗gydF4y2Ba_{的意思gydF4y2Ba}为每圈导线的平均长度。gydF4y2Ba

因此,$ $ R_ {W} = \压裂{ρl_ {WR}}{现代{C}} = \压裂{ρN l_{意味着}}{现代{C}} $ $(公式2)gydF4y2Ba

这也是一个约束方程。gydF4y2Ba

根据基本电感方程，另一个约束方程如下。gydF4y2Ba

$ $ L = \压裂{N ^ {2}} {R_ {g}} = \压裂{µ_{0}现代}{C”N ^ {2}} {l_ {g}} $ $方程[3]gydF4y2Ba

通过提出匝数比N之间的关系，对设计产生了约束;核的面积，AgydF4y2Ba_{C 'gydF4y2Ba};气隙的长度IgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba。gydF4y2Ba

最后一个约束是根据窗口大小。窗面积必须大于导线所占的累积面积，因此，gydF4y2Ba

$ $ f C{}现代{W}≥NA_ {C} $ $方程[4]gydF4y2Ba

总体总结滤波器电感器设计的约束条件有:gydF4y2Ba

$ $ NI_ {m}≈B_} {m}现代{c”R_ {g} = \压裂{B_} {m}现代{c”l_ {g}}{μ_ {0}}$ $gydF4y2Ba

$ $ R_ {W} = \压裂{ρl_ {WR}}{现代{C}} = \压裂{ρN l_{意味着}}{现代{C}} $ $gydF4y2Ba

$ $ L = \压裂{N ^ 2} {R_ {g}} = \压裂{µ_{0}现代{N ^ 2 C '}} {l_ {g}} $ $gydF4y2Ba

$$ f_ {c} a_ {w}≥na_{c} $$gydF4y2Ba

在这些约束方程中，gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba_{C 'gydF4y2Ba},一个gydF4y2Ba_WgydF4y2Bal,gydF4y2Ba_{吝啬的gydF4y2Ba}取决于核的几何形状。gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_米gydF4y2BaBgydF4y2Ba_米gydF4y2Ba,μgydF4y2Ba_0gydF4y2BaL FgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba， ρ和R是已知的参数，是根据特定电感的规格给出的。gydF4y2Ba

匝数N的值，气隙长度IgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba，以及导体A的截面积gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba都是未知数。gydF4y2Ba

关于电感器设计最明显的事情之一是材料的选择。电感铁芯由多种材料组成，其B-H曲线不同。当变频器使用高频率时，由于涡流损耗，铁芯温度会升高。因此，在必须使用铁作为芯材的情况下，我们一般使用叠片铁或颗粒铁。为了限制涡流损耗，通常采用导热系数大的铁氧体作为铁芯材料。感应器的温度取决于热量的对流和辐射传递。理想电感的原型应在额定值下工作，并测量其温度。如果温度过高或过低，应相应改变设计。gydF4y2Ba

电感器设计中最基本的部分之一就是知道电感器中储存的能量。我们知道感应器的总磁链由gydF4y2Ba

$ $ Nφ_{核心}= $ $gydF4y2Ba

$ $ f C{}现代{W}≈NA_ {C} $ $gydF4y2Ba

$ $φ_{核心}=现代{C '} $ $gydF4y2Ba

$ $ J_ {RMS} = \压裂{I_ {RMS}}{现代{C}} $ $gydF4y2Ba

$ $ \ Rightarrow \压裂f C{}{现代{W}}{现代{C}}} BI_现代{C”{RMS} = L I I_ {RMS} $ $gydF4y2Ba
$ $ f C {} \ Rightarrow现代}{W}现代{C”BJ_ {RMS} = L I I_ {RMS} $ $方程[5]gydF4y2Ba

B和JgydF4y2Ba_RMSgydF4y2Ba取决于材料的选择，而参数FgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba,一个gydF4y2Ba_CgydF4y2Ba和一个gydF4y2Ba_{C 'gydF4y2Ba}取决于绕组和核心的几何形状。上述方程将上述所有参数与电感的输入参数L、I和I联系起来gydF4y2Ba_RMSgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

下面给出设计电感器的分步步骤。它是根据电感的允许温度和功率密度而设计的。gydF4y2Ba

如果无法获得核心特征的完整参数，则可以通过迭代找到合适的值。首先，对电流密度JgydF4y2Ba_RMSgydF4y2Ba考虑≈2 ~ 4 $$\frac{A}{mm^{2}}$$。通过铁芯损耗的期望值可以求出磁感应强度，通过铁芯损耗与b的关系图可以求出相应的工作磁感应强度，然后根据公式5确定铁芯尺寸。相应的迭代过程如下图所示。gydF4y2Ba