開關(guān)變壓器氣隙

1、?開關(guān)變壓器氣隙開關(guān)變壓器氣隙電感是開關(guān)電源中重要的元件之一，其合理設(shè)計有利于提高電源效率和可靠性。為防止電感飽和，需要在磁芯中加入氣隙。鐵粉芯的氣隙均勻分布在磁芯中。如果采用高導(dǎo)磁材料來繞制電感，傳統(tǒng)的做法是采用集中氣隙。為了減少由氣隙附近的擴散磁通引起的繞組損耗，繞組布置需避開氣隙3個左右的氣隙長度。然而對于較大的氣隙，那樣做將使磁芯窗口的利用率大大降低，此時可應(yīng)用多個小氣隙來構(gòu)成分布氣隙。文獻[1]提出利用交錯氣隙以減少旁路磁通，

2、從而減少繞組損耗。前人的研究成果對電感設(shè)計具有指導(dǎo)意義，但對某些方面沒有進行詳細研究，特別是多氣隙中各小氣隙之間磁柱的長度對擴散磁通的影響，氣隙布置在磁芯拐角附近對擴散磁通的影響，以及分布氣隙的個數(shù)如何選擇等。近年來，電磁場有限元分析軟件得到廣泛的應(yīng)用，分析結(jié)果的正確性得到了大量的證實[2]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用電磁場有限元軟件對上述問題進行詳細的研究。2氣隙在磁芯柱上不同位置對繞組損耗的影響根據(jù)文獻[1]的分析，在電感中的磁通

3、可分成以下三個部分（如圖1所示）：(1)在磁芯中構(gòu)成回路的主磁通；(2)氣隙附近進入磁芯窗口的擴散磁通；(3)穿越磁柱之間窗口內(nèi)的旁路磁通。由于主磁通未深入磁芯窗口內(nèi)，故它不會在繞組上感應(yīng)出渦流。擴散磁通則會在氣隙附近的繞組上感應(yīng)出渦流。旁路磁通穿越磁柱間的磁芯窗口，將在繞組上感應(yīng)出渦流。氣隙在磁芯柱上的不同位置對磁芯窗口內(nèi)的擴散磁通和旁路磁通都可能產(chǎn)生影響。對繞組由漆包線構(gòu)成的電感，氣隙在磁芯柱上不同位置對磁芯窗口內(nèi)旁路磁通的影響在文

4、獻[1]中已有詳細分析。本節(jié)主要分析對擴散磁對本節(jié)前面的氣隙位置對電感繞組損耗的分析進行了有限元驗證。電感結(jié)構(gòu)如圖3所示，兩種電感結(jié)構(gòu)都選用南京新康達公司的EE16A磁芯。圖3(a)為0.1mm銅箔繞制的電感，根據(jù)參數(shù)D的不同有三種方案，具體參數(shù)見圖3(a)和表1。當電感繞組中通過幅值為1A，頻率為300kHz的正弦電流時，用AnsoftMaxwell2D電磁場有限元軟件得到三種方案單位長度的繞組損耗隨氣隙在磁芯柱上位置的變化趨勢如圖4

5、(a)所示。根據(jù)前面的分析，氣隙位置b剛開始增加時，窗口內(nèi)擴散磁通增加。此時方案1繞組距氣隙較近，導(dǎo)致繞組損耗隨距離b的增加而增加。當b大于約3個氣隙距時，隨b的增加，磁芯窗口內(nèi)的擴散磁通開始減少，此時繞組損耗隨b的增加而減少。當b大約10個氣隙距時，隨b的增加，磁芯窗口內(nèi)的擴散磁通變化很小，此時繞組損耗隨b的增加而基本不變。為了在b剛開始增加時，使繞組損耗不增加，可以使繞組避開氣隙遠點的距離。方案2和方案3中繞組分別距氣隙3.25和4

6、.25個氣隙距，從圖4(a)可以看出繞組損耗在b剛開始增加時，繞組損耗不增加。圖3(b)為漆包線繞組制成的電感，根據(jù)參數(shù)D的不同有三種方案，具體參數(shù)見圖3(b)和表2。當電感繞組中通過幅值為0.1A，頻率為300kHz的正弦電流時，用AnsoftMaxwell2D電磁場有限元軟件得到三種方案單位長度的繞組損耗隨氣隙在磁芯柱上位置的變化趨勢如圖4(b)所示。對比圖4(a)和4(b)，在圖4(a)中當b大約為10個氣隙距時，繞組損耗隨b的增

7、加而基本不變。而在4(b)中，繞組損耗是隨b的增加而減少明顯的。這和前面的分析是一致的。是由于氣隙位置對兩者之間的旁路磁通的影響不同而產(chǎn)生的結(jié)果。而擴散磁通對兩者的損耗影響是一致的。3分布氣隙參數(shù)對繞組損耗的影響為了減少損耗，通常要求繞組避開氣隙一定的空間，一般為三個氣隙長度左右。這樣在氣隙較大時就會導(dǎo)致避讓區(qū)域過大，使磁芯窗口面積利用率大大降低。因此為了減少損耗和提高磁芯窗口面積的利用率，用分布的小氣隙來代替大氣隙。如果小氣隙之間的磁