铁心电感基本计算式
铁心电感器线圈中通以交流电流后,所产生的磁通分为两部分: 一部分是通过铁心磁 路(包括在铁心磁路中插入非磁性气隙) 的主磁通,另一部分是通过线圈与铁心柱间空隙 的漏磁通。根据电感的基本定义,我们将主磁通产生的电感称为主电感 ,将漏磁通产生 的电感称为漏电感 。铁心电感器的电感量L1应为这两部分电感之和,即
在多数情况下, ,故
除特殊情况,一般只需计算其主电感。
铁心电感铁心中无气隙时的电感计算
铁心电感器铁心中无气隙时,其漏电感可忽略不计,电感量按下式计算
式中:L——电感量(H);
——铁心交流磁导率;
N——线圈匝数;
——铁心有效截面积(cm2);
——铁心平均磁路长度 (cm)。
铁心交流磁导率 随铁心材料、铁心型式(尺寸)、工作磁感应强度 或磁场强度 及工作频率f而变化。图1所示为铁心材料采用1J79坡莫合金、厚0.2mm的XE5 铁心在不同磁感应强度下的磁导率曲线。对一些电阻率很高的磁性材料,如铁氧体磁芯, 其磁导率在其允许工作频率范围内不随频率而变,图2所示。而对于粉末磁芯,如 钼坡莫合金、铝硅铁粉芯、羰基铁心等,在其允许的工作频率和磁场范围内,其磁导率基 本是恒定的。
由此可见,正确地确定铁心的磁导率是电感计算的基础。
交流磁导率 可通过测试不同磁性材料和型式的铁心在不同磁场强度 (或磁感应强度)、不同频率下的电感量L后,按下式算得
铁心电感铁心中有气隙时的电感计算
铁心电感器中有气隙时,当忽略其漏电感,其电感量按下式计算
式中: ——铁心磁路中非磁性气隙长度(cm)。式(3) 又可改写为
式中: ——铁心的有效磁导率,按下式计算
当 时,式 (3) 具有足够的计算精度。
当 时,由于气隙磁通边缘扩散现 象(图3),使气隙的导磁面积增大,气隙 的有效长度变短。为此必须计算气隙边缘磁通的影响。
考虑气隙磁通扩散后,气隙导磁面积 可按 下式近似计算
气隙的有效长度为
式中: ——考虑气隙磁通扩散后的气隙有效长度(cm);
——铁心磁路中实际的气隙长度 (cm);
——铁心有效截面积(cm2);
——考虑气隙磁通扩散后气隙导磁面积(cm2)。
此时,在按式(3)计算电感或按式(5)计算有效磁导率时,将 代替上述式中的 。
铁心电感大气隙电感计算
当 时,由于气隙磁阻决定了铁心磁路中的整个磁阻,故电感量主要取决于 气隙长度。
1. 当忽略漏电感时的电感计算
式中: ——考虑气隙磁通扩散后的气隙有效长度(cm)。
2. 考虑漏电感影响时的电感计算
当漏电感不能忽略时,必须按以下公式计算漏电感 。
(1) 壳式或单线圈心式铁心电感器(图4) 漏电感按下式计算
式中: ——漏电感 (H);
N——电感器线圈匝数;
——线圈绕线宽度 (cm);
——洛氏系数;
——线圈漏磁等效面积(cm2)。
洛氏系数 按下式计算
式中: ——线圈总厚度(不包括内外层绝缘) (cm);
——线圈与铁心之间隙(cm)。
线圈漏磁等效面积 按下式计算
式中: ——线圈平均匝长(cm)。
(2) 双线圈式铁心电感器(图5) 漏电感按下式计算
式中, 与 的计算可按式(10)和式(11),但其中的 指每一个线圈的厚度 。
铁心电感器的主电感 按式(8)进行计算。
铁心电感器的电感L为