開(kāi)關(guān)變壓器氣隙

1、?開(kāi)關(guān)變壓器氣隙開(kāi)關(guān)變壓器氣隙電感是開(kāi)關(guān)電源中重要的元件之一，其合理設(shè)計(jì)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(lái)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(kuò)散磁通引起的繞組損耗，繞組布置需避開(kāi)氣隙3個(gè)左右的氣隙長(zhǎng)度。然而對(duì)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(shí)可應(yīng)用多個(gè)小氣隙來(lái)構(gòu)成分布?xì)庀?。文獻(xiàn)[1]提出利用交錯(cuò)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(duì)電感設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，但對(duì)某些方面沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)研究，特別是多氣隙中各小氣隙之間磁柱的長(zhǎng)度對(duì)擴(kuò)散磁通的影響，氣隙布置在磁芯拐角附近對(duì)擴(kuò)散磁通的影響，以及分布?xì)庀兜膫€(gè)數(shù)如何選擇等。近年來(lái)，電磁場(chǎng)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(shí)[2]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用電磁場(chǎng)有限元軟件對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的研究。2氣隙在磁芯柱上不同位置對(duì)繞組損耗的影響根據(jù)文獻(xiàn)[1]的分析，在電感中的磁通

3、可分成以下三個(gè)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(jìn)入磁芯窗口的擴(kuò)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(huì)在繞組上感應(yīng)出渦流。擴(kuò)散磁通則會(huì)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(duì)磁芯窗口內(nèi)的擴(kuò)散磁通和旁路磁通都可能產(chǎn)生影響。對(duì)繞組由漆包線構(gòu)成的電感，氣隙在磁芯柱上不同位置對(duì)磁芯窗口內(nèi)旁路磁通的影響在文

4、獻(xiàn)[1]中已有詳細(xì)分析。本節(jié)主要分析對(duì)擴(kuò)散磁對(duì)本節(jié)前面的氣隙位置對(duì)電感繞組損耗的分析進(jìn)行了有限元驗(yàn)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(dá)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(jiàn)圖3(a)和表1。當(dāng)電感繞組中通過(guò)幅值為1A，頻率為300kHz的正弦電流時(shí)，用AnsoftMaxwell2D電磁場(chǎng)有限元軟件得到三種方案單位長(zhǎng)度的繞組損耗隨氣隙在磁芯柱上位置的變化趨勢(shì)如圖4

5、(a)所示。根據(jù)前面的分析，氣隙位置b剛開(kāi)始增加時(shí)，窗口內(nèi)擴(kuò)散磁通增加。此時(shí)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(dāng)b大于約3個(gè)氣隙距時(shí)，隨b的增加，磁芯窗口內(nèi)的擴(kuò)散磁通開(kāi)始減少，此時(shí)繞組損耗隨b的增加而減少。當(dāng)b大約10個(gè)氣隙距時(shí)，隨b的增加，磁芯窗口內(nèi)的擴(kuò)散磁通變化很小，此時(shí)繞組損耗隨b的增加而基本不變。為了在b剛開(kāi)始增加時(shí)，使繞組損耗不增加，可以使繞組避開(kāi)氣隙遠(yuǎn)點(diǎn)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(gè)氣隙距，從圖4(a)可以看出繞組損耗在b剛開(kāi)始增加時(shí)，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(jiàn)圖3(b)和表2。當(dāng)電感繞組中通過(guò)幅值為0.1A，頻率為300kHz的正弦電流時(shí)，用AnsoftMaxwell2D電磁場(chǎng)有限元軟件得到三種方案單位長(zhǎng)度的繞組損耗隨氣隙在磁芯柱上位置的變化趨勢(shì)如圖4(b)所示。對(duì)比圖4(a)和4(b)，在圖4(a)中當(dāng)b大約為10個(gè)氣隙距時(shí)，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(duì)兩者之間的旁路磁通的影響不同而產(chǎn)生的結(jié)果。而擴(kuò)散磁通對(duì)兩者的損耗影響是一致的。3分布?xì)庀秴?shù)對(duì)繞組損耗的影響為了減少損耗，通常要求繞組避開(kāi)氣隙一定的空間，一般為三個(gè)氣隙長(zhǎng)度左右。這樣在氣隙較大時(shí)就會(huì)導(dǎo)致避讓區(qū)域過(guò)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(lái)代替大氣隙。如果小氣隙之間的磁