为什么储能需要反激式气隙?

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2022-01-04 21:36:03

为什么这么多消息来源说“由于反激式变压器存储能量,因此需要气隙”?我在教科书和应用笔记中看到了这种推理。

我认为气隙不能存储能量,我认为反激式变压器也可以通过其电感来存储能量,而气隙会降低电感,所以我认为它也会降低电感器/反激式存储能量的能力。

我哪里糊涂了?

4个回答

与正向拓扑变压器(初级和次级绕组同时导通)不同,反激式变压器必须在初级开关导通期间存储能量,在初级开关关断期间将其输送到负载。

正向拓扑变压器不需要任何间隙,因为峰值磁通密度仅是所施加的伏秒的函数;“通过”变压器传递的功率不是变量(除了它对占空比的影响)。只有磁化电流沿磁滞回线移动磁芯,如果一切设计良好,则不会造成任何饱和风险,因为初级和次级安匝相互抵消。

反激式变压器不具备正向转换器的安匝消除优势,因此整个 \$ \frac{1}{2}LI^2\$ 一次能量使磁芯向上移动其磁滞曲线。气隙使磁滞曲线变平,并通过降低磁芯的磁导率来允许更多的能量处理。与无间隙相比,您当然需要增加更多匝数才能获得所需的电感,但可以避免磁芯饱和。

这里的关键点是,如果没有气隙,如果您尝试将任何电流通过电感器,电感器就会饱和,因此电感器会下降并且您无法存储任何能量。

术语“反激变压器”有点误导,将其视为耦合电感器而不是变压器更有用,因为传统变压器的作用完全不同,能量同时进入初级和次级不储存能量。使用“反激式”变压器,能量首先被存储然后释放。

了解一些关于电感器的知识

$$v = L \frac{di}{dt} = NA \frac {dB}{dt}$$

其中 v 是电压,i 是电流,N 是匝数,B 是磁通密度,A 是有效磁面积。

$$H = \frac {N \ i}{l} \Rightarrow i = \frac {H \ l}{N} $$

其中 H 是磁场强度,N 是匝数,l 是磁路长度

最终渗透性

$$ \mu = \frac {B}{H} \Rightarrow H = \frac {B}{\mu} $$

因此

$$i = \frac{B \ l}{\mu \ N}$$

现在我们可以计算能量

$$ $$\begin{align} 能量 & = \int{i \ v} \ dt\\ & = \int{\left( \frac{B \ l}{\mu \ N} \right) \ \left ( NA \frac {dB}{dt} \right)} \dt\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\int{B} \ dB\\ & = \frac {A \ l}{ \mu}\frac{B^2}{2}\\ \end{align}$$ $$

因此,能量存储只能在气隙中进行,并且与气隙体积和磁通密度的平方成正比。

与包括你自己在内的大多数人的想法相反,大部分有用的能量都储存在核心的缝隙中。

对于铁氧体,间隙分布在微小的金属颗粒之间,因此它也具有用于计算的有效间隙。该间隙使 BH 环路线性化并增加了饱和前的电流处理。

气隙通常用于安全考虑。对于反激式变压器,您不希望初级和次级绕组之间产生电弧,并使用气隙。