鐵心電感

電源濾波扼流圈用於平滑整流後的直流成分，減小其波紋電壓，以滿足電子設備對直流電源的要求。

電源濾波扼流圈的主要技術指標為： 電感量、直流電壓降。電感量由所要求的波紋係數，在進行整流器和濾波器計算時確定；直流電壓降影響整流器輸出電壓和負載調整率。

通過電源濾波扼流圈線圈的電流包括直流和交流兩部分，並以直流電流為主要成分。在扼流圈鐵心中存在着交直流兩種磁化場，其中直流分量是主要部分。

根據濾波器的種類，電源濾波扼流圈可分為電感輸入式和電容輸入式兩種。電感輸入式濾波扼流圈具有較高的波紋電壓，鐵心中交流磁感應強度一般在0.1T以上；電容輸入式濾波扼流圈具有較低的波紋電壓，鐵心中交流磁感應強度一般在0.1T以下。

電源濾波扼流圈的電感量隨着直流磁化電流的增加而降低，這是由於隨着直流磁化電 流的增大，鐵心越來越達到飽和狀態。在扼流圈鐵心磁路中引入非磁性間隙可以減小電感 隨直流磁化電流增大而產生的下降量，對應於給定的直流磁化電流，具有一個最佳的非磁性間隙，相應於這個最佳間隙，電源濾波扼流圈可獲得最大的電感值。

交流扼流圈用於交流回路中，作為平衡、鎮流、限流和濾波等感性元件來使用。

交流扼流圈工作於交流狀態，無直流磁化，類似於單線圈變壓器。其電磁過程與變壓 器的區別是： 在變壓器鐵心中的磁感應強度的確定取決於外施電壓，與實際的負載電流無 關；對大多數交流扼流圈來説，鐵心中磁感應強度的確定取決於負載電流，而與電路的外施電壓無關。

交流扼流圈的電感量隨交流磁場的變化而變化，而且是非線性的，只有在鐵心未達到飽和時，變化才近似線性，這時，電感隨交流磁場的增大而增大。在交流扼流圈鐵心中插入非磁性間隙將減小其電感量，但電感隨磁場的變化量也同時減小，因此變化非磁性間隙 的大小可調節電感值。當鐵心中非磁性間隙增大至一定值時，在磁場變化時，電感將基本保持不變，這時的交流扼流圈將具有線性的伏安特性。大多數交流扼流圈都具有接近於線 性的伏安特性。

交流扼流圈的主要技術指標是，在某一交流電流 (固定的或有一定變化範圍的)作用 下的電感值。對某些工作於高頻的交流扼流圈，品質因數Q也是一個重要的技術指標。

電感線圈多數用於高頻電路中，如濾波器用電感線圈，振盪迴路電感線圈，陷波器線圈，高頻扼流圈，匹配線圈，噪聲濾波線圈等。多數電感線圈工作於交流狀態，因此，它 屬於交流扼流圈範疇，是交流扼流圈的一個分支。

電感線圈的鐵心以鐵氧體磁芯使用最多，也有采用鉬坡莫粉末磁芯，鐵粉芯，鋁硅鐵粉芯，非晶或超微晶粉末磁芯及精密軟磁合金等。

電感線圈的主要技術指標為電感量和品質因數。在某些場合，對電感的温度穩定性也 有一定的要求。

飽和扼流圈用於穩定和調壓線路中，通過調節電路中的感抗來達到穩定或調節電壓的 目的。飽和扼流圈至少有兩個繞組，一個繞組(工作繞組) 接入調節交流電路，另一個繞 組(控制繞組) 接入直流電路。和電源濾波扼流圈及交流扼流圈不同，飽和扼流圈鐵心應 是無氣隙的。

飽和扼流圈鐵心中存在着交直流兩種磁化狀態，而且交流成分很大，由於鐵心磁化曲 線的非線性，工作繞組中電流波形是失真的，這在接近鐵心飽和時特別明顯。

飽和扼流圈的主要技術指標是： 電感量調節範圍或輸出電壓調節範圍，負載功率的最 大值與最小值，控制電流(功率) 的最大值與最小值，功率因數最小值等。

由於可控硅調壓裝置、磁性調壓器、可調穩壓變壓器的技術發展，飽和扼流圈應用範 圍逐步縮小，只有在大功率或特殊要求場合才使用，為此，本手冊將不加詳述 ^[1]  。

鐵心電感器線圈中通以交流電流後，所產生的磁通分為兩部分： 一部分是通過鐵心磁 路(包括在鐵心磁路中插入非磁性氣隙) 的主磁通，另一部分是通過線圈與鐵心柱間空隙 的漏磁通。根據電感的基本定義，我們將主磁通產生的電感稱為主電感

，將漏磁通產生 的電感稱為漏電感

。鐵心電感器的電感量L1應為這兩部分電感之和，即

在多數情況下，

，故

除特殊情況，一般只需計算其主電感。

鐵心電感器鐵心中無氣隙時，其漏電感可忽略不計，電感量按下式計算

式中：L——電感量(H)；

——鐵心交流磁導率；

N——線圈匝數；

——鐵心有效截面積(cm²)；

——鐵心平均磁路長度 (cm)。

鐵心交流磁導率

隨鐵心材料、鐵心型式(尺寸)、工作磁感應強度

或磁場強度

及工作頻率f而變化。圖1所示為鐵心材料採用1J79坡莫合金、厚0.2mm的XE5 鐵心在不同磁感應強度下的磁導率曲線。對一些電阻率很高的磁性材料，如鐵氧體磁芯， 其磁導率在其允許工作頻率範圍內不隨頻率而變，圖2所示。而對於粉末磁芯，如 鉬坡莫合金、鋁硅鐵粉芯、羰基鐵心等，在其允許的工作頻率和磁場範圍內，其磁導率基 本是恆定的。

由此可見，正確地確定鐵心的磁導率是電感計算的基礎。

交流磁導率

可通過測試不同磁性材料和型式的鐵心在不同磁場強度 (或磁感應強度)、不同頻率下的電感量L後，按下式算得

鐵心電感器中有氣隙時，當忽略其漏電感，其電感量按下式計算

式中：

——鐵心磁路中非磁性氣隙長度(cm)。式(3) 又可改寫為

式中：

——鐵心的有效磁導率，按下式計算

當

時，式 (3) 具有足夠的計算精度。

當

時，由於氣隙磁通邊緣擴散現 象(圖3)，使氣隙的導磁面積增大，氣隙 的有效長度變短。為此必須計算氣隙邊緣磁通的影響。

考慮氣隙磁通擴散後，氣隙導磁面積

可按 下式近似計算

氣隙的有效長度為

式中：

——考慮氣隙磁通擴散後的氣隙有效長度(cm)；

——鐵心磁路中實際的氣隙長度 (cm)；

——鐵心有效截面積(cm2);

——考慮氣隙磁通擴散後氣隙導磁面積(cm²)。

此時，在按式(3)計算電感或按式(5)計算有效磁導率時，將

代替上述式中的

。

當

時，由於氣隙磁阻決定了鐵心磁路中的整個磁阻，故電感量主要取決於 氣隙長度。

式中：

——考慮氣隙磁通擴散後的氣隙有效長度(cm)。

當漏電感不能忽略時，必須按以下公式計算漏電感

。

(1) 殼式或單線圈心式鐵心電感器(圖4) 漏電感按下式計算

式中：

——漏電感 (H)；

N——電感器線圈匝數；

——線圈繞線寬度 (cm)；

——洛氏係數；

——線圈漏磁等效面積(cm²)。

洛氏係數

按下式計算

式中：

——線圈總厚度(不包括內外層絕緣) (cm)；

——線圈與鐵心之間隙(cm)。

線圈漏磁等效面積

按下式計算

式中：

——線圈平均匝長(cm)。

(2) 雙線圈式鐵心電感器(圖5) 漏電感按下式計算

式中，

與

的計算可按式(10)和式(11)，但其中的

指每一個線圈的厚度 ^[1]  。

鐵心電感器的主電感

按式(8)進行計算。

鐵心電感器的電感L為