气隙位置对电感参数的影响以及改进
开关变压器气隙
开关变压器气隙对于高频电感，相对气隙设在磁芯中部，如气隙设在磁芯拐角处，会使此处的扩散磁通更容易深入到磁芯窗口内（如图2(a)、(b)所示），这是因为磁通的分布，与所通过路径的磁阻分布有关。
相对气隙设在磁芯中部，气隙设在拐角处，扩散磁通经过路径的磁阻要比气隙设在磁芯窗口中部要小。
这样就会容易导致绕组损耗的增加。
另外如气隙靠近磁芯的上端面，在窗口内，有一部分磁通会绕过磁柱上的短端，直接在磁芯上端面和磁柱的长端之间形成一个磁通路(如图2(c)所示) ，从而使窗口内的扩散磁通增加。
在图3所示的电感结构中，如此时绕组靠近气隙，将导致绕组损耗刚开始时，随气隙在磁芯柱上的位置b 的增加而增加。
当b 增加到对应使扩散磁通最多时，绕组损耗增加到最大值。
此后随b 的增加，由扩散磁通引起的绕组损耗将随b 的增加而减少。
最后当b 增加到较大时，由于气隙距磁芯上端面较远，磁芯上端面对气隙附近的扩散磁通已不能产生影响。
这时随b 的增加，由扩散磁通引起的绕组损耗基本不变。
为了使绕组损耗刚开始时不随b 的增加而增大，可加大绕组与气隙间的距离，以减少气隙附近扩散磁通对绕组损耗的影响。
在图3所示的2种电感结构中，用铜箔绕制的绕组损耗随气隙位置b 的变化趋势与漆包线绕组是不同的。
这是因为两者之间在窗口内的磁通分布不同引起的。
用漆包线绕制的电感，旁路磁通的分布如图1(a)所示[1]。
而用铜箔绕制的电感，由于铜层对磁场的屏蔽作用，旁路磁通的分布如图1(b)所示。
磁通在窗口内的方向是在磁芯上下端面之间。
在这种情况下，改变气隙在磁芯柱上的位置，将对旁路磁通不会产生什么影响。
所以当距离b 较大时，随着b 的进一步增加铜层绕组损耗将基本不变。
而当距离b 较小时，b 的改变对绕组的损耗是有影响的，根据前面的分析，此时是气隙位置对扩散磁通的影响而造成的。
而用漆包线绕制的绕组，改变气隙在磁柱上的位置而能影响旁路磁通，从而影响绕组损耗，详细情况可参考文献[1]。
电感器加气隙的作用
电感器加气隙的作用
电感器加气隙的作用主要有以下几点：
1. 减小磁导率：在电感器中开气隙可以降低磁导率，这有助于减少电感器对磁芯材料的初始磁导率的依赖。
2. 避免磁饱和：气隙的存在可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，从而更好地控制电感量。
3. 频率调节：在电子设备和电路中，气隙的打开和关闭可以实现特定的频率。
当气隙处于打开状态时，电路中的电流逐渐增加，同时在电容器中储存能量。
当气隙关闭后，电容器中的电流开始流回电感中，这个过程中产生的振荡作用就能够产生特定的频率。
因此，电感开气隙在电子仪器和无线电通讯设备中有广泛应用。
4. 波形调节：电感开气隙还可以用于产生特定的波形，例如正弦波、方波和锯齿波等。
此外，气隙还可以消除电路中的杂波和干扰信号，提高电路的抗干扰性能。
5. 电流保护：当电路中的电流超过一定阈值时，气隙会自动打开，从而阻断电路，保护电路中的其他元器件不受电流过载损坏的影响。
总的来说，电感器加气隙在电子领域中是一种重要的电路控制手段，能够实现电路的频率调节、波形调节和电流保护等功能，在电子仪器、计算机通信和电力控制等多个领域有着广泛的应用。
变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理
变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理当外部施加压力时，容器内的介质受到压力作用产生位移，从而改变
了容器底部磁铁与容器底部的距离，即气隙的厚度。
磁铁的运动会导致电
感产生变化。
电感是在一个变化的磁场中，电流发生变化时所产生的自感
应电动势。
在变气隙厚度电感式压力传感器中，电感是通过一个螺线管来实现的。
螺线管由若干匝的细铜线组成，上面串联着一个电阻。
当磁铁与螺线管上
的线圈相对运动时，磁场的变化会引起线圈中的电流变化，从而产生自感
应电动势。
通过接入一个外部电路，可以测量出电感式传感器中的电流变化。
电
流的变化与所加入的压力成正比。
因此，我们可以通过测量传感器中的电
流变化来确定压力的大小。
需要注意的是，变气隙厚度电感式压力传感器的灵敏度取决于气隙厚
度的变化。
一般来说，气隙越小，灵敏度越高。
同时，为了减小磁铁与螺
线管的磁阻，可以使用永磁体作为磁铁，以增加传感器的灵敏度。
总结起来，变气隙厚度电感式压力传感器的工作原理是利用介质压力
导致容器底部磁铁和螺线管之间的气隙厚度变化，从而改变电感，进而测
量出压力的变化。
这种传感器具有结构简单、精度高、灵敏度高等优点，
广泛应用于工业自动化控制、航空航天、汽车等领域。
高频低压平面变压器磁芯气隙的研究
第38卷第3期计算机仿真2021年3月文章编号：1006 - 9348 (2021)03 - 0190 - 04高频低压平面变压器磁芯气隙的研究王星，程志江，孟德炀，翁雄亮(新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047)摘要:变压器时常发生磁饱和现象。
为防止磁饱和的发生，通常在磁路中加人一段气隙或减少绕组匝数。
研究在磁回路中 加人气隙来避免磁饱和时，气隙量对高频平面变压器特性参数的影响。
以TDK铁氧体设计的髙频平面变压器为研究对象，通过理论分析计算出饱和电流和气隙量。
在ANSYS中建立3D仿真模型和电路简化模型，改变气隙量，分析高频平面变压 器的涡流场、静电场特性以及原副边电压特性，将仿真数据用MATLAB处理后，得出其电气参数变化规律。
关键词：髙频平面变压器;涡流场;静电场;磁芯气隙;磁饱和中图分类号:TP391.9 文献标识码:BResearch on Air Gap of Magnetic Core of Low Voltage H P TWANG Xing,CHENG Zhi - Jiang,MENG De - Yang, WENG Xiong - Liang(College of Electrical Engineering,Xinjiang University,WulumuqiXinjiang830047,China) ABSTRACT:Magnetic saturation often occurs in transformers.In order to prevent the occurrence of it,an air gap is usually added to the magnetic circuit or the number of winding turns is reduced.This paper studied the effect of air gap on the characteristic parameters of high frequency planar transformer when air gap was added to the magnetic circuit to avoid magnetic saturation.Taking the high frequency planar transformer designed by TDK ferrite as the research object,the saturation current and air gap were calculated through theoretical analysis.In ANSYS,a3D simulation model and a simplified circuit model were established to change the air gap and analyze the eddy current field, electrostatic field characteristics and the original and secondary voltage characteristics of high frequency planar transformer.After processing the simulation data with MATLAB,the variation law of electrical parameters was obtained.KEYW ORDS：High frequency planar transformer；Eddy current field；electrostatic field；Magnetic core gap；Magnetic saturationi引言在磁化曲线（B-H曲线）中，当磁场强度（H)达到某一 值时，磁感应强度（B)就不再随磁场强度的增加而增加了，这种现象就叫做磁饱和现象。
《传感与检测技术》习题及解答
第1章传感与检测技术基础1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过 11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
整理磁路交叉饱和及电感参数补偿的内置式永磁同步电机解耦控制
磁路交叉饱和及电感参数补偿的内置式永磁同步电机解耦控制摘要：分析了磁路交义饱和对内置式水融 M 步电机 (IPMsM) 桶速控制系统性能的影响；建立了考虑磁路交叉饱和并对其电感参数进行补偿的控制算法。
利用 MATIAB 仿真上具，建立了具有饱和特件的 IPMsM 模型，及基于空间矢量脉宽调制(sVPwM) 控制方法的考虑饱和补偿的前馈解耦调速控制系统模型，实现了恒转矩和恒功率运行范围的系统仿真、仿真结果表明采用该拧制力法可有效提高调速系统的跟随性、鲁棒性和精确度。
关键词：解耦控制；交叉饱和；内置式永磁同步电机0 引言永磁同步电机 (Permanent Magnet svnchm_nous Motor ，PMsM) 具有能量密度高、效率高、可靠性高、体积小、结构简单等优点，其在航空航天、数控加工、电动汽车驱动等领域已得到了广泛应用[1-3] 。
根据永磁体在转子侧安装位置的不同，可将电机分为表面式 PMsM 和内置式 PMsM(InnerPMsM ， IPMsM) 。
IPMsM 存在磁阻转矩，提高了恒转矩区的转矩输出能力，并且拓宽了恒功率区的速度运行范围，更符合电动汽车使用要求。
PMsM 是一个多变量、强耦合、非线性的系统，交叉饱和、耦合等多种冈素的影响使电机的控制性能和精度不理想 [5] 。
本文在对考虑饱和的电机参数和 PMsM 的数学模型分析的基础上，利用 MAATLAB 建市了具有饱和特性的电机模型。
采用每安培最大转矩和弱磁控制策略，在调速控制系统加入跟随电机参数变化的解耦控制模块，实现考虑饱和补偿的优化控制，并与没有饱和补偿的控制系统模型进行比较。
最后，基于 MAT —LAB 建立系统仿真模型，仿真结果表明改进后的系统具有较快的响应时间，拓宽了高速区的范围，提高了低速区的输出转矩。
1 IPMsM 数学模型以坐标旋转变换为基础的 PMsM 矢量控制，在 dq 同步旋转坐标系下实现了类似直流电机的控制性能。
改进型分段气隙的高频平面变压器研究
电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU -EPSA第33卷第6期2021年6月Vol.33No.6Jun.2021改进型分段气隙的高频平面变压器研究侯宇琦，王议锋，陈晨，陈博（天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072）摘要：基于一种适用于家庭储能的1MHz 双向Multi -CLLC 直流变换器，提出了一种应用于高频变换器的平面变压器设计方法。
该方法充分考虑了高频应用下的磁芯材料特性、磁路磁通相消原理和绕组趋肤效应、邻近效应的影响，对磁件设计具有重要意义。
搭建了一台400W 的实验样机验证设计的合理性与可靠性，在额定工况下进行实验，实现了最高94%的工作效率。
分析实验波形存在的问题，提出改进型分段气隙变压器结构，对低压侧三路输出不均的问题进行改善，并利用ANSYS Maxwell 3D 瞬态场和涡流场求解器仿真验证了改进型结构在磁场分布、磁芯损耗和绕组损耗三方面的优化效果，证明了改进结构的可行性。
关键词：平面变压器；高频；双向直流变换器；谐振拓扑；高增益中图分类号：TM464文献标志码：A文章编号：1003-8930（2021）06-0110-11DOI ：10.19635/ki.csu -epsa.000739Research on High -frequency Planar Transformer with Modified Sectional -air -gapStructureHOU Yuqi ，WANG Yifeng ，CHEN Chen ，CHEN Bo（Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ）Abstract:Based on a 1MHz bidirectional Multi -CLLC DC/DC converter which is suitable for household energy stor⁃age ，a planar transformer design method for high -frequency converters is proposed in this paper.This method fully con⁃siders the material characteristics of magnetic core ，the principle of magnetic circuit flux cancellation ，winding skin ef⁃fect ，and proximity effect ，which is of significance to the design of magnetic components.A 400W experimental proto⁃type was built to verify the rationality and reliability of the design.Under rated conditions ，the maximum working effi⁃ciency achieved 94%.In addition ，after the analysis of the problems in experimental waveforms ，a modified sectional -air -gap transformer structure was proposed to improve the uneven output from the three transformers on the low -voltage ing ANSYS Maxwell 3D transient solver and eddy current solver ，the optimization effects of the modified struc⁃ture on the magnetic field distribution ，core loss and winding loss are verified ，which proves the feasibility of the modi⁃fied structure.Keywords:planar transformer ；high frequency ；bidirectional DC/DC converter ；resonant topology ；high voltage gain 随着电力电子技术的发展，家庭储能发电系统将成为分布式电网的最小单位。
气隙与漏感的关系
气隙与漏感的关系磁芯饱和就相当于变压器的一次侧是个空心线圈（相当于短路），它的电流会很大，一直上升到烧坏变压器或者保险管为止。
磁芯气隙是磁芯空气间隙的简称，一般铁氧体，和硅钢的磁芯都不是一个整体的闭合体，是由E字体对接的对接口处有意无意留下的间隙就是磁芯气隙，所以人们不需要磁芯气隙时可以采用环型变压器，用到磁芯气隙时就故意加大对接的缺口，或在缺口处垫非导磁材料，如高温纸。
高频变压器才开气隙，是为了防止铁芯磁饱合，因为UPS中有高次诣波，所以要开气隙，但变压器开气隙的原理和电感是不一样的。
变压器都是硅钢片拼成的，两个对着的硅钢片之间的间隙叫气隙。
气隙大了当然磁阻就大了。
变压器留气隙是为了防止在工作中产生磁饱和！气隙是在铁芯交合处留的缝隙!和绕线无关。
有了气隙的确是增加了磁阻，但却是有益的！气隙的作用是减小磁导率，使线涠特性较少地依赖于磁芯材料的起始磁导率。
气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。
然而，在气隙降低磁导率的情况下要求线圈圈数较多，相关的铜损也增加，所以需要适当的折中。
一般反激式电源，在气隙较小时，气隙越小，功率越小，气隙越大，功率越大，一般气隙能调到满足最大输出功率即可当然任何条件下不能进入饱和区即输入电流不能出现上冲现象。
在磨气隙时可用一小条水沙纸(加水磨速度较快较平)，底下垫玻璃,要气隙大就磨中间，想减小点气隙就磨两边。
反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数，由于反激电源需要变压器储存能量，要使变压器铁芯得到充分利用，一般都要在磁路中开气隙，其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率，使变压器能够承受大的脉冲电流冲击，而不至于铁芯进入饱和非线形状态，磁路中气隙处于高磁阻状态，在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。
变压器初次极间的耦合，也是确定漏感的关键因素，要尽量使初次极线圈靠近，可采用三明治绕法，但这样会使变压器分布电容增大。
选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯，可减小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
传感器与检测技术第2章(3)-电感式位移传感器
4 4
3
4
2 2 1 （a） 变气隙型 （b） 变面积型
差动式自感传感器 1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
21
（一）自感式传感器
1.自感式传感器的工作原理 差动式与单线圈电感式传感器相比，具有优点： ① 线性好； ② 灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号 大一倍； ③ 温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度 的影响，由于能互相抵消而减小； ④ 电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而 减小。
1
四 电感式传感器
电感式传感器的工作基础：电磁感应 电感式位移传感器是将被测物理量位移转化
为自感L、互感M的变化，并通过测量电感 量的变化确定位移量。 由于电感式位移传感器输出功率大、灵敏度 高、稳定性好等优点，所以得到广泛应用。
2
四 电感式传感器
被测非电量
电磁 感应
自感系数 L 自感系数L 互感系数M M
2 1 3
4
30
（二）互感式传感器—差动变压器
1.互感式传感器的结构与工作原理
初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器
的原边，而次级线圈由结构尺寸和参数相同的两 个线圈反相串接而成，且以差动方式输出，相当 于变压器的副边。所以又把这种传感器称为差动 变压器式电感传感器，通常简称为差动变压器。 1 3
N 0 S0 N L R 2
2
2
L= f (δ ) δ ，S
电感传感器特性
8
（一）自感式传感器
1.自感式传感器的工作原理
线圈
铁芯
δ
衔铁 Δδ
9
（一）自感式传感器
1.自感式传感器的工作原理 变气隙式自感传感器的输出特性
高频电感器线圈损耗
2008.08 ·
99
技术与应用 · TECHNOLOGY
& APPLICATION
的温升。由于现有开发的粉芯磁材料高频损耗特性仍不尽 人意，因此研究高频电感器线圈设计技术和开发新型磁心 结构以减小电感器损耗（线圈损耗）具有重要意义，业界 对此已开展了广泛研究，如通过线圈形状和磁心窗口形状 的设计［１－５］，通过引入准分布气隙（Ｑｕａｓｉ－ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｉｒ－ ｇａｐ）［６，７］、分布气隙（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｉｒ－ｇａｐ）［６，８］，或通过气隙的 交错布置 ［９］以及采用低磁导率磁材料构造辅助磁路的分布 磁压结构
图２． ＥＩ型磁心电感器线圈窗口磁场 Ｆｉｇ．２ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｗｉｎｄｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｓｈｏｗｅｄ ｉｎ Ｆｉｇ．１
图３． 简化的ＥＩ型磁心电感器线圈窗口磁场 Ｆｉｇ．３ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｗｉｎｄｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ ｓｈｏｗｅｄ ｉｎ Ｆｉｇ．１
TECHNOLOGY & APPLICATION ·
技术与应用
设计磁压以减小高频电感器线圈损耗 技术的研究
毛行奎，陈 为 福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 ３５０００２
摘 要： 应用有限元仿真软件深入研究了高频开气隙功率电感器线圈窗口磁场特征及其引起原因，结果表明气隙（磁 压）位置对电感器线圈窗口磁场分布有重要影响，进而严重影响线圈涡流损耗。在此基础上，提出通过设计电 感器磁压以减小其线圈涡流损耗的设计方法。据此设计方法对一些采用标准化以及非标准化磁心的高频功率电 感器线圈涡流损耗进行了分析与设计，并给出设计准则。有限元仿真验证了所提出的设计方法可以有效、很方 便地指导减小高频电感器线圈涡流损耗的研究。 关键词：开关电源；高频功率电感器；线圈损耗；功率变换器
第3章 电感式传感器及其信号调理
当铁芯位于中间位置时，M M M ，E =0 铁芯向上位移时，M M M M M M ，
1 2
s
1
2
Es
2 jM E p Rp jLp
1
铁芯向下位移时，M
Es
M M
M 2 M M，
2 jM E p Rp jLp
3.1 自感式传感器 3.1.1 单线圈自感传感器
自感式传感器亦称变隙式自感传感器或变磁 阻式自感传感器，根据铁芯线圈磁路气隙的改变， 引起磁路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。 气隙参数的改变可通过改变气隙长度和改变 气隙截面积两种方式实现。传感器线圈分单线圈 和双线圈两种。
图3-1单线圈变气隙式长度自感传感器
s
Us
j (M 2 M1 ) E p j (M 2 M1 ) E p RL RL RL ( Rs1 Rs 2 ) j ( L1 L2 ) Rp jLp RL Rs jLs Rp jLp
根据（3-19）画出差动变压器频率特性如图313。
3) 采用补偿电路，为常采用的零点残余电压补偿 电路原理图。消除零点残余电压的补偿电路有四 种： ①附加串联电阻以消除基波同相成分； ②附加并联电阻以消除基波正交成分； ③附加并联电容。改变相移，补偿高次谐波分量； ④附加反馈绕组和反馈电容，以补偿基波及高次谐 波分量。串联电阻的阻值很小，为0.5－5Ω ，并 联电阻的阻值为数十到数百千欧；并联电容的数 值在数百PF范围。实际数值通常由实验来确定。
U i L U0 4 L0
采用差动结构能带来的好处： 理论上消除了零位输出，衔铁所受电磁力平衡； 灵敏度提高一倍； 线性度得到改善(高次项能部分相互抵消)； 差动形式可减弱或消除温度、电源变化及外界干 扰等共模干扰的影响。因为这些干扰是以相同的 方向、相同的幅度作用在两个线圈上的，所引起 的自感变化的大小和符号相同，而信号调理电路 实质上是将两个线圈自感的差值转换为电信号。
反激变压器电感量及气隙的影响
单端反激架构是电源界应用的最为广泛的一种电源架构，主要是应用于150W以下功率范围的隔离电源中。因其外围器件少，电路简单等优点，而广泛被应用。
单端反激按照工作模式可以分为，不连续模式，临界模式以及连续模式，下面就将分别对这几种模式的变压器设计加以讨论，主要是讨论电感量以及气隙对对变压器的影响。
在同样电感量的情况下，在增加匝数的情况下，需要增加气隙，这才能有效防止饱和。
在同样匝数的情况下，电感量越小，电流峰峰值越大。
在IC如果采用电流模式时，较小的电感值也能有效防止磁通饱和。
我们可以知道：
可以得出：
又因为： ，我们可以得出：
当 时，
而由于
我们可以知道 ， ，可以得出：
我们可以得出，在同样初级匝数的情况下，磁通量正比于电感量的开方值。
二、CCM模式
在CCM模式下，同样能够将剩磁降低，这也有助于防止磁芯饱和。
由得 ， ，
其中：
的单位为磁芯面积（ ）
为磁通密度，单位为（特斯拉：T,备注： ）
所以有：
所以可以推出：
另外一个推导公式：（
,可以得出：
（ ）
进一步可以得出：
，前一项是磁芯储能，后一项是气隙储能。
）
在正激类变压器中，增加气隙能够将剩磁降低，这也有助于防止磁芯饱和。
同样，在控制IC为电流控制模式的时候， 在电感量较小的时候比较大，所以可以有效防止饱和。
推导如下：
由DCM模式：
我们知道：
(1-3)
一个周期T内提供的能量为：
（1-4）
由于 ,带入式（1-5）得到：
（1-6）
从式（1-3）我们知道如果加气隙之后，磁导率降低（备注： ,如果 ，则相对磁导率为： ， 为有效磁导率， 为磁路长度， 为气隙长度，其中也就是说有效磁导率降低了，推导见《开关电源中的磁性元件》P44，另外一个公式lc/μc+ lg/μo=N2Ae / L），随着气隙增大，电感量Lp减小（由公式我们知道： ，推导过程见《开关电源中的磁性元件》P33，上式中，B为磁通密度，A为磁芯截面积，l为磁路长度，H为磁场强度。）在输入功率、电压、周期T不变的情况下，则dt必然减小。
开关变压器磁芯气隙的选取
根据变压器的额定电压选取
总结词
额定电压越高，所需气隙越大。
详细描述
在高压应用中，为了防止磁芯饱和，需要适当增加气隙。气隙的大小应确保在最 大工作电压下，磁芯不会进入饱和状态。
根据变压器的额定电流选取
总结词
额定电流越大，所需气隙越小。
详细描述
电流越大，磁芯中的磁通密度越高，为了防止磁芯过热和磁饱和，需要减小气隙以减小励磁电感和磁通密度。
总结词：中等气隙
详细描述：对于100kHz的开关变压器，由于频率有所提高，磁芯的磁通密度相应增大，因此需要选择中等大小的气隙，通常 在0.5mm至1mm之间。中等的气隙可以在减小磁阻和提高效率之间取得平衡。
实例三：200kHz开关变压器的气隙选取
总结词：较大气隙
详细描述：对于200kHz及以上的开关变压器，由于频率较高，磁芯的磁通密度较大，因此需要选择 较大的气隙，通常在1mm至2mm之间。较大的气隙可以减小磁芯的磁饱和现象，提高变压器的可靠 性。
适用范围
适用于研发阶段，对未知气隙值进 行探索和优化。
经验法
根据经验数据
适用范围
根据以往的设计经验，对于特定类型 的磁芯和用途，选取合适的气隙值。
适用于成熟产品设计和生产过程中， 对气隙值的快速选取。
考虑因素
经验法依赖于过往的设计经验和实际 运行效果，可能无法适应新的应用场 景和变化的工作条件。
04
作用
气隙的主要作用是调节磁通量和 磁路磁阻，从而影响变压器的性 能。
气隙对开关变压器性能的影响
01
02
03
磁通量调节
通过改变气隙大小，可以 调节磁通量的大小，进而 影响变压器的输出电压和 电流。
磁路磁阻
ansoft计算交直轴电感.
•
d
E 1j I •
图1永磁同步电动机相量图
通过大量的试验与计算验证,内置式永磁同步电动机功率角θ的范围为50°~55°,表面式永磁同步电动机功率角θ的范围为30°~35°,而永磁电动机的功率因数一般在0.95左右,即20ϕ≈°,所以可以得到内置式永磁同步电动机的ψ角为30°~35°,表面式永磁同步电动机的ψ角为10~15°°。本文计算时,内置式永磁同步电动机的ψ角选择为35°,表面式永磁同步电动机的ψ角选择为15°。为了验证ψ角选择的合理性,又对ψ角在±5°范围变化时的电抗参数值进行了校核,结果表明,参数值的误差范围均在1%以内。
从计算数据和试验数据可以看出:①内置式结构永磁同步电动机适合采用电压积分法来求取电抗参数;②表面式更适合采用伏安法来求取电抗参数。
表1内置径向式数据比较(误差以试验值为基值
计算结果试验结果误差对比(%功率/kW
X d
X q
X d
X q
X d
X q
0.12 0.128 0.398 0.1370.316 6.32 -26 0.25 0.115 0.311 0.1220.313 5.3 0.68 0.37 0.133 0.33 0.1420.351 6.48 5.92 0.55 0.227 0.435 0.2220.49 -2.68 11.2 0.75 0.253 0.488 0.2240.501 -13.1 2.46 2.5 0.4 0.663 0.381
系
⎪⎩⎪
⎨⎧−===2
m C B m
A I I I I I (4以A相轴线为原点,将永磁体的d轴与A相轴线重合,当0θ=°时,这时的dq轴电流如下
d m q 0
I I I =⎧⎪⎨=⎪⎩ (5
气隙位置对电感参数的影响及改进
气隙位置对电感参数的影响及改进除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感（Flyback变压器为耦合电感）。
气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。
为方便起见，从一EE型的Flyback变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通，旁路磁通及扩散磁通电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。
由于主磁通与线圈平面平行（假定线圈为铜箔且没有端部效应），它不会引入电流密度J的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。
但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。
如果，我们以气隙至磁轭的距离与磁芯中柱高度之比（hg/h）为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达100%。
这也就是我们通常EE Core 用得比EI Core多的一个原因吧！有没有办法将气隙优化且工艺方便？答案是肯定的：在以上影响电感损耗的两部分磁通中，扩散磁通与气隙形状有关，与位置关系不大，当然当它在两端时由于磁路长度发生一定变化，还是有所变化的。
为简化问题，此部分以后再作详细讨论。
那么，就只有旁路磁通的影响了。
通过下面的分析，可以得出，旁路磁通的大小是与磁芯高度方向上的平均磁压降密切相关的。
当气隙处于中间与两端时，磁压分布如下图所示：图a中的平均磁压降为IN/2，b为IN/4。
假定旁路磁通与底边平行，又由于B=dU*u0/w，可知，a中的磁密必定大于b中的磁密，磁场方向与线圈垂直。
下面是损耗与平均磁压降的关系：可得出磁压降越低，损耗越低的结论。
由此，如果我们可以将磁压降降得更低，就可得到损耗更低的电感！由于它将气隙交错布置，使磁压降在高度方向上出现二次转折，仅为IN/8。
它的损耗比起气隙居中者可再下降约50%。
文中指的损耗不包含磁芯损耗！。
从气隙开始认识电感的本质
从气隙开始认识电感的本质一、电感储能描述电感储能的实质为周围磁场的储能，以磁性导磁材料如铁氧体、非晶、纳米晶以及磁粉芯等闭合磁芯电感所产生的磁场被限制在特定空间内，这个特定空间一般均为磁芯介质，这类的磁场分布形式我们这里就称为'规则磁场'分布，规则磁场大大简化了磁场计算的复杂性，如下图是磁芯电感的示意图。
电感的储能也就是以磁介质为载体的周围磁场储能，磁场被限制在如图磁芯介质的红色虚线。
磁芯电感示意图二、电感储能定量表达式——电能转换为磁能的磁能积首先回顾一下电感的储能，电源中的储能电感常常涉及到从电能到磁能的过程转化，电能的表达式是我们熟悉的'电流'、'电压'以及'时间'的关系；那么我们用什么来描述电感对磁场的储能呢？这里需要引出磁能积，因为磁能积描述了能量和磁场以及磁芯体积的一种关系，磁能—磁能积的表达对于我们来说可能就陌生一些，这个前面我们专门讲过一节，这里做一些简单的回顾。
如下是一种磁芯电感，假设电感线圈两端感应电动势为'u'，电流为'i'，我们计算一下电能'E'输入：电能表达式（1）上式（1）中，包含电流，对于这种规则磁场，连接电流和磁场的关系便是'安培环路定理'，表达式如下，磁场是'H'：安培环路定理表达式（2）上式（1）中，也包含了电压，对于这种规则磁场，连接电压和磁场的关系便是'法拉第电磁感应定律'，表达式如下：法拉第电磁感应定律（3）结合上面（1）、（2）及（3）得出如下式磁能积表达式（4）表达式（4）描述了磁能是磁场与磁芯体积的关系，始终Ve表示磁芯有效体积，是磁路和磁芯截面积的乘积磁芯有效体积表达式（5）上面uc磁导率是磁芯材料的'绝对磁导率'不可与相对磁导率搞混淆，需要记住储能是磁场引发的磁场密度的储能，所以磁导率是材料的绝对磁导率，是磁芯材料的属性。
国家开放大学电大本科《传感器与测试技术》期末题库及答案
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《传感器与测试技术》题库及答案一一、简答题(每小题5分。
共20分)1．传感器：2．静特性：3．霍尔效应：4．压电效应：二、选择题(选择正确的答案，将其对应的字母填入括号内。
每空3分。
共12分)5．在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫( )。
A ．声光效应B ．热释电效应C ．光电导效应D ．光生伏特效应6．应变片绝缘电阻R m 是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值，通常要求R m 的范围是( )。
A ．50～100ΩM 以上B ．10～100ΩM 以上C ．50～l00ΩK 以上D ．100～500ΩM 以上7．利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。
利用( )可制成半导体光敏电阻。
利用( )制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。
A ．压电效应B ．外光电效应C ．磁电效应D ．声光效应E ．光电导效应三、问答题(每小题6分，共24分)8．无失真检测的条件是什么?9．什么叫金属应变片的横向效应?10．磁电式传感器有何优点?11．简述电容式传感器的工作原理。
四、简答题(16分)12．请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。
五、简述题(16分)13．常用的超声波探伤方法有哪些?各有什么特点?六、论述题(12分)14．简述传感器的选用原则与设计测试系统时应考虑的因素。
试题答案及评分标准一、简答题(每小题5分，共20分)1．传感器：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于精确处理和应用的另一种量的测量装置或系统。
小只推荐：气隙位置对电感参数的影响以及改进
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宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来；此句是中国流传下来的一句古训，喻为如果想要取得成绩，获取成就，就要能吃苦，勤于锻炼，这样才能靠自己的努力赢得胜利。
各个行业皆是如此。
在电源网论坛里，就存在这样一些人，他们时常能DIY出被网友们称之为的经典设计，出于大家能够共同学习的目的，小编抓住了难得的机会，整理了这些经典帖，供分享学习。
本文来自arlink精华帖。
--------小编语。
除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感(Flyback变压器为耦合电感)。
气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。
为方便起见，从一EE型的Flyback变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通、旁路磁通及扩散磁通。
电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。
由于主磁通与线圈平面平行(假定线圈为铜箔且没有端部效应)，它不会引入电流密度J的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。
但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。
如果，我们以气隙至磁轭的距离与磁芯中柱高度之比(hg/h)为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：
由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达。
永磁同步电机dq轴电感的变化
永磁同步电机dq轴电感的变化永磁同步电机是一种以永磁体作为励磁源的同步电机，它具有高效率、高功率因数、高转矩密度和快速响应等优点，在工业应用中得到了广泛的应用。
在永磁同步电机中，dq轴电感是一个重要的参数，它对电机的性能、调速性能以及电流响应速度等都有重要影响。
dq坐标系是一种在永磁同步电机中广泛采用的坐标系，它是相对于电机的定子而言的，d轴是与磁场方向相对的轴，q轴是垂直于磁场方向的轴。
dq坐标系中，电机的转子磁场不产生任何动态分量，只存在静态分量。
在dq轴坐标系下，永磁同步电机可以通过三个dq轴电感（Ld、Lq、L0）来描述。
其中，Ld和Lq分别是d轴和q轴的电感，L0是零序电感。
dq轴电感的大小会受到一些因素的影响，例如电机的设计参数、转子结构、永磁材料的选择等。
下面将从不同角度来探讨dq轴电感的变化。
首先，从电机的设计参数来看，永磁同步电机的dq轴电感会随着电机设计参数的变化而变化。
例如，电机的极对数和磁极高度的增加会使得dq轴电感增大，而定子磁链的增大会导致dq轴电感减小。
此外，电枢绕组的电磁设计也会对dq轴电感产生影响，例如电枢绕组绕组方式及绕组材料的选择等。
其次，转子结构对dq轴电感的变化也起着重要的影响。
永磁同步电机的转子结构常见的有铁芯转子和铁氧体转子两种形式。
铁芯转子常用于小功率的永磁同步电机，其dq轴电感较大。
而铁氧体转子则常用于大功率的永磁同步电机，其dq轴电感较小。
此外，转子的气隙也会对dq轴电感产生影响，气隙的增大会使得dq轴电感减小。
最后，永磁材料的选择也会对dq轴电感的变化起到很大影响。
永磁同步电机的永磁体通常采用钕铁硼或钴硼磁体，不同的永磁材料具有不同的磁化特性。
例如，钕铁硼磁体具有高磁能积和高矫顽力的特点，其dq轴电感较大；而钴硼磁体具有较高的剩磁和较低的矫顽力，其dq轴电感较小。
总的来说，永磁同步电机的dq轴电感会受到多种因素的影响，包括电机的设计参数、转子结构和永磁材料的选择等。
磁芯无气隙时的等效电感
在磁芯无气隙时，其等效电感可以通过磁通量和磁链的关系来计算。
对于一个理想的磁性材料，当不存在气隙时，磁通量与磁链成正比。
磁通量（Φ）与磁链（λ）的关系可以用以下公式表示：
\[ \Phi = \lambda \cdot A \]
其中：
- Φ是磁通量（单位：韦伯，Wb）
- λ是磁链（单位：安培-匝，A-turns）
- A 是磁芯横截面积（单位：平方米，m²）
对于无气隙的磁芯，可以假设磁链λ与磁通量Φ成正比。
在这种情况下，当施加给线圈的电流变化时，磁通量的变化也会导致磁链的变化。
等效电感（L）可以通过下面的公式来表示：
\[ L = \frac{N \cdot \Phi}{I} \]
其中：
- L 是电感（单位：亨利，H）
- N 是线圈的匝数（单位：匝，turns）
- Φ是磁通量（单位：韦伯，Wb）
- I 是线圈中的电流（单位：安培，A）
因此，在没有气隙的磁芯中，等效电感可以通过磁通量和施加的电流来计算。
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气隙位置对电感参数的影响以及改进
除了用铁粉芯作磁芯的电感外，一般电感(Flyback 变压器为耦合电感)。
气隙的位置对电感参数有较大影响，下面基于有限元计算对此问题进行分析并给出一种新结构之磁芯。
为方便起见，从一EE 型的Flyback 变压器开始分析，其内部磁场分为如下几个部分：主磁通、旁路磁通及扩散磁通。
电感器的损耗由旁路磁通及扩散磁通引起。
由于主磁通与线圈平面平行(假定线圈为铜箔且没有端部效应)，它不会引入电流密度J 的变化，从而不影响线圈内电流的分布，此时线圈内电流由线圈自己决定。
但旁路磁通与扩散磁通深入线圈，使铁芯窗口内的磁场分布不再均匀，从而引起电流的重新分布，使电流集中在某一处。
如果，我们以气隙至磁轭的距离与磁芯中柱高度之比(hg/h)为变量，可得出气隙在不同位置时电感器损耗变化图如下：
由此图可知，气隙在中间时损耗最小，在两端时损耗最大，差别可达100%。
这也就是我们通常EE Core 用得比EI Core 多的一个原因吧！
有没有办法将气隙优化且工艺方便？答案是肯定的：
在以上影响电感损耗的两部分磁通中，扩散磁通与气隙形状有关，与位置关系不大，当然当它在两端时由于磁路长度发生一定变化，还是有所变化的。
为简化问题，此部分以后再作详细讨论。
那么，就只有旁路磁通的影响了。
通过下面的分析，可以得出，旁路磁通的大小是与磁芯高度方向上的平均磁压降密切相关的。
当气隙处于中间与两端时，磁压分布如下图所示:
图a 中的平均磁压降为IN/2，b 为IN/4。