.什么是氣隙?

存在于鐵芯與鐵芯的隙縫，使鐵芯的部分磁路是由空氣構(gòu)成，故也可稱為空氣間隙 (AIR GAP )，如組合式鐵芯EE、PQ、EFD Core... 等，不是一個(gè)閉合體，而是由兩組鐵芯對(duì)接組合而成，對(duì)接面產(chǎn)生的間隙就是磁芯氣隙。而閉合體的鐵芯如T 、SQ CORE... 等，就沒(méi)有氣隙。

2.氣隙的用途?

變壓器的鐵芯中有氣隙時(shí)，因空氣的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)低于鐵芯導(dǎo)磁率，所以磁動(dòng)勢(shì)會(huì)在停留在氣隙上，增大磁阻，使其導(dǎo)磁率大大下降與剩磁降低，而且最大磁通密度Bm可以達(dá)到飽和磁通密度Bs，從而使磁通增量增大，鐵芯不易出現(xiàn)磁飽和。

1、氣隙的大小可以減小磁導(dǎo)率，控制感量。

2、氣隙可增大飽和電流，防止鐵芯磁飽和。

3、合適的氣隙大小可增大儲(chǔ)能的效果與上限。

4、氣隙能減小剩磁(Br)

5、開(kāi)氣隙會(huì)造成漏感增加，與激磁電流增大

3. 空氣氣隙能增加儲(chǔ)能的能力

單位體積內(nèi)的磁場(chǎng)能量稱為磁場(chǎng)能量密度。

定義式：ω=W/V=(BH)/2。

V是體積。

當(dāng)B強(qiáng)度的平方除以2μ時(shí)，儲(chǔ)能不變，而氣隙處的鐵芯磁導(dǎo)率μ轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈱?dǎo)磁率，因空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小與鐵芯導(dǎo)磁率，使氣隙處的儲(chǔ)能密度提升成百上千倍，因此空氣氣隙能增大了儲(chǔ)能的能力。

因能量密度=1/2的μ乘以H的平方當(dāng)電流相同時(shí)，H相同，不加氣隙的磁導(dǎo)率更高 ; 而氣隙太大，會(huì)因磁導(dǎo)率太低，使電感感量越來(lái)越難增加而加大了銅損，所以我們需要選擇合適的氣隙大小。

4. 加氣隙后的BH值變化

磁芯飽和就相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)是個(gè)空心線圈(相當(dāng)于短路)，它的電流會(huì)很大，一直上升到燒壞變壓器或者保險(xiǎn)管為止。

磁芯氣隙是磁芯空氣間隙的簡(jiǎn)稱，一般鐵氧體，和硅鋼的磁芯都不是一個(gè)整體的閉合體，是由E字體對(duì)接的對(duì)接口處有意無(wú)意留下的間隙就是磁芯氣隙，所以人們不需要磁芯氣隙時(shí)可以采用環(huán)型變壓器，用到磁芯氣隙時(shí)就故意加大對(duì)接的缺口，或在缺口處墊非導(dǎo)磁材料，如高溫紙。

高頻變壓器才開(kāi)氣隙，是為了防止鐵芯磁飽合，因?yàn)閁PS中有高次詣波，所以要開(kāi)氣隙，但變壓器開(kāi)氣隙的原理和電感是不一樣的。變壓器都是硅鋼片拼成的，兩個(gè)對(duì)著的硅鋼片之間的間隙叫氣隙。氣隙大了當(dāng)然磁阻就大了。變壓器留氣隙是為了防止在工作中產(chǎn)生磁飽和!氣隙是在鐵芯交合處留的縫隙!和繞線無(wú)關(guān)。有了氣隙的確是增加了磁阻，但卻是有益的!氣隙的作用是減小磁導(dǎo)率，使線潿特性較少地依賴于磁芯材料的起始磁導(dǎo)率。氣隙可以避免在交流大信號(hào)或直流偏置下的磁飽和現(xiàn)象，更好地控制電感量。然而，在氣隙降低磁導(dǎo)率的情況下要求線圈圈數(shù)較多，相關(guān)的銅損也增加，所以需要適當(dāng)?shù)恼壑小?

一般反激式電源,在氣隙較小時(shí),氣隙越小,功率越小,氣隙越大,功率越大,一般氣隙能調(diào)到滿足最大輸出功率即可,當(dāng)然任何條件下不能進(jìn)入飽和區(qū),即輸入電流不能出現(xiàn)上沖現(xiàn)象。在磨氣隙時(shí),可用一小條水沙紙(加水磨速度較快較平),底下墊玻璃,要?dú)庀洞缶湍ブ虚g,想減小點(diǎn)氣隙就磨兩邊。

反激電源變壓器漏感是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，由于反激電源需要變壓器儲(chǔ)存能量，要使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開(kāi)氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線的斜率，使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊，而不至于鐵芯進(jìn)入飽和非線形狀態(tài)，磁路中氣隙處于高磁阻狀態(tài)，在磁路中產(chǎn)生漏磁遠(yuǎn)大于完全閉合磁路。

變壓器初次極間的耦合，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì)使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(zhǎng)的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。

反激電源變壓器磁芯工作在單向磁化狀態(tài)，所以磁路需要開(kāi)氣隙，類似于脈動(dòng)直流電感器。部分磁路通過(guò)空氣縫隙耦合。為什么開(kāi)氣隙的原理本人理解為：由于功率鐵氧體也具有近似于矩形的工作特性曲線(磁滯回線)，在工作特性曲線上Y軸表示磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)，現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝一般飽和點(diǎn)在400mT以上，一般此值在設(shè)計(jì)中取值應(yīng)該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)此值與磁化電流強(qiáng)度成比例關(guān)系。磁路開(kāi)氣隙相當(dāng)于把磁體磁滯回線向X 軸向傾斜，在同樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，可承受更大的磁化電流，則相當(dāng)于磁心儲(chǔ)存更多的能量，此能量在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)通過(guò)變壓器次級(jí)瀉放到負(fù)載電路，反激電源磁芯開(kāi)氣隙有兩個(gè)作用，其一是傳遞更多能量，其二防止磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)。

反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態(tài)，不僅要通過(guò)磁耦合傳遞能量，還擔(dān)負(fù)電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心，氣隙太大可使漏感變大，磁滯損耗增加，鐵損、銅損增大，影響電源的整機(jī)性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和，導(dǎo)致電源損壞。

當(dāng)在變壓器鐵芯中留有氣隙時(shí)，由于空氣的導(dǎo)磁率只有鐵芯導(dǎo)磁率的幾千分之一，磁動(dòng)勢(shì)幾乎都降在氣隙上面。因此，留有氣隙的變壓器鐵芯，其平均導(dǎo)磁率將會(huì)大大下降;不但剩余磁通密度會(huì)降低，而且最大磁通密度Bm可以達(dá)到飽和磁通密度Bs，從而使磁通增量增大，變壓器鐵芯不再容易出現(xiàn)磁飽和。

加氣隙:

1.減小了電感;

2.激磁電流增大;

3.降低Br;

4.增加儲(chǔ)能能力,抗飽和好(Le大大增加,同樣的NI對(duì)應(yīng)的B小很多)。

開(kāi)氣隙后,由于漏感的增加,次級(jí)線圈所包圍的磁鏈?zhǔn)菧p少的。其實(shí)最根本的問(wèn)題是兩個(gè),

一:勵(lì)磁電流與輸出電流并聯(lián)，勵(lì)磁電流的增大即意味著效率的降低;

二:漏感增加,這個(gè)的危害就不說(shuō)了。(待考證)

漏感的原因會(huì)導(dǎo)致初次級(jí)線圈的磁通無(wú)法完全抵消，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)導(dǎo)致磁芯磁化，所以大功率的正激是需要加一點(diǎn)氣隙好讓變壓器直流成分都到氣隙里。這個(gè)磁通不完全抵消的理論我也是聽(tīng)說(shuō)的，覺(jué)得有道理。

正激在勵(lì)磁的同時(shí)傳遞能量，勵(lì)磁搭建能量傳遞的平臺(tái)，勵(lì)磁電流在關(guān)斷期間回饋能量給電源或被消耗掉進(jìn)行磁復(fù)位，勵(lì)磁電流越小激磁能量就越小，激磁損耗也越小。加氣隙后磁阻增大，磁芯中能夠儲(chǔ)備的磁能增大，磁芯剩磁Br也會(huì)減小，deltB(Bs-Br)增大，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期延長(zhǎng)時(shí)不易發(fā)生磁飽和，但勵(lì)磁電流和漏感均會(huì)增大。

工作頻率較低時(shí)，可加微量的氣隙，這時(shí)不易發(fā)生磁飽和，deltB增大，線圈匝數(shù)可以減少，銅損減少，但要注意磁復(fù)位和關(guān)斷期間的尖峰高壓。

工作頻率很高時(shí),單位時(shí)間內(nèi)磁芯中的磁能變化很大，磁芯損耗急劇增大，設(shè)計(jì)時(shí)磁芯的deltB的取值必須減小，這時(shí)Bs和Br不是限制因子，同時(shí)由于匝數(shù)已很少，沒(méi)有必要加氣隙增大漏感和勵(lì)磁電流。

1.儲(chǔ)能用的最好加一點(diǎn)氣隙，大幅提高其承受直流磁場(chǎng)偏置的能力;

2.對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，非儲(chǔ)能變壓器不用開(kāi)氣隙，直接把窗口面積繞滿;但通常受到體積、成本的限制，我們總是用盡可能小的磁芯出盡可能大的功率，此時(shí)最好也開(kāi)一點(diǎn)氣隙，這樣磁場(chǎng)強(qiáng)度小幅擾動(dòng)時(shí)不容易發(fā)生飽和現(xiàn)象;

3.電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳遞能量或者儲(chǔ)存能量，功率的傳遞過(guò)程：電能-磁能-電能。

一般，氣隙小可能導(dǎo)致變壓器飽和;氣隙大，將使整個(gè)電源負(fù)載特性變軟，空載和滿載輸出電壓變化變大，另外紋波尤其是毛刺加大。

磁芯的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣，根據(jù)H=B/u可以看出，u越小磁場(chǎng)強(qiáng)度H越強(qiáng)，而磁芯存儲(chǔ)的能量與H成正比，W=VuH2/2，V是體積，u磁導(dǎo)率，所以說(shuō)氣隙存儲(chǔ)了大部分的能量。

磁滯回線中的H是原邊勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H(Io)和原邊抗副邊電流所產(chǎn)生的H(I1)及副也電流所產(chǎn)生的H(I2)的矢量和。即H=H(Io) H(I1) H(I2)的矢量和，而H(I1)=-H(I2)，即H=H(Io)，所以磁滯回線中的H為H(Io)，那么它所對(duì)應(yīng)的電流是Io，而不是Io I1。

加氣隙提高飽和N*I，變壓器大部分能量存儲(chǔ)在氣隙中，氣隙越大，變壓器能存儲(chǔ)的能量越大，故不容易飽和，變壓器磁芯儲(chǔ)能能力 E=0.5*B*V*H.,加入氣隙后，H是磁芯和空氣部分等效He。

空心線圈永不飽和，故加入氣隙后，整個(gè)磁路具有一點(diǎn)空氣特性。飽和磁通密度仍然為磁芯材料的飽和磁通密度。但是，變壓器能承受更多能量(在氣隙中占大部分)。

氣隙越大，線圈中雜散磁場(chǎng)越強(qiáng)，導(dǎo)致渦流越大，損耗就大!

可近似認(rèn)為有氣隙鐵心的磁阻都集中在氣隙中:

Rm≈δ/μ*Ac (1)

其中μ=4*π*10^(-7) (H/m)——真空導(dǎo)磁率;

δ——?dú)庀逗?m);

Ac——?dú)庀睹娣e(m^2)

磁阻的倒數(shù)為磁導(dǎo),或稱每圈電感.所以有氣隙鐵心的電感量為:

L=μ*Ac*N*N/δ (H)(2)

另一方面,電感為單位電流產(chǎn)生的磁鏈,

L=ψ/I =N*Bm*Ac/Im (H) (3)

(Bm Im分別為最大磁密(T)與最大電流(A) )

所以,聯(lián)立(2)、(3)式有

δ=1000*μ*N*Im/Bm (mm) (4)

使用(4)式注意,

1)全部使用國(guó)際單位制;

2) (4)式為磁路氣隙之和,例如墊紙片形成氣隙時(shí),紙片厚度為(4)式的一半;

3)因(1)式略去了鐵心磁阻,故(2)式的計(jì)算結(jié)果略微偏大。

為什么電抗器氣隙越大，電感越小?電感和阻抗成正比關(guān)系么?

線圈的電感量是與磁路的磁導(dǎo)率u成正比的，氣隙越大，磁路的磁阻越大，也就是說(shuō)磁導(dǎo)率降低了，所以電感量就小了。電感的感抗 X = 2 * ∏ * f *L所以感抗X與電感量L成正比。

為什么說(shuō)磁導(dǎo)率降低了，所以電感量就小?

磁導(dǎo)率是磁阻的倒數(shù)，磁阻大了，磁導(dǎo)率就小了。那和電感量有什么關(guān)系呢?

線圈的電感量是與磁路的磁導(dǎo)率u成正比的。