等效電感值相關(guān)研究

電感作為電路中最基本的元器件之一,不僅可以和電容構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò),也應(yīng)用在無線電收發(fā)機(jī)的各個(gè)射頻模塊(濾波器,低噪聲放大器,功率放大器,混頻器,壓控振蕩器等)中,具有實(shí)現(xiàn)阻抗變換,反饋,調(diào)諧,濾波等功能。正是因?yàn)殡姼械淖饔梅浅４?應(yīng)用十分廣泛,所以對(duì)電感的研究必不可少 。

而隨著集成電路越來越趨于微型化,電感的參數(shù)特征使其在集成時(shí)的尺寸與品質(zhì)因數(shù)無法滿足使用要求,因而人們研究有源電感來解決無源電感尺寸與品質(zhì)因素方面的矛盾。所謂有源電感,就是利用有源器件,電阻和電容組成的有源網(wǎng)絡(luò)來模擬電感。有源網(wǎng)絡(luò)按工作原理的不同可以分為兩大類,反饋放大器類型和阻抗變換器類型。而對(duì)于有源電感的研究大部分都是基于阻抗變換器類型。

設(shè)計(jì)有源電感電路的關(guān)鍵是回轉(zhuǎn)器 。理想回轉(zhuǎn)器是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),具有倒逆特性。倒逆特性是可以把一個(gè)電容回轉(zhuǎn)成一個(gè)電感或者把一個(gè)電感回轉(zhuǎn)成電容的特性。當(dāng)輸入為一正弦電壓,負(fù)載阻抗是一個(gè)電容元件時(shí),回轉(zhuǎn)器將電容回轉(zhuǎn)成電感,稱為等效電感。

對(duì)2種典型電感電路進(jìn)行理論計(jì)算,得到電路的等效電感,通過電路的等效電感及國家標(biāo)準(zhǔn)中的參考曲線得到的最小點(diǎn)燃電流值,與通過試驗(yàn)得到的最小點(diǎn)燃電流進(jìn)行對(duì)比,得出用計(jì)算電路等效電感的方法來對(duì)電路進(jìn)行本安評(píng)定具有可操作性,從而對(duì)電路的本質(zhì)安全性能進(jìn)行無試驗(yàn)評(píng)價(jià)。2100433B

令兩個(gè)電感電路電流的平均值相等，即ip = i￠p ，因此由式(21)、(26)可得等效電感

采用等效電感和等效電流后，電樞回路電壓方程與電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程可表示為

由式(28)、(29)可得基于等效電感的電磁式雙凸極電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖6所示。圖6中， p p l T￠ = L￠ R為相繞組電磁時(shí)間。

比較圖2、圖6 可見，采用等效電感后，電磁式雙凸極電機(jī)動(dòng)態(tài)模型發(fā)生了三個(gè)變化：①電磁時(shí)間Tl￠變?yōu)槌?shù)；②避免出現(xiàn)反電勢磁阻分量epr；③電樞電流為等效直流電流。因此，雙凸極電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖大為簡化，與直流電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖完全一樣，從而大大簡化了雙凸極電機(jī)系統(tǒng)的分析與控制設(shè)計(jì)。

等效電感建模過程可簡單總結(jié)如下：（1）首先由式(5)與(3)分別求取電感變化區(qū)間Dq與自感變化率k；（2）然后根據(jù)式(22)、(23)求取中間變量Lc 、Lc-；（3）再由式(27)計(jì)算等效電感L￠p ；即可構(gòu)成式(28)、(29)或圖6所示的雙凸極電機(jī)系統(tǒng)等效模型。

上述等效電感方法是基于圖2所示的分段線性電感曲線，若考慮磁路的非線性，即電感不僅隨角度變化，而且隨繞組電流大小變化，這時(shí)仍可采用該方法。具體方法是：將電感特性用分段線性曲線族表示，一個(gè)電流值對(duì)應(yīng)一條分段線性電感曲線，對(duì)每條分段線性電感曲線求取等效電感，因此可得隨電流變化的等效電感曲線（單調(diào)變化），這時(shí)雖然較不考慮磁路非線性時(shí)復(fù)雜，但相對(duì)于同時(shí)考慮隨位置與電流變化的電感曲線而言，仍然大大簡化了仿真與控制設(shè)計(jì)。

等效電感值ESL (Equivalent Series Inductance )就是等效電感參數(shù)。和ESR(等效電阻)是電容的兩個(gè)參數(shù)。一只電容器會(huì)因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗，比較重要的就是ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感—這就是容抗的基礎(chǔ)。早期的卷制電容經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會(huì)成為ESR的一部分，并且ESL也會(huì)引發(fā)一些電路故障，比如串聯(lián)諧振等。但是相對(duì)容量來說，ESL的比例太小，出現(xiàn)問題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進(jìn)步，已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。

Q值過大，引起電感燒毀，電容擊穿，電路振蕩。

Q很大時(shí)，將有VL=VC>>V的現(xiàn)象出現(xiàn)。這種現(xiàn)象在電力系統(tǒng)中，往往導(dǎo)致電感器的絕緣和電容器中的電介質(zhì)被擊穿，造成損失。所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)該避免出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。而在一些無線電設(shè)備中，卻常利用諧振的特性,提高微弱信號(hào)的幅值。

品質(zhì)因數(shù)又可寫成Q=2pi*電路中存儲(chǔ)的能量/電路一個(gè)周期內(nèi)消耗的能量

通頻帶BW與諧振頻率w0和品質(zhì)因數(shù)Q的關(guān)系為：BW=wo/Q,表明，Q大則通頻帶窄，Q小則通頻帶寬。

Q=WL/R=1/gwl

其中:

Q是品質(zhì)因素

ω是電路諧振時(shí)的電源頻率

L是電感

R是串的電阻

g是電導(dǎo)

Q值是品質(zhì)因素，它是有功功率與總功功率之比