作者 | Wang Jieyu
电感谐波损耗是指在含有谐波的电路中，电感元件因谐波电流流过而产生的额外能量损耗。
【产生原因】
谐波电流的存在：电力系统中的非线性负载（如变频器、开关电源等）会产生谐波电流，当这些谐波电流流过电感时，会在电感的磁芯和绕组中引起额外的损耗。
趋肤效应的影响：在高频谐波电流的作用下，电感绕组的交流电阻会因趋肤效应而增大，导致铜损增加。
磁芯损耗的增加：谐波电流会使磁芯的磁通密度变化率增加，导致磁滞损耗和涡流损耗增大。
【损耗类型】
铜损：由电感绕组的交流电阻引起的损耗，与谐波电流的平方成正比。
铁损：包括磁滞损耗和涡流损耗，与磁芯的磁通密度变化率和频率有关。
以下是基于CST LF Studio---LF solver的电感谐波损耗的仿真分析。
仿真建模与设置
【仿真模型】
【材料设置】
线圈材料设置
由于需要考虑趋肤效应及临近效应对铜损的影响，因此在这里线圈材料属性设置为normal。
磁芯材料设置
由于要考虑涡流损耗和磁滞损耗，因此要设置电导率和磁导率（实部和虚部）。在这里使用的是磁导率色散模型（一阶debye模型）。
【激励设置】
为方便数据后处理，激励电流设置为1。
【边界条件设置】
【求解器设置】
LF solver中source value scaling可根据实际情况选择，这里选择peak。
【仿真频率设置】
方法一：多频点仿真
添加关心的谐振频点，如前20个谐振频点（solver mode：full 3D）
方法二 ：宽带仿真
LF solver 宽带仿真设置（ solver mode： ROM）
仿真结果分析【1D results】
【2D/3D Results】
【谐波电流数据后处理】
电感电流时域波形后处理
Loss结果后处理 -- loss * i amp (fre)^2
1. 导入谐波电流频域波形，或导入谐波电流时域波形后做FFT，得到谐波电流频域波形。
2. 通过后处理计算谐波电流的下的loss：Total loss乘以谐波电流频域波形的平方。
3. 取关注的频点对应的值，可以复制到EXCEL中求和，即得到关心的谐波频率在电感上的总loss。
两种方法的对比：单频点仿真及宽带仿真
原始Loss结果对比
后处理后Loss结果对比
仿真时间对比
总结
【影响因素】
谐波频率：频率越高，趋肤效应越明显，铜损和铁损都会增加。
谐波电流幅值：谐波电流越大，铜损和铁损也越大。
磁芯材料和结构：不同的磁芯材料和结构对谐波损耗的影响不同。
【减少电感谐波损耗的方法】
使用低损耗磁芯材料：选择损耗系数较低的磁芯材料，可以有效降低铁损。
优化绕组设计：通过优化绕组的结构和布局，减少趋肤效应的影响，从而降低铜损。
谐波滤波器：在电路中安装谐波滤波器，可以有效减少流入电感的谐波电流。
（内容、图片来源：CST仿真专家之路公众号，侵删）
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