關(guān)于電感值的工程變通計算和測試法
摘要：簡要地介紹了用常規(guī)方法計算電感值存在的困難，推導(dǎo)出一種計算電感的公式，從而繞開了對磁材磁性能指標(biāo)如Bs及μ值的準確了解，而能順利計算出所需的電感值。
關(guān)鍵詞：電感器 鎮(zhèn)流器 濾波器
1 引言 在開發(fā)電子鎮(zhèn)流器和電子節(jié)能燈電感鎮(zhèn)流器及電感式節(jié)能燈中，常常遇到鎮(zhèn)流電感及濾波電感值的計算問題。 但是電感值的計算程式比較繁瑣，并且在缺乏必要的磁材參數(shù)測量儀器的情況下，要嚴格按程式計算也是困難的，如果有設(shè)計仿真軟件當(dāng)然就容易了。
2 傳統(tǒng)的程式設(shè)計 例如：要設(shè)計40W電子鎮(zhèn)流器，電路需要L=1.6mH的電感，試計算磁芯大小、繞線匝數(shù)、磁路氣隙長度。 首先，計算磁芯截面積，確定磁芯尺寸。 為此，可由式（1）計算出磁芯面積乘積Ap Ap=(392L×Ip×D2)/ΔBm (1) 式中：Ap——磁芯面積乘積cm4 L——要求的電感值H Ip——鎮(zhèn)流線圈通過的電流峰值A(chǔ) ΔBm——脈沖磁感應(yīng)增量T D——鎮(zhèn)流線圈導(dǎo)線直徑mm 根據(jù)磁芯面積乘積Ap的計算值在設(shè)計手冊中選擇標(biāo)準規(guī)格磁芯或自行設(shè)計磁芯尺寸。
在此ΔBm一般取飽和磁感強度的1/2～2/3，即：ΔBm=（1/2～2/3）Bs。 Bs在一般磁材手冊中都是給定的，可以查找出來，所以，一般說，由式（1）計算磁芯尺寸，并不是難事，難在磁材本身參數(shù)的分散性，同一爐磁芯的參數(shù)差別有時會很大，手冊中給出的Bs—H曲線和參數(shù)是統(tǒng)計平均值，所以依據(jù)式（1）算出的尺寸，還要在實際使用中反復(fù)檢驗修正。 磁芯尺寸確定以后，計算空氣隙（對EI型磁芯就是夾多厚的墊片，對于環(huán)型鐵芯就是開多寬的間隙）一般是按式（2）計算：
lg=(0.4πL·I2}/Sp·ΔB2m (2) 式中：lg——磁芯氣隙長度cm L——所需的電感值H Ip——線圈中通過的電流峰值A(chǔ) ΔBm——脈沖磁感應(yīng)增量T Sp——磁芯截面積cm2 一般地說，根據(jù)式（2）計算氣隙大小，也不會太困難。困難仍在于ΔBm值，僅是廠家的統(tǒng)計平均值，對于同一規(guī)格的磁芯，不同廠家也是不同的，所以，依據(jù)式（2）算出的lg，僅是個大概值，還須在實際中去反復(fù)修正，也就是再試湊。 磁芯尺寸確定了，氣隙長度也確定了，就可以確定需繞多少匝，才能達到所需的電感值L。 根據(jù)L=4μ·N2×10－9×A (3)
可得
式中：N——為所需的繞組匝數(shù) A——磁芯的幾何形狀參數(shù) 要根據(jù)式（4）算出匝數(shù)，關(guān)鍵是要知道導(dǎo)磁率μ為多少，從廠家給的磁材手冊上查，μ值也只是個范圍。例如R2K磁芯，其初始導(dǎo)磁率實際上是在1800～2600之間，具體值得靠測量。測量磁參數(shù)的儀器，一般工廠是不具備的，于是要根據(jù)式（4）計算匝數(shù)就比較困難。尤其是在有氣隙的條件下，導(dǎo)磁率比無氣隙時下降了多少也是未知數(shù)。所以依據(jù)式（4）計算就更困難。一般是先假設(shè)μ，進行計算，算出匝數(shù)N，試繞好后測量L能否達到設(shè)計值，通常很難達到，則再另設(shè)μ值，再計算，這樣反復(fù)試湊下去，直到接近預(yù)定的L值結(jié)束。 以上就是根據(jù)已知電感量L，求磁芯尺寸，氣隙及繞組匝數(shù)的通用方法。 如果，設(shè)計一種鎮(zhèn)流器只計算一個電感值L，采用這種試湊計算也就算了，現(xiàn)在要面對市場，需要種種規(guī)格的鎮(zhèn)流電感，再這樣試湊，不僅時間上拖延了新品的開發(fā)進度，試制材料上也浪費很多。當(dāng)然如果有電感值計算仿真軟件，就另當(dāng)別論。 3 變通算法 根據(jù)前面計算出的磁芯尺寸、氣隙長度，先繞制一匝數(shù)為No的電感，其實測電感值為Lo，則有 Lo=4μNo2×10－9×A (5) 令式（3）式（5）相除并整理后得：
式中：L——為要求的電感值 No——為已知的匝數(shù) Lo——為已知的匝數(shù)下的電感值 這樣，對同一參數(shù)的磁芯，只要知道L、No、Lo三個參數(shù)，即可求出匝數(shù)N。 實際制作時我們先在磁芯上繞（環(huán)形磁芯可以直接繞，EI型磁芯可在骨架上繞）No=20匝，在電感儀上測出Lo，將此值代入式（6），即可求出在該磁芯上應(yīng)繞的匝數(shù)N。 間隙的確定： （1）間隙的作用 圖1及圖2中的曲線①為無間隙時磁芯的磁化曲線及導(dǎo)磁率μ與B的曲線，圖1及圖2中的曲線②為有氣隙時的相應(yīng)曲線。 從圖1及圖2的曲線可看出，同一磁芯開了氣隙后，可使B—H曲線斜率降低，使磁芯飽和點右移，從而增加了磁芯抗直流磁化的能力。但氣隙的加入，又使導(dǎo)磁率下降，所以氣隙有個最佳值，即在電感線圈通過最大峰值電流時，磁芯不進入飽和，同時又不致使導(dǎo)磁率降得太低，因為從式（3）可知，在所需電感量一定時若導(dǎo)磁率降低勢必要增加線圈匝數(shù)，這是個矛盾。 （2）確定最佳氣隙 按該鎮(zhèn)流電感所通過的最大電流峰值Ip，利用直流磁化電源，和電感測試儀配套連接，使通入的直流電流達到Ip時，電感量下降不超過零電流時的10％，即認為磁芯已經(jīng)到達最高Bm值，此時的間隙即為最佳氣隙長度。 如果通入Ip時，電感下降值超過10％，說明間隙小了些，可適當(dāng)再加大點，如果在Ip時，電感不下降，說明間隙片大了點，應(yīng)適當(dāng)減小點，這樣，邊測邊改，十幾分鐘就確定了最佳氣隙長度，避免了利用式（2）計算氣隙時因Bm值不確定帶來的反復(fù)試湊的麻煩。 根據(jù)上述可歸結(jié)出電感值計算三步法，即在根據(jù)電路要求或燈電參數(shù)確定了鎮(zhèn)流電感值L后，可按下述三步進行： ①利用式（1）確定磁芯尺寸； ②用直流磁化電源和電感測試儀確定氣隙； ③利用公式（6）計算所需的匝數(shù)。 當(dāng)然，這樣確定的鎮(zhèn)流電感值還要裝到電路里進行實驗確認。一般只需作簡單的匝數(shù)修正即可滿足設(shè)計要求，用這種變通法設(shè)計鎮(zhèn)流電感，繞開了對磁材磁性能指標(biāo)如μ及Bs的準確了解，而能順利設(shè)計出需要的電感值。 4 應(yīng)用效果 （1）我們在開發(fā)研制出的許多系列節(jié)能燈產(chǎn)品中所用的鎮(zhèn)流器電感，都是按上述三步法設(shè)計的，效果良好。 （2）利用變通計算法在已知產(chǎn)品的電感值，磁芯尺寸及間隙厚度條件下，反求其繞線的匝數(shù)。 當(dāng)有的電感繞組不能用測圈儀測量其匝數(shù)時，只好一圈一圈拆計數(shù)，對EI型磁芯還好拆，對于環(huán)形鐵芯拆起來較困難，尤其是小環(huán)、線細、匝數(shù)多的情況，現(xiàn)在利用變通算法，只要設(shè)法在原電感上繞20～30匝線，再測出新繞電感值Lo代入式（6）即可求出該電感的實際匝數(shù)。 （3）利用變通計算法控制環(huán)形鐵芯電感量的一致性。 在鐵芯卷繞及加工間隙時，由于操作工藝上的問題，會造成間隙厚度和形狀不一致，這樣，如按固定的匝數(shù)進行繞制，勢必造成各個環(huán)形電感值的很大差異，不符合設(shè)計要求。 為解決這個問題，一般采用寧肯多繞幾圈的辦法，在測量電感值時，再把多余的圈數(shù)拆掉（當(dāng)然拆幾圈比增加幾圈簡單一些） 我們在開始生產(chǎn)250W鈉燈鎮(zhèn)流器時，唯恐繞好后有的電感量不夠，就寧肯多繞十幾匝，結(jié)果逐個檢測電感量時，發(fā)現(xiàn)有的電感量基本接近設(shè)計值，而有的多繞了十幾匝，只好一個個地拆掉多余的匝數(shù)，浪費了銅線也費了工時。 為此，我們專門設(shè)計了一個工裝，用此工裝結(jié)合LCR測試儀可直接對每個鐵芯進行Lo的測量，并用標(biāo)簽貼在鐵芯上。工裝的No為30匝，測量一個批量后，用公式（6）計算，即知同一L值的鐵芯上應(yīng)繞的匝數(shù)。 對于某一功率的鎮(zhèn)流器，L是已知的，如250W鈉燈鎮(zhèn)流電感，L一般為190mH左右，則：
這就把一個較復(fù)雜的計算問題簡化，交由生產(chǎn)線工人來操作。
編輯：admin 最后修改時間：2018-01-05
