电子镇流器扼流圈的计算

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1、 电子镇流器扼流圈的计算1 引言 在开发电子镇流器和电子节能灯电感镇流器及电感式节能灯中，常常遇到镇流 电感及滤波电感值的计算问题。 但是电感值的计算程式比较繁琐，并且在缺乏必要的磁材参数测量仪器的情况 下，要严格按程式计算也是困难的，如果有设计仿真软件当然就容易了。 2 传统的程式设计 例如：要设计 40W 电子镇流器，电路需要 L=1.6mH 的电感，试计算磁芯大小 、绕线匝数、磁路气隙长度。 首先，计算磁芯截面积，确定磁芯尺寸。 为此，可由式（1）计算出磁芯面积乘积 Ap Ap=(392LIpD2)/Bm(1) 式中：Ap磁芯面积乘积 cm4 L要求的电感值 H Ip镇流线圈通过的电流峰

2、值 A Bm脉冲磁感应增量 T D镇流线圈导线直径 mm 根据磁芯面积乘积 Ap 的计算值在设计手册中选择标准规格磁芯或自行设计磁 芯尺寸。 在此 Bm 一般取饱和磁感强度的 1/22/3，即：Bm=（）Bs。 Bs 在一般磁材手册中都是给定的，可以查找出来，所以，一般说，由式（1） 计算磁芯尺寸，并不是难事，难在磁材本身参数的分散性，同一炉磁芯的参数 差别有时会很大，手册中给出的 BsH 曲线和参数是统计平均值，所以依据式 （1）算出的尺寸，还要在实际使用中反复检验修正。 磁芯尺寸确定以后，计算空气隙（对 EI 型磁芯就是夹多厚的垫片，对于环型铁芯就是开多宽的间隙）一般是按式（2）计算： l

3、g=(2) 式中：lg磁芯气隙长度 cm L所需的电感值 H Ip线圈中通过的电流峰值 A Bm脉冲磁感应增量 T Sp磁芯截面积 cm2 一般地说，根据式（2）计算气隙大小，也不会太困难。困难仍在于 Bm 值， 仅是厂家的统计平均值，对于同一规格的磁芯，不同厂家也是不同的，所以， 依据式（2）算出的 lg，仅是个大概值，还须在实际中去反复修正，也就是再试 凑。 磁芯尺寸确定了，气隙长度也确定了，就可以确定需绕多少匝，才能达到所需 的电感值 L。 根据 L=4N2109A(3) 可得 N=(4) 式中：N为所需的绕组匝数 A磁芯的几何形状参数 要根据式（4）算出匝数，关键是要知道导磁率 为多少

4、，从厂家给的磁材手 册上查， 值也只是个范围。例如 R2K 磁芯，其初始导磁率实际上是在 1800 2600 之间，具体值得靠测量。测量磁参数的仪器，一般工厂是不具备的，于 是要根据式（4）计算匝数就比较困难。尤其是在有气隙的条件下，导磁率比无 气隙时下降了多少也是未知数。所以依据式（4）计算就更困难。一般是先假设 ，进行计算，算出匝数 N，试绕好后测量 L 能否达到设计值，通常很难达到， 则再另设 值，再计算，这样反复试凑下去，直到接近预定的 L 值结束。 以上就是根据已知电感量 L，求磁芯尺寸，气隙及绕组匝数的通用方法。 如果，设计一种镇流器只计算一个电感值 L，采用这种试凑计算也就算了，

5、现 在要面对市场，需要种种规格的镇流电感，再这样试凑，不仅时间上拖延了新 品的开发进度，试制材料上也浪费很多。当然如果有电感值计算仿真软件，就 另当别论。 3 变通算法 根据前面计算出的磁芯尺寸、气隙长度，先绕制一匝数为 No 的电感，其实测 电感值为 Lo，则有 Lo=4No2109A(5) 令式（3）式（5）相除并整理后得： N=No（6） 式中：L为要求的电感值 No为已知的匝数 Lo为已知的匝数下的电感值 这样，对同一参数的磁芯，只要知道 L、No、Lo 三个参数，即可求出匝数 N。 实际制作时我们先在磁芯上绕（环形磁芯可以直接绕，EI 型磁芯可在骨架上绕 ）No=20 匝，在电感仪上

6、测出 Lo，将此值代入式（6），即可求出在该磁芯上应绕的匝数 N。 间隙的确定： （1）间隙的作用 图 1 及图 2 中的曲线为无间隙时磁芯的磁化曲线及导磁率 与 B 的曲线，图 1 及图 2 中的曲线为有气隙时的相应曲线。 从图 1 及图 2 的曲线可看出，同一磁芯开了气隙后，可使 BH 曲线斜率降低 ，使磁芯饱和点右移，从而增加了磁芯抗直流磁化的能力。但气隙的加入，又 使导磁率下降，所以气隙有个最佳值，即在电感线圈通过最大峰值电流时，磁 芯不进入饱和，同时又不致使导磁率降得太低，因为从式（3）可知，在所需电 感量一定时若导磁率降低势必要增加线圈匝数，这是个矛盾。 （2）确定最佳气隙 按该镇

7、流电感所通过的最大电流峰值 Ip，利用直流磁化电源，和电感测试仪配 套连接，使通入的直流电流达到 Ip 时，电感量下降不超过零电流时的 10， 即认为磁芯已经到达最高 Bm 值，此时的间隙即为最佳气隙长度。 如果通入 Ip 时，电感下降值超过 10，说明间隙小了些，可适当再加大点， 如果在 Ip 时，电感不下降，说明间隙片大了点，应适当减小点，这样，边测边 改，十几分钟就确定了最佳气隙长度，避免了利用式（2）计算气隙时因 Bm 值 不确定带来的反复试凑的麻烦。 根据上述可归结出电感值计算三步法，即在根据电路要求或灯电参数确定了镇 流电感值 L 后，可按下述三步进行： 利用式（1）确定磁芯尺寸；

8、 用直流磁化电源和电感测试仪确定气隙； 利用公式（6）计算所需的匝数。 当然，这样确定的镇流电感值还要装到电路里进行实验确认。一般只需作简单 的匝数修正即可满足设计要求，用这种变通法设计镇流电感，绕开了对磁材磁 性能指标如 及 Bs 的准确了解，而能顺利设计出需要的电感值。 4 应用效果 （1）我们在开发研制出的许多系列节能灯产 品中所用的镇流器电感，都是按上述三步法设计的，效果良好。 （2）利用变通计算法在已知产品的电感值，磁芯 尺寸及间隙厚度条件下，反求其绕线的匝数。 当有的电感绕组不能用测圈仪测量其匝数时，只好一圈一圈拆计数，对 EI 型磁 芯还好拆，对于环形铁芯拆起来较困难，尤其是小环

9、、线细、匝数多的情况， 现在利用变通算法，只要设法在原电感上绕 2030 匝线，再测出新绕电感值 L o 代入式（6）即可求出该电感的实际匝数。 （3）利用变通计算法控制环形铁芯电感量的一致性。 在铁芯卷绕及加工间隙时，由于操作工艺上的问题，会造成间隙厚度和形状不 一致，这样，如按固定的匝数进行绕制，势必造成各个环形电感值的很大差异，不符合设计要求。 图 1 磁性材料的磁化曲线 图 2 磁性材料的导磁率与交流磁感应强度关系 为解决这个问题，一般采用宁肯多绕几圈的办法，在测量电感值时，再把多余 的圈数拆掉（当然拆几圈比增加几圈简单一些） 我们在开始生产 250W 钠灯镇流器时，唯恐绕好后有的电感量不够，就宁肯多 绕十几匝，结果逐个检测电感量时，发现有的电感量基本接近设计值，而有的 多绕了十几匝，只好一个个地拆掉多余的匝数，浪费了铜线也费了工时。 为此，我们专门设计了一个工装，用此工装结合 LCR 测试仪可直接对每个铁芯 进行 Lo 的测量，并用标签贴在铁芯上。工装的 No 为 30 匝，测量一个批量后 ，用公式（6）计算，即知同一 L 值的铁芯上应绕的匝数。 对于某一功率的镇流器，L 是已知的，如 250W 钠灯镇流电感，L 一般为 190m H 左右，则：这就把一个较复杂的计算问题简化，交由生产线工人来操作。