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一文详解电子镇流器中电感线圈参数的挑选与核算

本站为您提供的一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算,本文首先介绍了磁性材料的特性,然后根据它的特性,讨论电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算方法,包括选用磁芯尺寸、气隙大小、线圈圈数和漆包线线径等。

  电子镇流器是指选用电子技术驱动电光源,使之发生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器(或镇流器)。现代日光灯越来越多的运用电子镇流器,简便细巧,乃至能够将电子镇流器与灯管等集成在一起,一起,电子镇流器一般能够兼具启辉器功用,故此又可省去独自的启辉器。

  本文首要介绍了磁性资料的特性,然后依据它的特性,评论电子镇流器中电感线圈参数的挑选与核算办法,包含选用磁芯尺度、气隙巨细、线圈圈数和漆包线线径等。

  一、锰锌铁氧体磁性资料的一般特性

  表征磁性资料的磁性参数有以下数种:

  1、初始磁导率μ1

  初始磁导率是根本磁化曲线上起始点的磁感应强度B与磁场强度H之比。任何一种磁性资料的初始磁导率能够按以下办法求得:用该资料做成截面积为A(cm2)的圆环,均匀直径为D(cm),在圆环上均匀分布绕线N匝,在LCR电桥(例如TH2811C数字LCR电桥)上,测出其电感为L(H),则可按下述核算公式求出其磁导率

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  式中,Le、Ae别离代表磁芯磁路的有用长度及有用面积,如式(1)除以真空磁导率μ0(μ0=4π×10-7(H/m)),则得到相对初始磁导率,它能够表明为:

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  式(1)、(2)中,L的单位为亨(H),D、有用长度Le的单位为cm,A、有用面积Ae的单位为cm2。如D、A别离换用mm、mm2为单位,则式(2)中最终一项应换成1010。公式(2)因为除以μ0,所以是无量纲的,一般在磁性资料的工厂手册中给出的初始磁导率,便是按式(2)求得的。

  例1有一个R5K资料磁环,其尺度为外径12mm、内径6mm、厚4mm,试核算其相对初始磁导率。

  解:在磁环上绕4匝线圈,测出其电感(用TH2811C数字LCR电桥在10kHz条件下丈量电感)为53.1μH。直接查厂家供给的数据表,查得磁环的有用磁路长度Le=26.1mm,有用截面积为11.3mm2。如没有这些数据,作为大略预算,其有用磁路长度可按外径和内径的均匀值核算出圆环的周长来替代,即Le=π(12+6)/2=9πmm=28.2mm;有用截面积并非等于由磁环厚度与其外径、内径之差的乘积核算出的实践面积,而应考虑磁场强度(或磁通密度)沿半径方向内强外弱的线性改动,磁通并非均匀分布,故实践面积应除以2,才是其有用面积。按这样办法求得的值为12mm2,与手册表中所给数据差不多,代入式(2)得:

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  依据以上核算,上述资料应为R5K资料。现在工厂运用的丈量磁导率的仪器,如磁环参数分选仪UI9700,外表指示的不是相对初始磁导率的绝对值,而是它的相对巨细。

  磁性资料的初始磁导率μi不是固定的,它随温度的改动而改动,如图1所示。图中给出的是金宁公司的磁性资料JP4A(相当于TDK的PC40)的初始磁导率随温度改动的曲线。

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  (相对)初始磁导率随温度之改动

  2、有用磁导率eμ(Effectivepermeability)

  在闭合磁路中,用有用磁导率μe来表明磁心的导磁功能:

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  式中,L为装有磁心的线圈的电感量(亨利,H),N为线圈的匝数,le为磁芯的有用磁路长度(mm),Ae为磁芯的有用截面积(mm2)。μ0为真空磁导率(4π×10-7H/m)

  明显这儿μe是相关于真空磁导率的比值,也是无量纲的。

  假如在闭合磁路中,磁芯各段截面积不同,此刻磁芯的有用磁导率为

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  式中L为装有磁芯线圈的自感量(亨),N为线圈匝数,

  Li为具有均匀截面积第i部分的磁路长度(mm)

  Ai为该部分的截面积(mm2)

  关于一个中心开有气隙长度为lg的E形磁芯,如疏忽磁芯自身的磁阻,以为磁场强度悉数降落在气隙上,则有用磁路长度即等于lg,式(4)最终一项可去掉Σ符号,简略地写作lg/Ae,如此,式(4)将变为

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  因为空气隙的相对有用磁导率μe为1。以μe=1,带入上式,由此可得气隙lg的表达式为:

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  式中,lg以mm为单位,Ae以mm2为单位,L以亨为单位。在国外某些公司宣布的技术资料中选用式(5)作为开端预算气隙长度的依据。但假如核算出来的气隙不行大,则磁芯部分不能疏忽不计,这个数值是不行精确的。

  3、电感因数(InductanceFactor)

  电感因数是指磁芯的单匝电感量。一个装有磁心的电感,绕有N匝线圈,其电感值为L,则磁芯的单匝电感量即电感因数AL,可按下式求得:

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  AL单位为nH/匝2(有的资料省去分母不写,简写为nH)。一般取N=100,测得电感量L后,按式(6)核算出AL值,厂家在其产品手册会给出未磨气隙的每种标准磁芯的AL值以及有用磁路长度、有用截面积、有用体积等,例如PC30资料EEI3的AL值为1000nH;EE16A的AL值为1100nH;EE25A的AL值为1900nH。因为磁性资料参数的零星性,这个数值并不很精确,有+/-(15~25)%的差错。咱们运用时,一般都磨气隙,因为有气隙存在,AL值尽管变小了,可是电感因子却相对安稳了,零星性也小了。为求得磨气隙后磁芯的AL值,咱们能够在相应骨架上先绕100匝,装上磁心,测得其电感值L,依据式(6),即可算出开气隙后磁心的AL值。例如EE25A中心磨气隙1.6mm.后,其AL值降为59.6nH。

  已知某种类型磁芯的AL值,要求绕制的磁芯线圈的电感量为L,可求得所需绕的线圈的匝数N

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  电感量和圈数的平方成正比,圈数改动1%,电感量大约改动2%。在绕制电感时,如只在小范围内改动电感量时,可按此准则调整、预算圈数。

  例2已知EE16(中心磨气隙0.8mm)的AL值为46.8nH/匝2,为绕制2.8mH的电感,应绕多少匝数N?

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  例3已知某电感选用EE16磁芯,所绕匝数N1为305、电感量L1为4.5mH,今欲绕制的电感为L2=3.4mH,试求出应绕的匝数N2

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  4、饱满磁通密度(SaturaTIon magneTIc fux density)

  饱满磁通密度是一个很重要的参数,对镇流器是否能可靠地作业关系很大。如所熟知,当电流(或磁场)添加到某一数值后,磁芯就会饱满,磁通密度不再添加,如图2的曲线所表明的那样。此刻,磁导率很低,该磁通密度称为饱满磁通密度,以B.表明之。Bs不是固定的,随温度的升高而下降,在80~100C下,比室温下低得许多。由图2能够查出,在节能灯中常用的PC30、PC40资料在25C时,Bs=510mT,而在100C时, Bs只要390mT,下降了20%多。应该指出的是,磁芯作业时答应的磁感应强度要比上述的390mT低得多,一方面因为在100C时挨近300 mT邻近磁芯的磁导率已开端下降,另一方面,如作业时磁芯的磁感应强度较大,则磁芯损耗亦较大(见图4)。 所以在工程核算中均取B为200~230mT作为磁芯作业时答应的最大磁感应强度值,远离磁饱满。

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  在一体化节能灯或电子镇流器中所用磁性资料,假如因为作业温度升高,则其磁芯的B。值下降,形成磁导率及电感量削减,流过电感的电流上升,在电流的峰值邻近呈现很大的尖峰,如图3所示。这种景象是很风险的,它会导致电感量进一步削减及电流进-步加大,最终使电感失磁,L=0,三极管因电流过大、管子结温过高而损坏。

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  5、磁性资料的功率损耗(Power loss of magneTIc materia)

  磁性资料的功率损耗是一个很重要的参数,它反映磁芯作业时发热的程度,损耗大,发热就凶猛。带有磁芯的线圈,其功率损耗包含线圈电阻的功率损耗(俗称铜耗)和磁芯资料的功率损耗(俗称铁耗)。磁芯资料的功率损耗包含磁滞损耗、涡流损耗和剩下损耗三部分。

  我们知道,磁芯中磁感应强度B的改动滞后于磁场强度H的改动,并呈现出关闭的磁滞回线形状,磁滞损耗的巨细与磁滞回线所围住的面积呈正比。也与频率成正比。

  涡流损耗则是因为交变磁通穿过磁芯截面时,在与磁力线相笔直的截面内盘绕交变磁通会发生涡流,涡流亦发生功率损耗。它与磁通改动的频率,磁性资料的电阻巨细有关。一般磁芯资料的电阻愈大、作业频率愈低,涡流损耗煎小;反之亦然。

  上述损耗与频率及其作业时的磁感应强度有关,作业频率煎高、磁感应强度愈大,则其损耗亦愈大。

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  由图还知,在同一频率下,磁芯损耗随磁感应强度的添加而添加,例如在40kHz、100^C条件下,当磁感应强度由150mT添加到 200mT时,功率损耗密度由 50kW/m3添加为100kW/m‘ 大约添加为本来的2倍, 假如磁感应强度为300mT时,功率损耗密度将添加为250kW/m,大约添加为本来的5倍。

  可见, 磁心损耗随其作业感磁感应强度的添加而添加。同-种资料和尺度的磁心,在坚持电感不变时,添加气隙, 能削减其磁感应强度(今后会讲到),关于下降功率损耗是有利的。或许, 在相同的气隙下, 削减电感量,就会削减磁感应强度, 也能下降磁芯的损耗。当然,如选用大一号的磁心,也会大大下降磁心的磁感立强度和它的发热程度。不过,添加气隙,虽能削减磁芯损耗,但线圈的圈数要添加,铜损会增大,并且窗口的面积会包容不下线圈。所以,气隙的添加也是有极限的,并非愈大愈好。应对铜损和铁损两者归纳加以考虑才对。

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