您好,欢迎来电子发烧友网! ,新用户?[免费注册]

您的位置:电子发烧友网 > 电子元器件 > 电子镇流器 >

一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

2018年05月22日 17:50 网络整理 作者: 用户评论(0

  电子镇流器是指采用电子技术驱动电光源,使之产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使用电子镇流器,轻便小巧,甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起,同时,电子镇流器通常可以兼具启辉器功能,故此又可省去单独的启辉器。

  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。

  一、锰锌铁氧体磁性材料的一般特性

  表征磁性材料的磁性参数有以下数种:

  1、初始磁导率μ1

  初始磁导率是基本磁化曲线上起始点的磁感应强度B与磁场强度H之比。任何一种磁性材料的初始磁导率可以按以下方法求得:用该材料做成截面积为A(cm2)的圆环,平均直径为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),则可按下述计算公式求出其磁导率

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  式中,Le、Ae分别代表磁芯磁路的有效长度及有效面积,如式(1)除以真空磁导率μ0(μ0=4π&TImes;10-7(H/m)),则得到相对初始磁导率,它可以表示为:

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  式(1)、(2)中,L的单位为亨(H),D、有效长度Le的单位为cm,A、有效面积Ae的单位为cm2。如D、A分别换用mm、mm2为单位,则式(2)中最后一项应换成1010。公式(2)由于除以μ0,所以是无量纲的,一般在磁性材料的工厂手册中给出的初始磁导率,就是按式(2)求得的。

  例1有一个R5K材料磁环,其尺寸为外径12mm、内径6mm、厚4mm,试计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条件下测量电感)为53.1μH。直接查厂家提供的数据表,查得磁环的有效磁路长度Le=26.1mm,有效截面积为11.3mm2。如没有这些数据,作为粗略估算,其有效磁路长度可按外径和内径的平均值计算出圆环的周长来代替,即Le=π(12+6)/2=9πmm=28.2mm;有效截面积并非等于由磁环厚度与其外径、内径之差的乘积计算出的实际面积,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变化,磁通并非均匀分布,故实际面积应除以2,才是其有效面积。按这样方法求得的值为12mm2,与手册表中所给数据差不多,代入式(2)得:

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  根据以上计算,上述材料应为R5K材料。目前工厂使用的测量磁导率的仪器,如磁环参数分选仪UI9700,仪表指示的不是相对初始磁导率的绝对值,而是它的相对大小。

  磁性材料的初始磁导率μi不是固定的,它随温度的变化而变化,如图1所示。图中给出的是金宁公司的磁性材料JP4A(相当于TDK的PC40)的初始磁导率随温度变化的曲线。

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  (相对)初始磁导率随温度之变化

  2、有效磁导率eμ(EffecTIvepermeability)

  在闭合磁路中,用有效磁导率μe来表示磁心的导磁性能:

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  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为磁芯的有效磁路长度(mm),Ae为磁芯的有效截面积(mm2)。μ0为真空磁导率(4π&TImes;10-7H/m)

  显然这里μe是相对于真空磁导率的比值,也是无量纲的。

  如果在闭合磁路中,磁芯各段截面积不同,此时磁芯的有效磁导率为

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  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)

  对于一个中心开有气隙长度为lg的E形磁芯,如忽略磁芯本身的磁阻,认为磁场强度全部降落在气隙上,则有效磁路长度即等于lg,式(4)最后一项可去掉Σ符号,简单地写作lg/Ae,如此,式(4)将变为

一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算  

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

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  式中,lg以mm为单位,Ae以mm2为单位,L以亨为单位。在国外某些公司发表的技术资料中采用式(5)作为初步估算气隙长度的依据。但如果计算出来的气隙不够大,则磁芯部分不能忽略不计,这个数值是不够准确的。

  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:

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  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)计算出AL值,厂家在其产品手册会给出未磨气隙的每种规格磁芯的AL值以及有效磁路长度、有效截面积、有效体积等,例如PC30材料EEI3的AL值为1000nH;EE16A的AL值为1100nH;EE25A的AL值为1900nH。由于磁性材料参数的零散性,这个数值并不很准确,有+/-(15~25)%的误差。我们使用时,一般都磨气隙,由于有气隙存在,AL值虽然变小了,但是电感因子却相对稳定了,零散性也小了。为求得磨气隙后磁芯的AL值,我们可以在相应骨架上先绕100匝,装上磁心,测得其电感值L,根据式(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。

  已知某种型号磁芯的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

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  电感量和圈数的平方成正比,圈数变化1%,电感量大约变化2%。在绕制电感时,如只在小范围内改变电感量时,可按此原则调整、估算圈数。

  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?

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  例3已知某电感采用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

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  4、饱和磁通密度(SaturaTIon magnetic fux density)

  饱和磁通密度是一个很重要的参数,对镇流器是否能可靠地工作关系很大。如所熟知,当电流(或磁场)增加到某一数值后,磁芯就会饱和,磁通密度不再增加,如图2的曲线所表示的那样。此时,磁导率很低,该磁通密度称为饱和磁通密度,以B.表示之。Bs不是固定的,随温度的升高而下降,在80~100C下,比室温下低得很多。由图2可以查出,在节能灯中常用的PC30、PC40材料在25C时,Bs=510mT,而在100C时, Bs只有390mT,下降了20%多。应该指出的是,磁芯工作时允许的磁感应强度要比上述的390mT低得多,一方面因为在100C时接近300 mT附近磁芯的磁导率已开始降低,另一方面,如工作时磁芯的磁感应强度较大,则磁芯损耗亦较大(见图4)。 所以在工程计算中均取B为200~230mT作为磁芯工作时允许的最大磁感应强度值,远离磁饱和。

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  在一体化节能灯或电子镇流器中所用磁性材料,如果由于工作温度升高,则其磁芯的B。值下降,造成磁导率及电感量减少,流过电感的电流上升,在电流的峰值附近出现很大的尖峰,如图3所示。这种情形是很危险的,它会导致电感量进一步减少及电流进-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。

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  5、磁性材料的功率损耗(Power loss of magnetic materia)

  磁性材料的功率损耗是一个很重要的参数,它反映磁芯工作时发热的程度,损耗大,发热就厉害。带有磁芯的线圈,其功率损耗包括线圈电阻的功率损耗(俗称铜耗)和磁芯材料的功率损耗(俗称铁耗)。磁芯材料的功率损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三部分。

  大家知道,磁芯中磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化,并呈现出封闭的磁滞回线形状,磁滞损耗的大小与磁滞回线所包围的面积呈正比。也与频率成正比。

  涡流损耗则是由于交变磁通穿过磁芯截面时,在与磁力线相垂直的截面内环绕交变磁通会产生涡流,涡流亦产生功率损耗。它与磁通变化的频率,磁性材料的电阻大小有关。一般磁芯材料的电阻愈大、工作频率愈低,涡流损耗煎小;反之亦然。

  上述损耗与频率及其工作时的磁感应强度有关,工作频率煎高、磁感应强度愈大,则其损耗亦愈大。

  一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算

  由图还知,在同一频率下,磁芯损耗随磁感应强度的增加而增加,例如在40kHz、100^C条件下,当磁感应强度由150mT增加到 200mT时,功率损耗密度由 50kW/m3增加为100kW/m‘ 大约增加为原来的2倍, 如果磁感应强度为300mT时,功率损耗密度将增加为250kW/m,大约增加为原来的5倍。

  可见, 磁心损耗随其工作感磁感应强度的增加而增加。同-种材料和尺寸的磁心,在保持电感不变时,增加气隙, 能减少其磁感应强度(以后会讲到),对于降低功率损耗是有利的。或者, 在同样的气隙下, 减少电感量,就会减少磁感应强度, 也能降低磁芯的损耗。当然,如采用大一号的磁心,也会大大降低磁心的磁感立强度和它的发热程度。不过,增加气隙,虽能减少磁芯损耗,但线圈的圈数要增加,铜损会增大,而且窗口的面积会容纳不下线圈。所以,气隙的增加也是有限度的,并非愈大愈好。应对铜损和铁损两者综合加以考虑才对。

非常好我支持^.^

(0) 0%

不好我反对

(0) 0%

( 发表人:陈翠 )

      发表评论

      用户评论
      评价:好评中评差评

      发表评论,获取积分! 请遵守相关规定!