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1 引言 在開發電子鎮流器和電子節能燈電感鎮流器及電感式節能燈中，常常遇到鎮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，如果有設計仿真軟件當然就容易了。 2 傳統的程式設計 例如：要設計40W電子鎮流器，電路需要L=1.6mH的電感，試計算磁芯大小、繞線匝數、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——鎮流線圈通過的電流峰值A ΔBm——脈沖磁感應增量T D——鎮流線圈導線直徑mm 根據磁芯面積乘積Ap的計算值在設計手冊中選擇標準規格磁芯或自行設計磁芯尺寸。 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，難在磁材本身參數的分散性，同一爐磁芯的參數差別有時會很大，手冊中給出的Bs—H曲線和參數是統計平均值，所以依據式（1）算出的尺寸，還要在實際使用中反復檢驗修正。 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 ΔBm——脈沖磁感應增量T Sp——磁芯截面積cm2 一般地說，根據式（2）計算氣隙大小，也不會太困難。困難仍在于ΔBm值，僅是廠家的統計平均值，對于同一規格的磁芯，不同廠家也是不同的，所以，依據式（2）算出的lg，僅是個大概值，還須在實際中去反復修正，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L=4μ·N2×10－9×A (3) 可得 式中：N——為所需的繞組匝數 A——磁芯的幾何形狀參數 要根據式（4）算出匝數，關鍵是要知道導磁率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，其初始導磁率實際上是在1800～2600之間，具體值得靠測量。測量磁參數的儀器，一般工廠是不具備的，于是要根據式（4）計算匝數就比較困難。尤其是在有氣隙的條件下，導磁率比無氣隙時下降了多少也是未知數。所以依據式（4）計算就更困難。一般是先假設μ，進行計算，算出匝數N，試繞好后測量L能否達到設計值，通常很難達到，則再另設μ值，再計算，這樣反復試湊下去，直到接近預定的L值結束。 以上就是根據已知電感量L，求磁芯尺寸，氣隙及繞組匝數的通用方法。 如果，設計一種鎮流器只計算一個電感值L，采用這種試湊計算也就算了，現在要面對市場，需要種種規格的鎮流電感，再這樣試湊，不僅時間上拖延了新品的開發進度，試制材料上也浪費很多。當然如果有電感值計算仿真軟件，就另當別論。 3 變通算法 根據前面計算出的磁芯尺寸、氣隙長度，先繞制一匝數為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 Lo——為已知的匝數下的電感值 這樣，對同一參數的磁芯，只要知道L、No、Lo三個參數，即可求出匝數N。 實際制作時我們先在磁芯上繞（環形磁芯可以直接繞，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繞的匝數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，同時又不致使導磁率降得太低，因為從式（3）可知，在所需電感量一定時若導磁率降低勢必要增加線圈匝數，這是個矛盾。 （2）確定最佳氣隙 按該鎮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，可適當再加大點，如果在Ip時，電感不下降，說明間隙片大了點，應適當減小點，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試湊的麻煩。 根據上述可歸結出電感值計算三步法，即在根據電路要求或燈電參數確定了鎮流電感值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。 當然，這樣確定的鎮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修正即可滿足設計要求，用這種變通法設計鎮流電感，繞開了對磁材磁性能指標如μ及Bs的準確了解，而能順利設計出需要的電感值。 （1）我們在開發研制出的許多系列節能燈產品中所用的鎮流器電感，都是按上述三步法設計的，效果良好。 （2）利用變通計算法在已知產品的電感值，磁芯尺寸及間隙厚度條件下，反求其繞線的匝數。 當有的電感繞組不能用測圈儀測量其匝數時，只好一圈一圈拆計數，對EI型磁芯還好拆，對于環形鐵芯拆起來較困難，尤其是小環、線細、匝數多的情況，現在利用變通算法，只要設法在原電感上繞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。 （3）利用變通計算法控制環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，如按固定的匝數進行繞制，勢必造成各個環形電感值的很大差異，不符合設計要求。 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，再把多余的圈數拆掉（當然拆幾圈比增加幾圈簡單一些） 我們在開始生產250W鈉燈鎮流器時，唯恐繞好后有的電感量不夠，就寧肯多繞十幾匝，結果逐個檢測電感量時，發現有的電感量基本接近設計值，而有的多繞了十幾匝，只好一個個地拆掉多余的匝數，浪費了銅線也費了工時。 為此，我們專門設計了一個工裝，用此工裝結合LCR測試儀可直接對每個鐵芯進行Lo的測量，并用標簽貼在鐵芯上。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值的鐵芯上應繞的匝數。 對于某一功率的鎮流器，L是已知的，如250W鈉燈鎮流電感，L一般為190mH左右，則： 這就把一個較復雜的計算問題簡化，交由生產線工人來操作。 |
