電子鎮(zhèn)流器中電感線圈參數(shù)的選擇與計(jì)算

1、電子鎮(zhèn)流器中電感線圈參數(shù)的選擇與計(jì)算摘要：本文首先介紹了磁性材料的特性，然后根據(jù)它的特性，討論電子鎮(zhèn)流器中電感線圈參數(shù)的選擇與計(jì)算方法，包括選用磁芯尺寸、氣隙大小、線圈圈數(shù)和漆包線線徑等。 關(guān)鍵詞：猛鋅鐵氧體 初始磁導(dǎo)率磁通密度飽和磁通密度 功率損耗居里溫度氣隙考慮到一些工程技術(shù) 人員對磁性材料及所涉及的計(jì)？算公式不夠熟悉，為便于展開討論，本文從基礎(chǔ)知識(shí)講起，首先介紹在電子鎮(zhèn)流器中常用的精鋅鐵氧體磁性材料的一般特性和磁路的基本計(jì)算公式，然后，在此基礎(chǔ)上，再討論電感線圈計(jì)算中有關(guān)問題，包括磁芯尺寸、氣隙大小、磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁芯損耗以及線圈的圈數(shù)和線徑的汁算等。這些內(nèi)容對于從事電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

2、的人員無疑是很有用的。一.猛鋅鐵氧體磁性材料的一般特性表征磁性材料的磁性參數(shù)有以下數(shù)種1. 初始磁導(dǎo)率u i初始磁導(dǎo)率是基本磁化曲線上起始點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之比。任何一種磁性材料的初始磁 導(dǎo)率可以按以下方法求得：用該材料做成截面積為A （cm2）的圓環(huán)，平均宜徑為 D （cm）,在圓環(huán)上均勻分布繞線N匝，在LCR電橋（例如TH2811c數(shù)字LCR電橋）上，測出其電感為L （H）,則可按下述訃算公式求出其磁導(dǎo)率-T402102式中，Le、Ae分別代表磁芯磁路的有效長度及有效面積，如式（1）除以真空磁導(dǎo)率口 0 （ U 0=4 n XIO'7 （H/m）,則得到相對初始磁導(dǎo)率，它

3、可以表示為 ：109式（1）、（2）中，L的單位為亨（H） , D、有效長度Le的單位為cm, A、有效面積Ae的單位為cm2。如D、A分別換用mm、mm2為單位，則式（2）中最后一項(xiàng)應(yīng)換成1010。公式（2）由于除以口 0,所以是無量:綱的，一般在磁性材料的工廠手冊中給出的初始磁導(dǎo)率，就是按式（2）求得的。例1有一個(gè)R5K材料磁環(huán)，其尺寸為外徑 12mm、內(nèi)徑6mm> J7 4mm,試計(jì)算其相對初始磁導(dǎo)率。解：在磁環(huán)上繞4匝線圈，測出其電感（用 TH2811c數(shù)字LCR電橋在10kHz條件下測M電感）為53.1PHo宜接查廠家提供的數(shù)據(jù)表，查得磁環(huán)的有效磁路長度Le二26.1mm,有效

4、截面積為11. 3mm2。如沒 有這些數(shù)據(jù)，作為粗略估算，其有效磁路長度可按外徑和內(nèi)徑的平均值計(jì)算出圓環(huán)的周長來代替，即 Le二八 （12+6） /2二9刃mm二28. 2mm；有效截面積并非等于由磁環(huán)厚度與其外徑、內(nèi)徑之差的乘積計(jì)算出的實(shí)際面積，而應(yīng)考慮磁場強(qiáng)度（或磁通密度）沿半徑方向內(nèi)強(qiáng)外弱的線性變化，磁通并非均勻分布,故實(shí)際面積應(yīng)除以2,才是具有效面積。按這樣方法求得的值為12mm2,與手冊表中所給數(shù)據(jù)差不多，代入式（2） 得： t -53.1-IO'*5- 10726.1 nb = ?109 = 103 =60964 兀 I1! AeB1611.3根據(jù)以上訃算，上述材料應(yīng)為R5

5、K材料。U前工廠使用的測M磁導(dǎo)率的儀器，如磁環(huán)參數(shù)分選儀UI9 700,儀表指示的不是相對初始磁導(dǎo)率的絕對值，而是它的相對大小。磁性材料的初始磁導(dǎo)率 Hi不是固定的，它隨溫度的變化而變化，如圖 1所示。圖中給出的是金宇公 司的 磁性材料JP4A （相當(dāng)于TDK的PC40）的初始磁導(dǎo)率隨溫度變化的曲線。圖1 （相對）初始磁導(dǎo)率隨溫度之變化2 .有效磁導(dǎo)率 eu （Effective permeability ）在閉合磁路中，用有效磁導(dǎo)率 n e來表示磁心的導(dǎo)磁性能式中，L為裝有磁心的線圈的電感M （亨利，H） , N為線圈的匝數(shù)，le為磁芯的有效磁路長度 （mm）,Ae為磁芯的有效截面積 （mm

6、2）?？?0為真空磁導(dǎo)率（4 Ji X 10-7H/m）顯然這里是相對于真空磁導(dǎo)率的比值，也是無M綱的。如果在閉合磁路中，磁芯各段截面積不同，此時(shí)磁芯的有效磁導(dǎo)率為 M-e U Ai式中L為裝有磁芯線圈的自感M （亨）,N為線圈匝數(shù),Li為具有均勻截面積第i部分的磁路長度（mm）Ai為該部分的截面積（mm2）對于一個(gè)中心開有氣隙長度為噸的E形磁芯，如忽略磁芯本身的磁阻，認(rèn)為磁場強(qiáng)度全部降落在氣隙上,則有效磁路長度即等于lg,式（4）最后一項(xiàng)可去掉工符號(hào)，簡單地寫作 lg/Ae,如此，式（4）將變?yōu)?1b 4川崛莎因?yàn)榭諝庀兜南鄬τ行Т艑?dǎo)率U 為1。以u(píng)e=l,帶入上式，山此可得氣隙理的表達(dá)式為

7、： ?lg=4 n ?10'10N2*Ae/L （5）式中,lg以mm為單位，Ae以mm2為單位，L以亨為單位。在國外莫些公司發(fā)表的技術(shù)資料中采用 式（5） 作為初步估算氣隙長度的依據(jù)。但如果計(jì)算出來的氣隙不夠大，則磁芯部分不能忽略不計(jì)，這個(gè)數(shù)值是不夠準(zhǔn)確的。3 .電感因數(shù)（Inductance Factor）電感因數(shù)是指磁芯的單匝電感一個(gè)裝有磁心的電感，繞有N匝線圈，其電感值為L,則磁芯的單匝電感M即電感因數(shù) AL,可按下式求得：AL= L/N 2 或 L=N :*AL (6)AL單位為nH/匝“有的資料省去分母不寫，簡寫為 nH）。一般取N二100，測得電感M L后，按式（6）計(jì)算

8、出AL值，廠 家在其產(chǎn)品手冊會(huì)給出未磨氣隙的每種規(guī)格磁芯的AL值以及有效磁路長度、有效截面積、有效體 積等，例如 PC30 材料 EEI3 的 AL 值為 1000nH; EE16A 的 AL 值為 llOOnH : EE25A 的 AL 值為 1900nH 由 于磁性材料參數(shù)的零散性，這個(gè)數(shù)值并不很準(zhǔn)確，有 +/- （15-25） %勺誤差。我們使用時(shí)，一般都 磨氣隙， 曲于有氣隙存在，AL值雖然變小了，但是電感因子卻相對穩(wěn)定了，零散性也小了。為求得磨氣隙后磁芯的AL值，我們可以在相應(yīng)骨架上先繞 100匝，裝上磁心，測得其電感值 L,根據(jù)式（6）,即可算出開氣隙 后磁心的AL值。例如EE25

9、A中心磨氣隙1.6mm.后，其AL值降為59. 6 nH。已知莫種型號(hào)磁芯的 AL值，要求繞制的磁芯線圈的電感M為L,可求得所需繞的線圈的匝數(shù)N班號(hào)電感M和圈數(shù)的平方成正比，圈數(shù)變化1%,電感M大約變化2%。在繞制電感時(shí)，如只在小范圍內(nèi)改變電感M時(shí)，可按此原則調(diào)整、估算圈數(shù)。例2已知EE16 （中心磨氣隙0. 8mm）的AL值為46. 8 nH/匝2,為繞制2. 8mH的電感，應(yīng)繞多少匝數(shù) X?解：根據(jù)式（7）,代入L及值，得例3已知莫電感采用EE16磁芯，所繞匝數(shù)N1為305、電感M L1為4. 5mH,今欲繞制的電感為L2二3.4mH,試求出應(yīng)繞的匝數(shù)N2解：由公式（7）知N、= IN、=

10、1也？ X兩式相除，得代入相應(yīng)值N尸N、 =305O"C'CT £所以，已知磁芯的AL值，對于確定電感所應(yīng)繞的匝數(shù)是很有用的4 . 飽和磁通密度(Saturation magnetic flux density)飽和磁通密度是一個(gè)很重要的參數(shù)，對鎮(zhèn)流器是否能可靠地工作關(guān)系很大。如所熟知，當(dāng)電流(或磁場)增加到莫一數(shù)值后，磁芯就會(huì)飽和，磁通密度不再增加，如圖 2的曲線所表示的那樣。此時(shí)，磁 導(dǎo)率很低， 該磁通密度稱為飽和磁通密度，以Bs表示之。Bs不是固定的，隨溫度的升高而下降，在 80八100° C下，比室溫下低得很多。由圖2可以查出，在節(jié)能燈中常用的 P

11、C30、PC40材料在25°C時(shí)，Bs二510mT,而在100°C 時(shí)，Bs只有390 mT,下降了 20%多。應(yīng)該指出的是，磁芯工作時(shí)允許的磁感應(yīng)強(qiáng)度要比上述的390 mT低得多，一方面因?yàn)樵?00C時(shí)接近300 mT附近磁芯的磁導(dǎo)率已開始降低，另一方面，如工作時(shí)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，則磁芯損耗亦較大(見圖 4)。所以在工程計(jì)算中均取 B為200"230mT作為磁芯工作時(shí)允許 的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度值，遠(yuǎn)離磁飽和。磁場強(qiáng)度H (A/m)圖2飽和磁通密度隨溫度變化曲線在一體化節(jié)能燈或電子鎮(zhèn)流器中所用磁性材料，如果山于工作溫度升高，則其磁芯的Bs值下降，造 成磁導(dǎo)率及電感

12、M減少，流過電感的電流上升，在電流的峰值附近出現(xiàn)很大的尖峰，如圖3所示。這 種惜形是很危險(xiǎn)的，它會(huì)導(dǎo)致電感M進(jìn)一步減少及電流進(jìn)一步加大，最終使電感失磁，L二0,三極管 因電流過大、管子結(jié)溫過高而損壞。圖3電感飽和后電感線圈中的電流波形5 . 磁性材料的功率損耗(Power loss of magnetic material)磁性材料的功率損耗是一個(gè)很重要的參數(shù)，它反映磁芯工作時(shí)發(fā)熱的程度，損耗大，發(fā)熱就厲害。帶有磁芯的線圈，其功率損耗包括線圈電阻的功率損耗 (俗稱銅耗)和磁芯材料的功率損耗(俗稱鐵耗)。磁芯材料 的功率損耗包括磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗三部分。大家知道，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的

13、變化滯后于磁場強(qiáng)度 H的變化，并呈現(xiàn)出封閉的磁滯回線形狀，磁 滯損 耗的大小與磁滯回線所包圍的面積呈正比。也與頻率成正比。渦流損耗則是山于交變磁通穿過磁芯截面時(shí)，在與磁力線相垂宜的截面內(nèi)環(huán)繞交變磁通會(huì)產(chǎn)生渦流,渦流亦產(chǎn)生功率損耗。它與磁通變化的頻率，磁性材料的電阻大小有關(guān)。一般磁芯材料的電阻愈大、工作頻率愈低，渦流損耗愈??；反之亦然。上述損耗與頻率及其工作時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，工作頻率愈高、磁感應(yīng)強(qiáng)度愈大，則其損耗亦愈大。圖4給出了磁性材料JP4A(PC40)在不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度下?lián)p耗隨頻率變化的情況，隨著頻率增加，損 耗亦加 大。例如在200mT、1000c的工作條件下，當(dāng)頻率由 20kHz變?yōu)?/p>

14、40kHz時(shí)，功率損耗密度由 20 kW/m3 (20 P W/mm3)增加為50kW/m3 (50 u W/mm3),大約增加為原來的2. 5倍?？梢?，在同樣的磁 感應(yīng)強(qiáng)度下，磁心 損耗隨其工作頻率的增加而增加。因此，提高鎮(zhèn)流器的工作頻率，則電感損耗將加大；反過來，降低鎮(zhèn)流器的工作頻率，將有利于減少鎮(zhèn)流電感的功耗和發(fā)熱。在莫些大功率的鎮(zhèn)流器中，把頻率調(diào)到20? 30kHz附近，其目的即在于此。圖4在不同的感磁應(yīng)強(qiáng)度下?lián)p耗隨頻率的變化由圖還知，在同一頻率下，磁芯損耗隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增加，例如在 40RHZ、100° C條件下，當(dāng) 磁感 應(yīng)強(qiáng)度111 150mT增力口至U 200m

15、T時(shí)，功率損耗密度山50kW/m3增加為100kW/m3,大約增加為原來 的2倍, 如果磁感應(yīng)強(qiáng)度為300mT時(shí)，功率損耗密度將增加為 250kW/m3,大約增加為原來的5倍?？梢?，磁心損耗隨其工作感磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增加。同一種材料和尺寸的磁心，在保持電感不變時(shí),增加氣隙，能減少其磁感應(yīng)強(qiáng)度（以后會(huì)講到），對于降低功率損耗是有利的?；蛘?，在同樣的氣隙下，減少電感就會(huì)減少磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能降低磁芯的損耗。當(dāng)然，如采用大一號(hào)的磁心，也會(huì)大大降低磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度和它的發(fā)熱程度。不過，增加氣隙，雖能減少磁芯損耗，但線圈的圈數(shù)要增力口，銅損會(huì)增大，而且窗口的面積會(huì)容納不下線圈。所以，氣隙的增加也是有限度

16、的，并非愈大愈好。應(yīng)對銅損和鐵損兩者綜合加以考慮才對。例4已知莫大功率電子鎮(zhèn)流器所用電感為 PC40 （JP4A）材料、EE28磁芯，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 200 mT, EE28的有效體積Ve為5254mm3。計(jì)算它在100° C的條件下，當(dāng)頻率為 20kHz和40kHz時(shí)磁芯的 功率損 耗，如磁感應(yīng)強(qiáng)度增為 300mT,再計(jì)算其損耗。解：磁芯的損耗P二PCXVe,在圖4中查出相應(yīng)的單位體積的損耗尸（；值 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 200mT時(shí)，在20kHZ 時(shí)，P=20 n W/mm3 X 5254mm3=0. 105W在 40kHZ 時(shí)，P 二 50pW/mm3X5254mm3=0. 26

17、W當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 300mT 時(shí)，在 20kHZ 時(shí)，P 二 105 P W/mm3 X 5254mm3 二 0. 55W在 40kHZ 時(shí)，P 二 350 u W/mm3 X 5254mm3 二 1. 8W可見，在100。C、300mT時(shí)，磁心的損耗是十分驚人的，所以，降低工作頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度很有必要。選擇磁芯工作的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不僅從是否飽和，還要從損耗大小綜合考慮，前面提到的以200230mT作為計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度B的參考值，就是基于以上的雙重考慮。圖5表示JP3 (PC30> JP4A (PC40而不同的頻率下?lián)p耗隨溫度變化的情況。材料的損耗在莫一溫度下為最低，出現(xiàn)一個(gè)谷點(diǎn)。在谷點(diǎn)左邊

18、，隨溫度的增加，損耗減少；在谷點(diǎn)右邊，隨溫度的增加 ,損耗亦增加。逞度(°C圖5磁芯中功率損耗隨溫度的變化曲線對于PC30 (JP3)M料，谷點(diǎn)大約在 75°C左右，對于PC40 (JP4A)材料，谷點(diǎn)大約在 90八95°C左右。我們希 望磁性材料穩(wěn)定的工作溫度處于損耗曲線的谷點(diǎn)溫度附近。也就是說，如能保持 PC30電感磁 心的溫度為 75°C左右，而PC40電感磁心的溫度在80? 90°C左右，或者稍低一些，那么，電感損耗將為最低，或者隨溫度的上升而有所下降，電子鎮(zhèn)流器的可靠性將最高?？梢奝C40 (JP4A)材料適合 在較高的溫度下工作，而

19、PC30材料適合在較低的溫度下工作。磁性材料還有其它的參數(shù)如居里溫度、功率損耗密度等，一般對它的理解都很清楚，不再贅述。二?磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算公式山交流電路基礎(chǔ)知，在有磁心線圈的均勻磁路中，如線圈的圈數(shù)為N,電感為L,流過線圈的電流為i,則線圈兩端的電壓u有：u=Ldi/dt=Nd4） /dt,或?qū)懽鳎簎= LAi/At=NA 4 ）/At,從而得L A i=N A 4 ）,如電流是交變的正弦波，則可按符號(hào)法分析，電流和磁通以有效值表示，則有：N 二 LI, （9）乂知電感M L與圈數(shù)的關(guān)系為：L= ALXN 2代入式（9），求出磁心中的磁通為：二 LI/N 二 N2 XALX I/N=N XA

20、LXI考慮二BXAe,由此可得，磁心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與流過線圈的電流I和線圈圈數(shù)N之間的關(guān)系為：B 二/Ae 二 NXALXI/Ae （10）上式中，B的單位為T （特斯拉）、I的單位為安、Ae的單位為m2、AL的單位為亨/匝2。式（10）是一個(gè)很有用的公式，根據(jù)它，可以對已繞制的電感線圈il?算磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度，以判斷磁芯會(huì)不會(huì)飽和，工作是否可幕?；蛘撸鶕?jù)已知的（允許的）磁感應(yīng)強(qiáng)度B,可由式（10）求出在一定的線圈工作電流I下，允許繞 制的最大圈 數(shù)N,得：N=LI/4>=LI/BXAe已知電感M L和規(guī)定的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,則線圈的圈數(shù)和磁芯的有效面積 Ae的乘積必須滿足：NXAe

21、二 LI/B (11)國外有的公司提供的磁芯數(shù)據(jù)表中會(huì)給出磁芯尺寸和在一定線徑下的NXAe值。由式(11)就可以 選用合適的磁芯尺寸和線圈的線徑了。在國外公司提供的應(yīng)用指南中就有這樣的計(jì)算實(shí)例。我國的磁性材料廠家一般都不提供這樣的資料，所以按式 (11)來選用磁芯不太現(xiàn)實(shí)。三。磁芯氣隙對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響磁芯氣隙對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響是一個(gè)很重要的問題，如何選擇氣隙，至關(guān)重要，我們不妨通過一個(gè)具體例子來作進(jìn)一步的說明。例5已知在一拖二36W電子鎮(zhèn)流器中，要求的電感M為2. ImH,根據(jù)在工作臺(tái)上測試，流過此電感的電流(有效值)為0. 3A,試選用磁芯，并計(jì)算磁心的有效磁導(dǎo)率、磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,如

22、果不加 氣隙，有沒有飽和的問題？如果磨氣隙 1.6mm,情況怎樣？解：首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及電子鎮(zhèn)流器的功率大小，我們初步選用EE25磁芯，由廠家的數(shù)據(jù)表查出：它 的有效截面積 Ae為39. 6mm2,電感因子 AL=1900nH,有效磁路長度為 49.5mm：(1)如果不加氣隙，根據(jù)其廠家提供的電感因子AL數(shù)據(jù)，要繞制2. lmH的電感，具圈數(shù)為：N= (2. IX 10八/1900 X10-9) 1/2=33 圈，(2)按式(2),未磨氣隙的磁芯的有效磁導(dǎo)率為2. 1X10-3X49. 5X 10 s=19184ITXW7X 332X39.6(3)計(jì)算磁導(dǎo)率，因?yàn)?磁芯其磁導(dǎo)率為2k,說明這是R

23、2k或R2? 5k材料。對于磨有氣隙的磁芯不能用式 不是均勻的。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)電感M、圈數(shù)、及流過線圈的電流，按式 (10)求得:B=NXALXI/Ae =35X1900X10X0. 3/39. 6X 10八=0. 503T 二 503mT這樣大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即便在室溫下磁芯肯定要飽和。如果再考慮到磁性材料參數(shù)的不一致性，有 + 30% 的誤差，以及燈電流波峰系數(shù)(一般限制為1.7以下，有時(shí)可能更大)，則在電流最大的峰值(1. 7X0. 3=0. 51A) 附近，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值將達(dá)到BM 二 1. 7X503mT=855mT,再加上AL值+30%的誤差，磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度更是大得不得了，

24、磁芯肯定飽和。飽和時(shí)，磁心中的電 流波 形將如圖3所示。所以，不磨氣隙，或氣隙太小，電路是不可能正常工作的。(4)如果在中心磨氣隙1.6mm,其電感因子經(jīng)測試降為 AL二59. 6nH,電感因子降低了 1900/59. 6二31. 9倍。 為繞制2. ImH的電感，其圈數(shù)變?yōu)镹= (2. 1X1CT759. 6X1(T) 1/2=188 圈，由于電感與圈數(shù)的平方成正比，線圈圈數(shù)N只增加了 188/33二5. 7倍。這樣，電感因子大幅度減少，而圈數(shù)增加并不多，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度下降了。在磨氣隙后，按式(10),磁感應(yīng)強(qiáng)度B變?yōu)椋築=NXALX I/Ae =188X59.6X10X0. 3/39. 6

25、X lOF. 084T=85mT可見，磨氣隙后，磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅度下降。氣隙越大，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度越低，電感線圈越不容易飽和、損耗越小，越可靠，但是用的漆包線變多了。在85mT的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，即便考慮電流的波峰系數(shù)二1. 7,最大的磁感應(yīng)強(qiáng)度也不過 144. 5mT (加氣 隙后，AL值是穩(wěn)定的，沒有誤差八那怕溫度上升，磁芯也肯定不會(huì)飽和。器的這個(gè)例子充分說明：如果沒有氣隙，在上述電流下，山于磁場強(qiáng)度太大，磁心會(huì)飽和。所以作為鎮(zhèn)流XALXI/Ae =35X1900X10X0. 3/39. 6X 10八=0. 503T 二 503mT扼流電感，磁心必須加足夠大的氣隙，減少具有效磁導(dǎo)率，用增加

26、圈數(shù)的辦法來得到所希望的電感M。因?yàn)槟庀叮姼幸蜃?AL會(huì)減少很多，但電感M是與圈數(shù) N的平方成正比，圈數(shù)增加并不多,所 以磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)大大下降，就不會(huì)飽和了。磨氣隙后，材料的有效磁導(dǎo)率Le加長了。由理論知，磨氣隙He和電感因子之所以會(huì)降低，是因?yàn)榇怕返拇抛枳兇罅?，相?dāng)于有效長度 后，存在以下關(guān)系式：H=XI/LeB 二 ueH （12）tg 5 （gap） = tg 5 X （ y e/ Pi）以上三式表明，磁場強(qiáng)度 H和有效磁導(dǎo)率ue下降，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B亦隨之下降。在同樣的電感和同樣的電流下，增加氣隙后，磁場強(qiáng)度 H減少，再考慮有效磁導(dǎo)率 ue減少，結(jié)果， 帶來 的第一個(gè)好處是：磁

27、感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）B必然大幅度下降，磁心就不會(huì)飽和了。式（12）中tg 5 （gap） 為有氣隙的損耗角正切（或損耗因子），它表示磁心的損耗。此值愈大，損耗愈大。 111于Pe<Mi,所以增 加氣隙后，損耗因子減少，帶來的第二個(gè)好處是磁心的損耗減少了。經(jīng)驗(yàn)證明：磨氣隙后，還會(huì)增加磁性材料參數(shù)的的穩(wěn)定性和一致性，減少磁心尺寸參數(shù)離散性的影響,帶來的第三個(gè)好處是使繞制的電感一致性變好。這里提醒一下，如果電感是外加工的，一般加工方為了節(jié)省銅材，都愿采用較小的氣隙，這樣做，對于鎮(zhèn)流器來說是很危險(xiǎn)的。因此在給外加工的加工規(guī)范中，必須對氣隙做出明確而嚴(yán)格的規(guī)定。如果 是自己繞 制電感，在選用好磁心

28、、氣隙和圈數(shù)后，不要忘了按式 （10）計(jì)算一下磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度,判斷電感在最 高工作溫度和最大電流下有沒有飽和的可能，并留有一定的余地。EE13的中心氣隙應(yīng)一般在已知線圈通過電流 （有效值）的條件下，計(jì)算出來的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)在 200、230mT以下為宜，不能太 大。如果計(jì)算出來的值達(dá)到 300mT以上，磁芯不僅可能飽和，而且損耗過大，這是不能允許的。這 時(shí)應(yīng) 加大氣隙，或選用大一號(hào)的磁芯。般來說，磁芯尺寸愈大，氣隙亦應(yīng)愈大。作為經(jīng)驗(yàn)值，我們推薦:NO. 4mm, EE16的中心氣隙應(yīng) MO. 6mm, EE19的中心氣隙應(yīng) NO. 8mm, EE25的中心氣隙應(yīng) Ml, 3? 1. 5mm,

29、EE28的中心氣隙應(yīng)$1, 5? 1.8mm, EE3O的中心氣隙應(yīng)$1, 8? 2. Omm等等。為了給氣隙的選擇找到一個(gè) 合 理的而不是盲U的依據(jù)，建議對每種規(guī)格的磁心，磨不同的氣隙，計(jì)算它在不同的電流和電感M下的磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度值，來判斷氣隙大小是否合適。例6通常用磁心EE16A (AXBXC二16X7X5)來做25W以下節(jié)能燈的電感，采用 0. 5 '0. 8mm的氣隙，磁 心的有效面積為18.4mm2,已知燈的實(shí)測參數(shù)如下：(1) 3U15W燈：電感為4.2mH,導(dǎo)入陰極電流為148mA，燈功率為13. 5W,電流波峰系數(shù)CCF二1. 63U24W燈：電感為2. 4

30、mH,導(dǎo)入陰極電流為217mA,燈功率為22. 4W,電流波峰系數(shù)CCF二1. 63試分別汗算其磁感應(yīng)強(qiáng)度，判斷磁心是否會(huì)飽和？在同樣的電感M下，允許流過線圈的最大電流是多少？(2) 如果磁芯的氣隙為：0.5mm,磁心的電感因子為63. 5nH/匝2,悄況乂將如何？(3) 如果設(shè)計(jì)不好，例如磁環(huán)圈數(shù)太多，驅(qū)動(dòng)過分，24W的燈要求電感M為3.5mH,其它情況不變,即導(dǎo)入陰極電流仍為217mA，燈功率為22. 4W,電流波峰系數(shù)CCF二1. 6,此時(shí)情況乂如何？解：lo氣隙為0.8mm時(shí)，山例2知，磁心的電感因子為 46. 8nH/匝對于15W的燈：(1)為得到4.2mH電感，應(yīng)當(dāng)繞的圈數(shù)為N=

31、(4.2X10-3/46.8X10八)1/2= 299 圈(2)按式(10),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=NXALXI/Ae=299X46, SXIOAXO. 148/18. 4X 10八=112mT,即便考慮電流波峰系數(shù)為 1.6，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM為：BM=X X AL XIM/Ae=112mT X1. 6 二 179mT磁心也不會(huì)飽和。(3)如果允許最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 BM為200A230 mT,則允許流過的最大電流為IM=BMXAe/NXAL= (200 "230) X0.148/112=0. 264 "0. 304 A考慮到電流波峰系數(shù)1. 6,則允許流過的最大的電流有效值為 (

32、0. 2640. 304) A/1. 6二0. 165? 0. 190Ao山于 實(shí)際流過的電流為0. 148A,仍有110人130%的富裕所以對15W燈來說，EE16磁心的富裕M是 足夠的.對24W的燈，計(jì)算方法同上。(1)為得到2. 4mH電感，線圈的圈數(shù)為N 二(2.4X10-3/46.8X10A)山二 226(2)磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為B=NXALXI/Ae=226X46.8X 1(TX0. 217/18. 4X 10A=125mT最大的磁感應(yīng)強(qiáng)度BMBM=NXAL X IM/Ae 二 125mT X 1. 53 二 191mT(3)如果允許最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為 200 "230 m

33、T則允許流過的最大電流為XAe/NXAL= (200 "230) X0. 217/125=0. 347 "0. 399 A?？紤]到電流波峰系數(shù)1.63,最大的電流有 效值為(0.347 "0. 399 ) A ) /I. 63=0. 212 "0. 245 A。與實(shí)際的電流有效值 0. 217A相比，基本上沒 有什么富裕M 了。2o氣隙為0. 5mm時(shí)，磁心的電感因子為 63. 5nH/匝2對于13W的燈：(1) 為得到4.2mH電感，應(yīng)當(dāng)繞的圈數(shù)為N= (4.2X10-3/63. 5X10八)1/3= 257 圈(2) 按式(10),磁感應(yīng)強(qiáng)度為：B=

34、NXALXI/Ae=257X63. 5X 10AX0. 148/18. 4X 10八=131mTo與0.8氣隙相比，減少氣隙，線圈圈數(shù)減少了，但磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度變大了，這時(shí)磁芯中損耗也會(huì)增力口。本例中，對15W的燈，如氣隙為0. 5mm即便考慮電流波峰系數(shù)為1.6,最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM也不過為：BM=N X AL XIM/Ae=l3lmT X1. 6 二 210mT磁心不會(huì)飽和，還是有一些富裕對24W的燈(1)為得到2. 4mH電感，線圈的圈數(shù)為N= (2.4X 10-3/63. 5X10-9) 1/2= 194(2)磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為B=NXALXI/Ae=194X63. 5X 1(TX0.

35、 217/18. 4X 10八=145mT,考慮電流波峰系數(shù)為1.6,最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM為：BM=XXALXIM/Ae=145mTX 1. 6 二 232mT磁心雖不會(huì)飽和，但已接近允許最大磁感應(yīng)強(qiáng)度所以，對于24W功率的燈，還是用0.8mm氣隙 為好。由以上計(jì)算表明，對15W的燈，由于電流及功率較小，EE16磁芯采用0.5 mm的氣隙是可以的、合適 的;對于24W的燈，由于電流較大，建議采用0.8 mm的氣隙。3o如24W燈要求電感M為3. 5mH,流過電感的電流仍為217mA，此時(shí)為得到所需要的電感線圈 的圈數(shù) 為：N= (3. 5X 10-3/63. 5X10八)1/2= 235磁心的磁

36、感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)椋築 二 235X63. 5X 10-9X0. 217/18. 4X IO" 6 二 175mT考慮電流波峰系數(shù)為1.6,最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM為：BM=X X AL XIM/Ae=175mT X1. 6 二 280mT這種惜況下，磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過了所推薦的200 '230 mTo極容易變?yōu)轱柡?，且損耗增大，電 路變得不可靠了。山此看來，在磁芯尺寸一定的條件下，電感M越大，氣隙越小，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，在同樣的電電路流下，越容易造成電感飽和。而且，磁芯中的損耗也隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變大而增加，發(fā)熱也越來越嚴(yán)重, 越不可靠。四.線圈中電流之汁算及線徑的選擇為了合理選擇漆

37、包線的線徑，必須知道流過電感的電流。在圖 6 (a)的單啟動(dòng)電容的電路中，流過電 感的電 流，等于導(dǎo)入陰極電流(它等于燈管電流與燈絲電流之向M和， 即其平方之和的根值),一般可山儀器測得。在雙啟動(dòng)電容圖6(b)中，儀器所測的導(dǎo)入陰極電流，已不正確，比實(shí)際流過電感的電流少，應(yīng)加以修正?？紤]到輔助啟動(dòng)電容 C2并在燈管兩端，與啟動(dòng)電容 C1上的高頻電壓差不多相 等，流過C2的電流與流過C1的燈絲電流同相，且大小與其容M成正比，因此可用電流IF'二(1+C2/ Cl) IF,代替原來的燈絲電流，然后根據(jù)修正后的這一電流，求出它與燈管電流的向M和，即它的平方值與燈管電流的平方值之和，再求出具根

38、值，就可以得到真正流過電感的電流了。II cL Q (a)圖6流過電感的電流例7莫55W電子鎮(zhèn)流器，實(shí)際輸入功率為40. 2W,采用單啟動(dòng)電容8n2,用電感L二2. 3mH,由電子鎮(zhèn) 流器綜 合測試儀測得的燈管電流為 0. 322A,燈絲電流為0. 157A,導(dǎo)入陰極電流為0. 361A,試計(jì)算其 電感線圈的 圈數(shù)和線徑。解：考慮其電流較大，這里選用 EE25A磁心(25X10X6，中心磨氣隙1.5mm,用100匝的線圈去測 得該磁心的 電感為596 u H,由此可以算出其 AL值為596/1002二59. 6nH./匝21) 線圈的圈數(shù)為繞制2. 3mH的電感，按公式(7)，線圈的圈數(shù)N=

39、(L/AL) r"-= (2. 3X106/59. 6); 196 匝般導(dǎo)線的電流密度按2? 5A、0? 08'0? 10mm2,可以選用2) 線圈的線徑 表1為漆包線的標(biāo)稱宜徑、銅心截面積以及其載流M等。 4A來選取，由表1知，為通過0.361A的電流，導(dǎo)線的載流截面積應(yīng)為 <l>0, 31或"0? 33的漆包線,其載流截面積分別為0. 076. 0. 0855mm2o計(jì)算線圈占用空間時(shí)，應(yīng)考慮 漆層 厚度，根據(jù)表1的最大外徑，其實(shí)際占用面積分別為 0.108、0. U9mm2o為經(jīng)濟(jì)計(jì)，這里選用"0. 31的線, 其實(shí)際面積為 0. 108

40、mm2o表1潦包我.電流戰(zhàn)直輕2 F2.5電流窯皮A-oxuJ 3-54mmQ11IU餓流址mA3.030.0450.00070651.77212.52.8JJ.D40.05)O.OC12>/3.14JS443.053.050.0650.0C19634.195.96.97.85Q.Q/J0.QC23Z/7.0/&9.911J1070.0S50.0C38489.6211513.515.41080.0950.0C302712.6115.117.6120.11090.1050.0C6362161S.122.32541100.12)0.0C/8M19.623.627.351.4-1110

41、.13)0.0C949823.S2S.533.23SJA20.14JU.OL1J12SJjj.yjy.o4).23.130.1530.0L32733.214946.41$3).140.16)O.OL53938.54i,253.9616).150.1730.0L76744.25361S70.7>160.18)0.0201150.316C.370.4180.4-3.170.19)0.C22756.S68.179.590.8).180.M0.0254563.67A.4$9.1他£3.190J10.0383570.985.199.2113.49.200.2250.0514278.694

42、3110125.73.210.2350.0346486.6 115-9121.2 1138.6).230.2550.04155103.9124.7145.41662).250.2750.04909122.7147.3171.8196.41270310.05726143 二17L8200.413703.280.330.06158153.9184-7215.5246.3).290.3,0.06605165 1198.2231.222? 2)319330.370.3$0.075480.085531SS.7213.J22M256.6264.22A9.4301.9342.13353380.410*0.0

43、96210.1134240J283J28S.6340.2536.7596.9384.8453.6).410.?0.13203303964625283440.4$0.1521380J14563532.21608.2)47 ).490.52 0#0.17350.1S86434471J520J565.8607.3 如妙754.4531心60.2043510.S1612.9715.1181729.530.5?0.2206551.566L8772.1882.43.550.600.376594.0712.8331.695040.570.620.255263876).6393.210219.590.E0.2

44、734683J-820.2956.910W9.620.670.3019754.S 1905.71057 112083.640.690.3217804J965.1112612873.670.720.35268S1.510581234141U9.690.740.3739934.81122130914969.720.7$0.407210181222142516293740.800.43011075.31250.31305.4172C43.770.830.4?57116421397163018633R0O&0和？ 7”5715DA1760Mil9.830.890.M11135316231894

45、2164!)860 9?0 W2us?一17歸W9.900.960.G6215911 * yi190922272545他0仍？169S“祁H7R9.961 L!_J1.02U 1/J 0523818102171253328951 001 070S4QS1Q64MW?74Q3）線圈是否繞得下？窗口是否夠 ？用一股<1>0? 31的線，線圈占用的面積為 196X1X0.108=21. 2 mm2 °EE25的窗口面積為 42mm2左右，完 全繞得下。經(jīng)試?yán)@后，磁心窗口確實(shí)尚有較大的空隙。4）計(jì)算磁芯的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B按公式（10）,磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B二NXALXI/Ae這

46、里I應(yīng)按最大電流考慮，即它的有效值再乘以電流波峰系數(shù)1.7, Ae為磁芯的有效截面積，對 EE25A為39. 6mm2彳導(dǎo)磁芯的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度：BM 二 196X59. 6X 1(TX0. 322X1. 7/39。6X 10八0. 161T 二 161mT,比一般推薦的磁感應(yīng)強(qiáng)度 200、230mT值低。工作時(shí)，不會(huì)有飽和問題，損耗也不會(huì)太大。根據(jù)磁 感應(yīng) 強(qiáng)度值可以判斷，我們選擇氣隙的大小基本上是合適的。裝入整燈實(shí)際使用后，電感線圈及磁心的溫度都不高，可見，磁心尺寸及漆包線線徑的選擇是合適的。例8莫75W電子鎮(zhèn)流器，實(shí)際輸入功率為56. 7W,采用雙啟動(dòng)電容，有燈絲電流的電容 C1二4n7,

47、輔助啟 動(dòng)電容 C2二6n8,電感L二2. 6mH。由鎮(zhèn)流器綜合測試儀測得的燈管電流值為0. 322A,燈絲電流為0. 157A,導(dǎo)入陰極電流為0. 361A,試計(jì)算其電感。解：考慮其電流更大一些，這里選用EE28磁心，中心磨氣隙1.8mm。為了求得線圈的圈數(shù)，必須知道磁心的AL值。為此，可用100匝的線圈去測得磁心的電感為850P H,由此可以算出其 AL值為850/100匚85. OnH/匝2。1)線圈的圈數(shù)為繞制2. 6mH的電感，線圈的圈數(shù) N二(L/AL) 1?"-= (2.6X106/85.0)叫168匝。2)線圈的線徑由于采用雙啟動(dòng)電容，儀器所測得的導(dǎo)入陰極電流已不是真

48、正流過線圈的電流，必須加以修正。修正后與燈管并聯(lián)的容性電流二 (1+C2/C1) 0.157A= (1+6. 8/4.7) 0.157A=0. 424A,由此可算出流過線圈的電流為修正后的容性電流與燈管電流的向M和，即(0. 3222+0. 4242) %0. 532A.L=2652X0, 95(4001.414X265)/(2X80X30X 10 3X400) =0. 86mH由表1知，為通過0.532A的電流，導(dǎo)線的載流截面積應(yīng)為 0. 16mm2,可以選用"0.45的漆包線， 考慮到 趨膚效應(yīng)，這里選用 4>0. 29的線雙股并繞，其有效線徑為 1.414X 4>0. 29=0. 41mm,考慮漆包 層，其單股 實(shí)際截面積為0.096mm2。如嫌線稍細(xì)一些