關于電感值的工程變通計算和測試法

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=（）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=(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N=(4)

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：N==No（6）

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。

4應用效果

（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如果您平日對來自華爾街的信息有所關注的話，您就會發現新年伊始，各大頂級投資銀行普遍調低了今年全球及各主要國家和地區的經濟增長率預期指標。以美林集團（MerrillLynch＆Co.)2000年12月公布的2001年全球經濟趨勢報告為例；全球GDP增長預計值由2000年的4?2％降至2001年的3?1％，其中美國降幅最大，由2000年的5?1％降為3?3％，歐盟由3?5％降為2?8％；日本由1?8％降至1?4％。全球經濟增長放緩的一個顯著特征將是各主要國際市場的需求收縮，消費減弱，貿易額降低。而對今年即將入世的中國企業特別是出口企業來說，要想在低迷的大環境中創出佳績，為自己在世界經濟體中的正式登臺亮相博個頭彩，采用基于互聯網的電子化貿易方式將是不可或缺的解決之道。

現在讓我們從另一個角度來看看為什么電子貿易是保證今后我國在國際貿易領域良性發展的必要手段。據投資銀行摩根士丹利（MorganStanleyDeanWitter)2001年1月出具的全球技術、新媒體及互聯網應用趨勢報告顯示：在新世紀第一年，全球互聯網用戶及應用將繼續強勁增長，全球互聯網用戶將增長27％，達到3億6千5百萬，并且在今后3年內將保持至少23％的年增長率。而中國最主要的貿易伙伴的互聯網應用增長率分別為：美國18％，日本39％，西歐26％，亞洲（除日本外）32％。同時，在今后10年，發達國家，尤其是美國的GDP增長將主要來自電子商務和貿易的拉動作用。例如今年，美國的電子貿易額將占到其GDP的4％左右。隨著互聯網應用在這些主要貿易伙伴的經濟生活中的比重日益增強，其貿易方式、政策和對合作方的要求也會快速向網絡化、電子化的方向轉變。對中國企業來說，已經不是是否要走電子貿易之路的問題，而是我們要在這條路上走多快，能夠走多快的問題。

好在從我國自身發展互聯網及電子貿易的形勢來看，我們有著充足的潛力和機會。我們相信，今年將是中國國際貿易真正在網絡電子化道路上追趕并進入世界第一梯隊的一年。我們也有充分的信心在低沉的全球氛圍中讓中國的經濟發展奏出一段亮麗的樂章。

圖1磁性材料的磁化曲線

圖2磁性材料的導磁率與交流磁感應強度關系

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。