关于电感值的工程变通计算和测试法

关于电感值的工程变通计算和测试法

1引言

在开发电子镇流器和电子节能灯电感镇流器及电感式节能灯中，常常遇到镇流电感及滤波电感值的计算问题。

但是电感值的计算程式比较繁琐，并且在缺乏必要的磁材参数测量仪器的情况下，要严格按程式计算也是困难的，如果有设计仿真软件当然就容易了。

2传统的程式设计

例如：要设计40W电子镇流器，电路需要L=1.6mH的电感，试计算磁芯大小、绕线匝数、磁路气隙长度。

首先，计算磁芯截面积，确定磁芯尺寸。

为此，可由式（1）计算出磁芯面积乘积Ap

Ap=(392L×Ip×D2)/ΔBm(1)

式中：Ap——磁芯面积乘积cm4

L——要求的电感值H

Ip——镇流线圈通过的电流峰值A

ΔBm——脉冲磁感应增量T

D——镇流线圈导线直径mm

根据磁芯面积乘积Ap的计算值在设计手册中选择标准规格磁芯或自行设计磁芯尺寸。在此ΔBm一般取饱和磁感强度的1/2～2/3，即：ΔBm=（）Bs。

Bs在一般磁材手册中都是给定的，可以查找出来，所以，一般说，由式（1）计算磁芯尺寸，并不是难事，难在磁材本身参数的分散性，同一炉磁芯的参数差别有时会很大，手册中给出的Bs—H曲线和参数是统计平均值，所以依据式（1）算出的尺寸，还要在实际使用中反复检验修正。

磁芯尺寸确定以后，计算空气隙（对EI型磁芯就是夹多厚的垫片，对于环型铁芯就是开多宽的间隙）一般是按式（2）计算：lg=(2)

式中：lg——磁芯气隙长度cm

L——所需的电感值H

Ip——线圈中通过的电流峰值A

ΔBm——脉冲磁感应增量T

Sp——磁芯截面积cm2

一般地说，根据式（2）计算气隙大小，也不会太困难。困难仍在于ΔBm值，仅是厂家的统计平均值，对于同一规格的磁芯，不同厂家也是不同的，所以，依据式（2）算出的lg，仅是个大概值，还须在实际中去反复修正，也就是再试凑。

磁芯尺寸确定了，气隙长度也确定了，就可以确定需绕多少匝，才能达到所需的电感值L。

根据L=4μ·N2×10－9×A(3)可得N=(4)

式中：N——为所需的绕组匝数

A——磁芯的几何形状参数

要根据式（4）算出匝数，关键是要知道导磁率μ为多少，从厂家给的磁材手册上查，μ值也只是个范围。例如R2K磁芯，其初始导磁率实际上是在1800～2600之间，具体值得靠测量。测量磁参数的仪器，一般工厂是不具备的，于是要根据式（4）计算匝数就比较困难。尤其是在有气隙的条件下，导磁率比无气隙时下降了多少也是未知数。所以依据式（4）计算就更困难。一般是先假设μ，进行计算，算出匝数N，试绕好后测量L能否达到设计值，通常很难达到，则再另设μ值，再计算，这样反复试凑下去，直到接近预定的L值结束。

以上就是根据已知电感量L，求磁芯尺寸，气隙及绕组匝数的通用方法。

如果，设计一种镇流器只计算一个电感值L，采用这种试凑计算也就算了，现在要面对市场，需要种种规格的镇流电感，再这样试凑，不仅时间上拖延了新品的开发进度，试制材料上也浪费很多。当然如果有电感值计算仿真软件，就另当别论。

3变通算法

根据前面计算出的磁芯尺寸、气隙长度，先绕制一匝数为No的电感，其实测电感值为Lo，则有

Lo=4μNo2×10－9×A(5)

令式（3）式（5）相除并整理后得：N==No（6）

式中：L——为要求的电感值

No——为已知的匝数

Lo——为已知的匝数下的电感值

这样，对同一参数的磁芯，只要知道L、No、Lo三个参数，即可求出匝数N。

实际制作时我们先在磁芯上绕（环形磁芯可以直接绕，EI型磁芯可在骨架上绕）No=20匝，在电感仪上测出Lo，将此值代入式（6），即可求出在该磁芯上应绕的匝数N。

间隙的确定：

（1）间隙的作用

图1及图2中的曲线①为无间隙时磁芯的磁化曲线及导磁率μ与B的曲线，图1及图2中的曲线②为有气隙时的相应曲线。

从图1及图2的曲线可看出，同一磁芯开了气隙后，可使B—H曲线斜率降低，使磁芯饱和点右移，从而增加了磁芯抗直流磁化的能力。但气隙的加入，又使导磁率下降，所以气隙有个最佳值，即在电感线圈通过最大峰值电流时，磁芯不进入饱和，同时又不致使导磁率降得太低，因为从式（3）可知，在所需电感量一定时若导磁率降低势必要增加线圈匝数，这是个矛盾。

（2）确定最佳气隙

按该镇流电感所通过的最大电流峰值Ip，利用直流磁化电源，和电感测试仪配套连接，使通入的直流电流达到Ip时，电感量下降不超过零电流时的10％，即认为磁芯已经到达最高Bm值，此时的间隙即为最佳气隙长度。

如果通入Ip时，电感下降值超过10％，说明间隙小了些，可适当再加大点，如果在Ip时，电感不下降，说明间隙片大了点，应适当减小点，这样，边测边改，十几分钟就确定了最佳气隙长度，避免了利用式（2）计算气隙时因Bm值不确定带来的反复试凑的麻烦。

根据上述可归结出电感值计算三步法，即在根据电路要求或灯电参数确定了镇流电感值L后，可按下述三步进行：

①利用式（1）确定磁芯尺寸；

②用直流磁化电源和电感测试仪确定气隙；

③利用公式（6）计算所需的匝数。

当然，这样确定的镇流电感值还要装到电路里进行实验确认。一般只需作简单的匝数修正即可满足设计要求，用这种变通法设计镇流电感，绕开了对磁材磁性能指标如μ及Bs的准确了解，而能顺利设计出需要的电感值。

4应用效果

（1）我们在开发研制出的许多系列节能灯产

品中所用的镇流器电感，都是按上述三步法设计的，效果良好。

（2）利用变通计算法在已知产品的电感值，磁芯

尺寸及间隙厚度条件下，反求其绕线的匝数。

当有的电感绕组不能用测圈仪测量其匝数时，只好一圈一圈拆计数，对EI型磁芯还好拆，对于环形铁芯拆起来较困难，尤其是小环、线细、匝数多的情况，现在利用变通算法，只要设法在原电感上绕20～30匝线，再测出新绕电感值Lo代入式（6）即可求出该电感的实际匝数。

（3）利用变通计算法控制环形铁芯电感量的一致

性。

在铁芯卷绕及加工间隙时，由于操作工艺上的问题，会造成间隙厚度和形状不一致，这样，如按固定的匝数进行绕制，势必造成各个环形电感值的很大差如果您平日对来自华尔街的信息有所关注的话，您就会发现新年伊始，各大顶级投资银行普遍调低了今年全球及各主要国家和地区的经济增长率预期指标。以美林集团（MerrillLynch＆Co.)2000年12月公布的2001年全球经济趋势报告为例；全球GDP增长预计值由2000年的4?2％降至2001年的3?1％，其中美国降幅最大，由2000年的5?1％降为3?3％，欧盟由3?5％降为2?8％；日本由1?8％降至1?4％。全球经济增长放缓的一个显著特征将是各主要国际市场的需求收缩，消费减弱，贸易额降低。而对今年即将入世的中国企业特别是出口企业来说，要想在低迷的大环境中创出佳绩，为自己在世界经济体中的正式登台亮相博个头彩，采用基于互联网的电子化贸易方式将是不可或缺的解决之道。

现在让我们从另一个角度来看看为什么电子贸易是保证今后我国在国际贸易领域良性发展的必要手段。据投资银行摩根士丹利（MorganStanleyDeanWitter)2001年1月出具的全球技术、新媒体及互联网应用趋势报告显示：在新世纪第一年，全球互联网用户及应用将继续强劲增长，全球互联网用户将增长27％，达到3亿6千5百万，并且在今后3年内将保持至少23％的年增长率。而中国最主要的贸易伙伴的互联网应用增长率分别为：美国18％，日本39％，西欧26％，亚洲（除日本外）32％。同时，在今后10年，发达国家，尤其是美国的GDP增长将主要来自电子商务和贸易的拉动作用。例如今年，美国的电子贸易额将占到其GDP的4％左右。随着互联网应用在这些主要贸易伙伴的经济生活中的比重日益增强，其贸易方式、政策和对合作方的要求也会快速向网络化、电子化的方向转变。对中国企业来说，已经不是是否要走电子贸易之路的问题，而是我们要在这条路上走多快，能够走多快的问题。

好在从我国自身发展互联网及电子贸易的形势来看，我们有着充足的潜力和机会。我们相信，今年将是中国国际贸易真正在网络电子化道路上追赶并进入世界第一梯队的一年。我们也有充分的信心在低沉的全球氛围中让中国的经济发展奏出一段亮丽的乐章。

图1磁性材料的磁化曲线

图2磁性材料的导磁率与交流磁感应强度关系

异，不符合设计要求。

为解决这个问题，一般采用宁肯多绕几圈的办法，在测量电感值时，再把多余的圈数拆掉（当然拆几圈比增加几圈简单一些）

我们在开始生产250W钠灯镇流器时，唯恐绕好后有的电感量不够，就宁肯多绕十几匝，结果逐个检测电感量时，发现有的电感量基本接近设计值，而有的多绕了十几匝，只好一个个地拆掉多余的匝数，浪费了铜线也费了工时。

为此，我们专门设计了一个工装，用此工装结合LCR测试仪可直接对每个铁芯进行Lo的测量，并用标签贴在铁芯上。工装的No为30匝，测量一个批量后，用公式（6）计算，即知同一L值的铁芯上应绕的匝数。

对于某一功率的镇流器，L是已知的，如250W钠灯镇流电感，L一般为190mH左右，则：这就把一个较复杂的计算问题简化，交由生产线工人来操作。