滤波扼流圈设计方法

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滤波扼流圈设计方法

  在电子设备中,将交流电经整流后得到脉动直流电,为了获得平滑的直流电流,必须采用电容滤波或电感滤波,以减少整流后的纹波电压,虽然许多小功率的整流电路,只需在整流后并联上一只大容量的电解电容器,即可满足要求。但对直流负载功率达几百瓦的整流电路,单靠电容器滤波是不够的,因为加大电容器的容量,它的体积也要增大,另外,当负载电流变化时,直流电压的波动也会增大,输出特性变差。如果在整流后采用一个滤波扼流圈,与电容器配合接成π形滤波电路,或者接成倒L形滤波电路,那么,滤波效果要好得多了,见图1所示。

滤波扼流圈设计方法 
如何确定滤波扼流圈的电感量 L?在图1中,先计算负载电阻滤波扼流圈设计方法的阻值:
滤波扼流圈设计方法(Ω)
那么,滤波扼流圈的电感量L可以根据负载电阻滤波扼流圈设计方法的大小,按下式计算电感量L:
滤波扼流圈设计方法(亨)
当电源频率f=50Hz时,则
滤波扼流圈设计方法(亨)
例如: 经整流、滤波后的负载电压为24V,直流电流I为5A。此时负载电阻滤波扼流圈设计方法=4.8Ω。那么要求滤波扼流圈的电感量L:
滤波扼流圈设计方法
即电感量为5毫亨,直流电流为5A。
  由于在滤波扼流圈中通过的是脉动直流电流,其中主要的是直流成分,也有少量的交流成分,即在交直流同时磁化下工作的。因此在铁芯中产生很强的直流磁通,甚至使铁芯中的磁通达到饱和状态。制造这样的扼流圈,在铁芯的磁路中都留有一定的空气隙lg以防止直流磁通的饱和。滤波扼流圈的铁芯体积V、线圈匝数N和空气隙lg,是由三个有相互关系的电气参数,即:电感量L、直流磁化电流I和线圈两端的交流的电压U~而决定的。
  滤波扼流圈的匝数、和通过的直流电流,因而在铁芯中产生直流磁通,同时在直流电流中还含有纹波电压,因此在铁芯中也含有一部分交变的磁通,它叠加在直流磁通上,见图2所示。
滤波扼流圈设计方法 
  滤波扼流圈的磁路是由铁芯的磁路长度滤波扼流圈设计方法和空气隙lg两部分组成。虽然磁路长度滤波扼流圈设计方法极大于空气隙lg,但这两部分是不能直接相加的。因为这两部分的导磁率μ是不同的,在空气隙中的导磁率是1,而在铁芯中的导磁率视铁芯的饱和程度而定。磁路中有空气隙的,其有效导磁率μe一般在100~ 1000。
  在铁芯中的导磁率与空气隙中的导磁率两者比值极大,而空气隙对磁通的阻力很大。所以某个滤波扼流圈,当通过的直流磁化电流变动时,而电感量的变化很小,那么这种扼流圈称为线性扼流圈。
  假如磁路中的空气隙lg很小,当直流磁化电流变动时,使电感量也引起变动,如通过的直流电流变小时,电感量L增大,当通过直流电流增大时,电感量L减小,(如音频乙类功率放大电路)。这种扼流圈则称为非线性扼流圈,又叫做摇摆扼流圈。    滤波扼流圈铁芯体积V的大小,与 滤波扼流圈设计方法的乘积成正比例,所以设计时,先要按表一选定某一型号的铁芯,并求出滤波扼流圈设计方法的比值,再从图3的曲线上求得滤波扼流圈设计方法的对应值,此时即可计算绕组匝数N:
滤波扼流圈设计方法(匝)
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:
滤波扼流圈设计方法(mm)
现举例设计一个10mH、5Ad.c.的滤波扼流圈,用于50Hz整流电路上,电压降不大于1.5V。
计算步序:
1.计算滤波扼流圈设计方法 滤波扼流圈设计方法=0.01x滤波扼流圈设计方法=0.25
在图3的中部区间内。
2.按表1选择铁芯,并计算滤波扼流圈设计方法选择EI26×28,铁芯体积V=108滤波扼流圈设计方法代入下式:
滤波扼流圈设计方法
然后在图3的纵座标上,找到23×滤波扼流圈设计方法,并找到对应的H值为40。
滤波扼流圈设计方法 
3.计算线圈匝数
因为H=滤波扼流圈设计方法=40
所以N=滤波扼流圈设计方法=125圈
4.计算导线直径d
滤波扼流圈设计方法=1.35 mm
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。
5.表一中所列的铁芯系列,是变压器厂常用的规格,一般都配有塑料骨架,本例中QE-1.32漆包线绕125圈,正好能绕在EI-26×28的骨架上,线圈厚度为10mm。
6.平均匝长lo
lo=2×(29+31)+10π=151 mm
7.导线总长L
L=Nlo=125×0.151=18.9m
8.直流电阻R20℃
滤波扼流圈设计方法
9.电压降Ur
Ur=I滤波扼流圈设计方法=5×0.242=1.21V
  此电压降Ur接近并小于预定值1.5V,比较合适。如果计算Ur值大于预定值。则应重选大一号的铁芯。减少圈数,增大导线直径。如果客户对Ur未提出要求。也应以表一提供的电流密度J计算导线直径,若设计时J取得偏高,则导线偏细,线包温升就会偏高。
10.空气隙lg
  在图3的曲线上,本例计算正好在两个点0.004~0.005之间,可取0.0045滤波扼流圈设计方法=lg,由于EI型铁芯磁路中要遇到两个空气隙,所以计算空气隙时应除以2lg=滤波扼流圈设计方法=0.35mm
  即在装配铁芯时,在EI型铁芯之间垫以0.35mm厚的绝缘纸板,由于铁芯材质不同,导磁率也有高低,在测试时,可调整空气隙的大小,以达到需要的电感量。
滤波扼流圈设计方法 
现将EI16×24铁芯滤波扼流圈参数列于表二、EI26×28铁芯滤波扼流圈参数列于表三中,供设计时参考。
滤波扼流圈设计方法 
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