濾波扼流圈設計方法

2022-10-01 13:06:07 字數 2188 閱讀 9467

在電子裝置中,將交流電經整流後得到脈動直流電,為了獲得平滑的直流電流,必須採用電容濾波或電感濾波,以減少整流後的紋波電壓,雖然許多小功率的整流電路,只需在整流後併聯上乙隻大容量的電解電容器,即可滿足要求。但對直流負載功率達幾百瓦的整流電路,單靠電容器濾波是不夠的,因為加大電容器的容量,它的體積也要增大,另外,當負載電流變化時,直流電壓的波動也會增大,輸出特性變差。如果在整流後採用乙個濾波扼流圈,與電容器配合接成π形濾波電路,或者接成倒l形濾波電路,那麼,濾波效果要好得多了,見圖1所示。

如何確定濾波扼流圈的電感量 l?在圖1中,先計算負載電阻的阻值:

(ω)那麼,濾波扼流圈的電感量l可以根據負載電阻的大小,按下式計算電感量l:

(亨)當電源頻率f=50hz時,則

(亨)例如: 經整流、濾波後的負載電壓為24v,直流電流i為5a。此時負載電阻=4.8ω。那麼要求濾波扼流圈的電感量l:

即電感量為5毫亨,直流電流為5a。

由於在濾波扼流圈中通過的是脈動直流電流,其中主要的是直流成分,也有少量的交流成分,即在交直流同時磁化下工作的。因此在鐵芯中產生很強的直流磁通,甚至使鐵芯中的磁通達到飽和狀態。製造這樣的扼流圈,在鐵芯的磁路中都留有一定的空氣隙lg以防止直流磁通的飽和。

濾波扼流圈的鐵芯體積v、線圈匝數n和空氣隙lg,是由三個有相互關係的電氣引數,即:電感量l、直流磁化電流i和線圈兩端的交流的電壓u~而決定的。

濾波扼流圈的匝數、和通過的直流電流,因而在鐵芯中產生直流磁通,同時在直流電流中還含有紋波電壓,因此在鐵芯中也含有一部分交變的磁通,它疊加在直流磁通上,見圖2所示。

濾波扼流圈的磁路是由鐵芯的磁路長度和空氣隙lg兩部分組成。雖然磁路長度極大於空氣隙lg,但這兩部分是不能直接相加的。因為這兩部分的導磁率μ是不同的,在空氣隙中的導磁率是1,而在鐵芯中的導磁率視鐵芯的飽和程度而定。

磁路中有空氣隙的,其有效導磁率μe一般在100~ 1000。

在鐵芯中的導磁率與空氣隙中的導磁率兩者比值極大,而空氣隙對磁通的阻力很大。所以某個濾波扼流圈,當通過的直流磁化電流變動時,而電感量的變化很小,那麼這種扼流圈稱為線性扼流圈。

假如磁路中的空氣隙lg很小,當直流磁化電流變動時,使電感量也引起變動,如通過的直流電流變小時,電感量l增大,當通過直流電流增大時,電感量l減小,(如音訊乙類功率放大電路)。這種扼流圈則稱為非線性扼流圈,又叫做搖擺扼流圈。

濾波扼流圈鐵芯體積v的大小,與的乘積成正比例,所以設計時,先要按表一選定某一型號的鐵芯,並求出的比值,再從圖3的曲線上求得的對應值,此時即可計算繞組匝數n:

(匝)導線直徑d也根據表一提供的電流密度j進行計算:

(mm)

現舉例設計乙個10mh、的濾波扼流圈,用於50hz整流電路上,電壓降不大於1.5v。

計算步序:

1.計算, =0.01x 5*5 =0.25

在圖3的中部區間內。

2.按表1選擇鐵芯,並計算. 選擇ei26×28,鐵芯體積v=108代入下式:

然後在圖3的縱座標上,找到23×,並找到對應的h值為40。

3.計算線圈匝數

因為h==40

所以n==125圈

4.計算導線直徑d

=1.35 mm

按線規表選擇 qe-1.32 漆包線。

5.表一中所列的鐵芯系列,是變壓器廠常用的規格,一般都配有塑料骨架,本例中qe-1.32漆包線繞125圈,正好能繞在ei-26×28的骨架上,線圈厚度為10mm。

6.平均匝長lo

lo=2×(29+31)+10π=151 mm

7.導線總長l

l=nlo=125×0.151=18.9m

8.直流電阻r20℃

9.電壓降ur

ur=i=5×0.242=1.21v

此電壓降ur接近並小於預定值1.5v,比較合適。如果計算ur值大於預定值。

則應重選大一號的鐵芯。減少圈數,增大導線直徑。如果客戶對ur未提出要求。

也應以表一提供的電流密度j計算導線直徑,若設計時j取得偏高,則導線偏細,線包溫公升就會偏高。

10.空氣隙lg

在圖3的曲線上,本例計算正好在兩個點0.004~0.005之間,可取0.0045=lg,由於ei型鐵芯磁路中要遇到兩個空氣隙,所以計算空氣隙時應除以2lg==0.35mm

即在裝配鐵芯時,在ei型鐵芯之間墊以0.35mm厚的絕緣紙板,由於鐵芯材質不同,導磁率也有高低,在測試時,可調整空氣隙的大小,以達到需要的電感量。

現將ei16×24鐵芯濾波扼流圈引數列於表二、ei26×28鐵芯濾波扼流圈引數列於表三中,供設計時參考。

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