非晶/纳米晶电感及其在荧光灯电子镇流器中的应用研究

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近年来,我国的电光源产品,特别是节能照明产品一直保持快速增加,其中荧光灯占到58%的照明市场份额,具有广阔的研究前景。由于荧光灯负的伏安特性,所以不论采用哪种形式的镇流器,均需采用磁性器件对灯电流进行“轭流”或“镇流”。目前大部分电子镇流器的镇流电感还是采用铁氧体磁芯,铁氧体的虽然成本低,但是居里温度只有180℃,磁导率低,饱和磁感应强度较低,矫顽力较高,容易导致电路在长时间工作后产生磁饱和,电流在峰值附近有很大尖峰,三极管会因电流过大而发热而失效。  与铁氧体相比,非晶纳米晶软磁材料具有居里温度大于450℃、磁导率高、饱和磁感应强度比较高、矫顽力小等优良特性,能保证电路在长时间工作不会磁饱和,提高电路稳定性,因此研究非晶纳米晶镇流电感很有意义。本文分别采用101非晶带材和107纳米晶带材绕制成环型,通过环氧树脂加固后开气隙,制备镇流电感,测量磁芯的交流、电感量、饱和电流及应用于电路后灯的性能,并分析了磁芯特性对灯电路的影响,得到的主要结果如下:  1)、节能荧光灯的镇流电感应采用环形磁芯,电子镇流器的开关工作频率选在20kHz到40kHz范围内,本文将电子镇流器输出频率设计为30kHz,磁芯内径设计为Φ28×16×8mm,镇流电感的饱和电流大于440mA,当镇流电感的电感值为3.68mH时,电路处于谐振状态,串联谐振电路消耗的功率最少。  2)、形状与尺寸相同的101非晶磁芯和107纳米晶磁芯,前者的有效磁导率要比后者的有效磁导率要略高。磁芯的气隙越大,镇流电感的电感因素越小,制作某值的电感需要的线圈匝数越多;且非晶磁芯的电感因素要比纳米晶磁芯的电感因素要大。镇流电感的饱和电流随着气隙的增加而增加。当频率在10kHz到50kHz之间发生变化时,电感值的误差值小于5%,在气隙与形状相同时,使用101非晶磁芯的镇流电感的饱和电流要大于使用107纳米晶磁芯的镇流电感的饱和电流。  3)、灯管的启动电流随着输入电压增加而增加。在输入电压相同的前提下,采用了非晶与纳米晶镇流电感的灯电路的启动电流要比采用铁氧体磁芯镇流电感的灯电路的启动电流要小。采用非晶纳米晶材料的电子镇流器产生了大于0.4秒的预热时间,并随着气隙的增大而先增大后减少。当气隙为0.4mm的时候,预热时间最长。  4)、采用了非晶与纳米晶磁芯镇流电感的灯电路工作电流相对于采用铁氧体磁芯镇流电感的灯电路工作电流略有下降,最大有0.01A的降幅。输入功率随着输入电压的上升而上升。在电压相同的情况下,采用了非晶与纳米晶磁芯镇流电感的灯电路的输入功率要小于采用了铁氧体磁芯镇流电感的灯电路的输入功率。灯电路的功率因素随着电压的上升而下降。  5)、开气隙为0.2mm非晶磁芯,尺寸改为Φ17.5×10×8mm,由于体积减少,其制作的电感的饱和电流下降到560mA,当频率从10kHz到50kHz变化时其电感值变化范围小于5%,荧光灯的启动电流要大于采用Φ28×16×8mm非晶磁芯镇流电感的荧光灯的启动电流,预热时间小于1s,并且当输入电压达到220V时,预热时间为0s。灯电路的工作电流,输入功率随输入电压的升高而升高,并且要大于采用形状为Φ28×16×8mm非晶磁芯镇流电感的灯电路的的工作电流和输入功率,输入功率因素随输入电压的增加而减少。比较可知,改变磁芯的体积无法提升功率因素。
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