四、关于匹配电感的设计
匹配电感通常就是铁蕊线圈的电感,其电感量可按下式计算。
式中ω为线圈匝数,Sc为铁芯有效截面积(cm2);lc铁芯平均磁路长度(cm);μe铁芯有效磁导率,
式中,μ~铁芯磁导率,lg铁芯中非磁致间隙长度(cm);因为lg/lc〉〉1/μ~,故
所以
由此可见电感L与间隙lg近似成反比,调节lg间隙即可调节LO。
设计电感有以下几个步骤;
(1) 按ωsc选铁芯
式中V为输出电压有效值(V);f为工作频率(Hz);B为铁芯磁感应强度。
一般选MXO一2000E型磁芯较多,匝数计算如下;
(2)计算磁芯间隙lg
(3)确定导线
考虑到高次谐波和超声频率较高,顺计及高频电流的邻近效应和集肤效应的因素。当f>10kHz时由邻近效应引起的交流电阻R~约为其直流电阻Rd的2—10倍,铜耗pr也要比直流铜耗Pro增大同样倍数。令增大倍数为k,则:
Pr=kPro
因此,为维持电感线圈的正常升温,电流密度必须按照常规允许值的1/k-1来选择。
关于集肤效应,常用高频电流的穿透深度B来表示:
式中,μ为导线磁导率,r为导线电导率。
为减少集肤效应的影响,所选导线直径D必须小于两倍穿透深度B,否则采用扁平线或者高频线。
在功率超声中其频率为15-40千赫的匹配电感导线可以采用多股塑胶线,一般问题不大。
匹配电感连续工作8小时如果温升正常,则表明设计是成功的。