變壓器磁芯的種類及應用

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1、變壓器磁芯的種類及應用磁性材料一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲線磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的，在外加磁場H作用下，必有相應的磁化強度M或磁感應強度B，它們隨磁場強度H的變化曲線稱為磁化曲線（M～H或B～H曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現象及磁滯現象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當材料的M值達到飽和后，外磁場H降低為零時，M并不恢復為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當于M～H曲線或B～H曲線上的某一點，該點常稱為工作點。2.軟磁材料的

2、常用磁性能參數飽和磁感應強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應強度Br：是磁滯回線上的特征參數，H回到0時的B值。矩形比：Br∕Bs矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質、應力等）。磁導率μ：是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關。初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。居里溫度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了

3、磁性器件工作的上限溫度。損耗P：磁滯損耗Ph及渦流損耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe∝f2t2/，ρ降低，磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc；降低渦流損耗Pe的方法是減薄磁性材料的厚度t及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關系為：總功率耗散（mW）/表面積（cm2）3.軟磁材料的磁性參數與器件的電氣參數之間的轉換在設計軟磁器件時，首先要根據電路的要求確定器件的電壓～電流特性。器件的電壓～電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關。設計者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數與器件電氣參數的轉換關系。設計軟磁器件通常包

4、括三個步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；根據磁性參數要求，模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應的電氣參數。二、軟磁材料的發(fā)展及種類1.軟磁材料的發(fā)展軟磁材料在工業(yè)中的應用始于19世紀末。隨著電力工及電訊技術的興起，開始使用低碳鋼制造電機和變壓器，在電話線路中的電感線圈的磁芯中使用了細小的鐵粉、氧化鐵、細鐵絲等。到20世紀初，研制出了硅鋼片代替低碳鋼，提高了變壓器的效率，降低了損耗。直至現在硅鋼片在電力工業(yè)用軟磁材料中仍居首位。到20年代，無線電技術的興起，促進了高導磁材料的發(fā)展，出現了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。從40年代到60年代，是科學技術

5、飛速發(fā)展的時期，雷達、電視廣播、集成電路的發(fā)明等，對軟磁材料的要求也更高，生產出了軟磁合金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進入70年代，隨著電訊、自動控制、計算機等行業(yè)的發(fā)展，研制出了磁頭用軟磁合金，除了傳統(tǒng)的晶態(tài)軟磁合金外，又興起了另一類材料—非晶態(tài)軟磁合金。2.常用軟磁磁芯的種類鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素是構成磁性材料的基本組元。按（主要成分、磁性特點、結構特點）制品形態(tài)分類：(1)粉芯類：磁粉芯，包括：鐵粉芯、鐵硅鋁粉芯、高磁通量粉芯（HighFlux）、坡莫合金粉芯（MPP）、鐵氧體磁芯(2)帶繞鐵芯：硅鋼片、坡莫合金、非晶及納米晶合金三常用軟磁磁芯的特點及

6、應用(一)粉芯類1.磁粉芯磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質混合壓制而成的一種軟磁材料。由于鐵磁性顆粒很小（高頻下使用的為0.5～5微米），又被非磁性電絕緣膜物質隔開，因此，一方面可以隔絕渦流，材料適用于較高頻率；另一方面由于顆粒之間的間隙效應，導致材料具有低導磁率及恒導磁特性；又由于顆粒尺寸小，基本上不發(fā)生集膚現象，磁導率隨頻率的變化也就較為穩(wěn)定。主要用于高頻電感。磁粉芯的磁電性能主要取決于粉粒材料的導磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數、絕緣介質的含量、成型壓力及熱處理工藝等。常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種。磁芯的有效磁導率μe及電

7、感的計算公式為：μe=DL/4N2S×109其中：D為磁芯平均直徑（cm），L為電感量（享），N為繞線匝數，S為磁芯有效截面積（cm2）。(1)鐵粉芯常用鐵粉芯是由碳基鐵磁粉及樹脂碳基鐵磁粉構成。在粉芯中價格最低。飽和磁感應強度值在1.4T左右；磁導率范圍從22～100；初始磁導率μi隨頻率的變化穩(wěn)定性好；直流電流疊加性能好；但高頻下損耗高。鐵粉芯初始磁導率隨直流磁場強度的變化鐵粉芯初始磁導率隨頻率的變化(2).坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有鉬坡莫合金粉芯（MPP）及高磁通量粉芯（HighFlux）。MPP是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構成。主要特點是

8、：飽和磁感應強度值在7500Gs左右；磁導率范圍大，從14～550；在粉末磁芯中