互感器磁芯的種類(lèi)及應(yīng)用

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1、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(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的,在外加磁場(chǎng)H作用下,必有相應(yīng)的磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B,它們隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化曲線稱(chēng)為磁化曲線(M~H或B~H曲線)。磁化曲線一般來(lái)說(shuō)是非線性的,具有2個(gè)特點(diǎn):磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H足夠大時(shí),磁化強(qiáng)度M達(dá)到一個(gè)確定的飽和值Ms,繼續(xù)增大H,Ms保持不變;以及當(dāng)材料的M值達(dá)到飽和后,外磁場(chǎng)H降低為零時(shí),M并不恢復(fù)為零,而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當(dāng)于M~H曲線或B~H曲線上

2、的某一點(diǎn),該點(diǎn)常稱(chēng)為工作點(diǎn)?! ?.軟磁材料的常用磁性能參數(shù)  飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs:其大小取決于材料的成分,它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。  剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù),H回到0時(shí)的B值?! 【匦伪龋築r∕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(zhì)、應(yīng)力等)。  磁導(dǎo)率μ:是磁滯回線上任何點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的比值,與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)?! 〕跏即艑?dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp

3、。來(lái)源:www.tede.cn  居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降,達(dá)到某一溫度時(shí),自發(fā)磁化消失,轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?,該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度?! p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(guān)系為:總功率耗散(mW)/表面積(cm2)  3.軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)

4、之間的轉(zhuǎn)換  在設(shè)計(jì)軟磁器件時(shí),首先要根據(jù)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(guān)。設(shè)計(jì)者必須熟悉材料的磁化過(guò)程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)計(jì)軟磁器件通常包括三個(gè)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(jù)磁性參數(shù)要求,模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應(yīng)的電氣參數(shù)。二、軟磁材料的發(fā)展及種類(lèi)  1.軟磁材料的發(fā)展  軟磁材料在工業(yè)中的應(yīng)用始于19世紀(jì)末。隨著電力工及電訊技術(shù)的興起,開(kāi)始使用低碳鋼制造電機(jī)和變壓器,在電話(huà)線路中的

5、電感線圈的磁芯中使用了細(xì)小的鐵粉、氧化鐵、細(xì)鐵絲等。到20世紀(jì)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(xiàn)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(wú)線電技術(shù)的興起,促進(jìn)了高導(dǎo)磁材料的發(fā)展,出現(xiàn)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(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期,雷達(dá)、電視廣播、集成電路的發(fā)明等,對(duì)軟磁材料的要求也更高,生產(chǎn)出了軟磁合金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進(jìn)入70年代,隨著電訊、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)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

6、,又興起了另一類(lèi)材料—非晶態(tài)軟磁合金。來(lái)源:輸配電設(shè)備網(wǎng)  2.常用軟磁磁芯的種類(lèi)  鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素是構(gòu)成磁性材料的基本組元?! “矗ㄖ饕煞帧⒋判蕴攸c(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn))制品形態(tài)分類(lèi):    (1)粉芯類(lèi):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(diǎn)及應(yīng)用  (一)粉芯類(lèi)  1.磁粉芯  磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的一種軟磁材料。由于鐵磁性顆粒很?。?/p>

7、高頻下使用的為0.5~5微米),又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開(kāi),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(yīng),導(dǎo)致材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性;又由于顆粒尺寸小,基本上不發(fā)生集膚現(xiàn)象,磁導(dǎo)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(dǎo)磁率、粉粒的大小和形狀、它們的填充系數(shù)、絕緣介質(zhì)的含量、成型壓力及熱處理工藝等?! 〕S玫拇欧坌居需F粉芯、坡莫合金粉芯及鐵硅鋁粉芯三種?! 〈判镜挠行Т艑?dǎo)率μe及電感的計(jì)算公式為:μe=DL/4N2S×1

8、09來(lái)源:http://www.tede.cn  其中:D為磁芯平均直徑(cm),L為電感量(享),N為繞線匝數(shù),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(shù)脂碳基鐵磁粉構(gòu)成。在粉芯中價(jià)格最低。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在1.4T左右;磁導(dǎo)率范圍從22~100;初始磁導(dǎo)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?lián)p耗高?! ¤F粉芯初始磁導(dǎo)率隨直流磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化  鐵粉芯初始磁導(dǎo)率隨頻率的變化  (2).坡莫合金粉芯  坡莫合金粉芯主

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