變壓器磁芯的種類及應(yīng)用

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1、變壓器磁芯的種類及應(yīng)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(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曲線上的某一點(diǎn)，該點(diǎn)常稱為工作點(diǎn)。2.軟磁材料的

2、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。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(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)。初始磁導(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。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

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(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)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

4、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，開始使用低碳鋼制造電機(jī)和變壓器，在電話線路中的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)

5、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，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(gòu)成磁性材料的基本組元。按（主要成分、磁性特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）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(diǎn)及

6、應(yīng)用(一)粉芯類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。由于鐵磁性顆粒很小（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，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。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(dǎo)率μe及電

7、感的計(jì)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(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。鐵粉芯初始磁導(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(gòu)成。主要特點(diǎn)是

8、：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在7500Gs左右；磁導(dǎo)率范圍大，從14～550；在粉末磁芯中