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1、非晶與超微晶材料的應(yīng)用摘要:結(jié)合應(yīng)用實(shí)例,重點(diǎn)介紹了在不同應(yīng)用場(chǎng)合選用非晶與超微晶材料的種類(lèi)及其特點(diǎn),并與其它磁性材料作了對(duì)比。關(guān)鍵詞:鐵基非晶材料;鐵基超微晶材料;磁導(dǎo)率;矯頑力;損耗非晶與超微晶材料的應(yīng)用磁材料120×60×40磁芯。按照E=4.44f×Bm×N×Sc×10-4(1)式中:Bm——工作磁感應(yīng)強(qiáng)度,一般選在Bs/2處較合適,既Bm選0.8T;E——交流輸入電壓,V;N——初級(jí)匝數(shù);f——交流輸入電壓頻率,Hz;Sc——磁芯有效截面積,cm2。又因?yàn)镾c=(1/2)×D×(R-r)×h(2)式中:D——磁芯的占空系數(shù),一般取0.65;R—
2、—磁芯的外環(huán)直徑,cm;r——磁芯的內(nèi)環(huán)直徑,cm;h——磁芯的高度,cm。所以Sc=(1/2)×D×(R-r)×h=(1/2)×0.65×(12-6)×4=7.8cm2由式(1)可得:N===198匝考慮銅損,N選200匝。2)驗(yàn)證為了驗(yàn)證N=200匝時(shí),磁導(dǎo)率μe是否在磁芯材料參數(shù)的范圍之內(nèi),可利用式(3)N=104×(3)式中:L——初級(jí)電感量,H;lc——磁芯的平均磁路長(zhǎng)度,cm。因?yàn)閘c=1.57×(D+d)=1.57×(12+6)=28.26cmL的計(jì)算如下:在未繞成變壓器之前,初級(jí)電感量是不能測(cè)出的,但可以由式(4)推算出。=(4)即可以先
3、繞N1=10匝,測(cè)得L1=13mH,于是N=200匝時(shí)可得到L=L1×=13×=5.2H由式(3)可得μe=×108=×108=4×104μe滿(mǎn)足μi=8×104的要求。說(shuō)明變壓器初級(jí)匝數(shù)設(shè)計(jì)合理。次級(jí)匝數(shù)可由電壓與匝數(shù)的變比求出,這里不再累述。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),這一理論計(jì)算可以帶起1kW負(fù)載,工作穩(wěn)定可靠。3)設(shè)計(jì)時(shí)注意點(diǎn)①Bm不能選的過(guò)高由于磁芯參數(shù)的分散性,使得在相同匝數(shù)下的電感量有差異,而且相差較多,若Bm取得太高,容易使磁芯飽和。②怎樣判斷磁芯已進(jìn)入飽和?——在淺飽和狀態(tài)下,增加初級(jí)電壓,次級(jí)電壓不增加,增加的能量全部被磁芯損耗掉;負(fù)載加重后,輸出電壓
4、迅速下跌,負(fù)載能力下降,能量被磁芯損耗?!谏铒柡蜖顟B(tài)下,初級(jí)電壓加不到220V磁芯就很燙,而且初級(jí)電壓再升高,次級(jí)電壓也不變,能量全部被磁芯損耗。3開(kāi)關(guān)電源用磁芯3.1單端式變換器用磁芯單端式變換器主要要求磁芯剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度低,即Br/Bs較小。采用鐵基超微晶低剩磁(Br/Bs≤0.2)材料的磁芯,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,剩磁Br<0.2T,初始磁導(dǎo)率μi>2×104,最大磁導(dǎo)率μm=5×104,損耗P0.35(10kHz)<18W/kg。這是因?yàn)閱味耸阶儞Q器磁芯工作在磁滯回線的第一象限,對(duì)材料的要求是具有大的ΔB(ΔB=Bm-Br),鐵基超微
5、晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,它無(wú)論經(jīng)過(guò)怎樣的磁場(chǎng)處理,都是不會(huì)變的,所以要使ΔB增大,只有采用低Br的磁芯。特別對(duì)于單端反激主變壓器,要求有足夠的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和合適的磁導(dǎo)率。因?yàn)閱味朔醇る娐分械闹髯儔浩饕髢?chǔ)能,線圈儲(chǔ)能的多少取決于兩個(gè)因素:一是材料的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Be或電感量L;另一個(gè)是工作磁場(chǎng)Hm或工作電流I。儲(chǔ)能W=LI2,在一定的電流下,磁芯不能飽和。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm由材料決定,低Br的磁芯利于恒磁導(dǎo),使磁芯在一定的電流下不飽和。3.2全橋、半橋、推挽式變換器用磁芯對(duì)于這種雙端式變換器主要要求磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高。雖然鐵基
6、非晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高,但是由于鐵基非晶材料的工作頻率較低(<15kHz),頻率高時(shí),損耗增加,所以對(duì)于幾百kHz以上的逆變電源是不適用的。而采用鐵基超微晶中剩磁(Br/Bs≤0.6)材料的磁芯。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,初始磁導(dǎo)率μi>8×104,最大磁導(dǎo)率μm=45×104。損耗P0.3/(100kHz)<300W/kg,工作頻率高。因?yàn)槿珮?、半橋、推挽式變換器中的變壓器工作在雙端,對(duì)Br的要求不是很?chē)?yán)格,它需要的是2Bm。但若選用高Br的磁芯,當(dāng)電源功率較大時(shí),容易產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。為此,對(duì)于中、大功率的開(kāi)關(guān)電源,可采用中Br磁芯,這樣還可
7、使變壓器有一定的電感量。特別對(duì)于諧振電源,一定的變壓器電感可充當(dāng)諧振電感,使全橋、半橋、推挽式電路產(chǎn)生諧振,達(dá)到ZVS或ZCS軟開(kāi)關(guān)的作用。但對(duì)于有的大功率的開(kāi)關(guān)電源,為防止偏磁,也采用低剩磁(低Br)磁芯。3扼流圈用磁芯扼流圈用磁芯要求有一定的儲(chǔ)能,所以要采用低剩磁,橫磁導(dǎo)率的材料。采用鐵基非晶低剩磁(低Br)材料磁芯,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.5T,剩磁Br<0.1T,恒磁導(dǎo)率250~1200。扼流圈是阻止交流成份,只讓直流通過(guò)的電感元件,所以直流電流和交流電流加在磁芯上時(shí)的磁特性,即直流偏磁特性是很重要的。具體地說(shuō),電感值應(yīng)使得直流電流不易讓磁芯飽和
8、,而對(duì)于交流成分確是足夠大的。為此作為材料特性,需要高飽和磁通密度Bm,磁導(dǎo)率恒