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时间:2018-11-04
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1、一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H作用下,必有相应的磁化强度M或磁感应强度B,它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。 材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点
2、常称为工作点。 2.软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列;剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比:Br/Bs;矫顽力Hc:是表示材料磁化难易程度的量,取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等);磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密切相关初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高
3、而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作的上限温度损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc;降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散(亳瓦特)/表面积(平方厘米)3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 ·设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料;·合理确定磁芯的几何形状及尺寸;·
4、根据磁性参数要求,模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。材料:BH,mI~H:H=IN/lL~m:L=ALN2=4N2mSK/D′10-9磁芯(S,l):f~F磁势F=òHdl=HlU~B:U=Ndf/dt=kfNBS′10-6器件(N):U~I,LNf=òUdt二.常用软磁磁芯的特点及应用 (一).粉芯类 1.磁粉芯 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小(高频下使用的为0.5~5微米),又被非磁性电绝缘膜物质隔开,因此,一方面可以隔绝涡流,材料适用于较高频率;
5、另一方面由于颗粒之间的间隙效应,导致材料具有低导磁率及恒导磁特性;又由于颗粒尺寸小,基本上不发生集肤现象,磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。 常用的磁粉芯有铁粉芯(IRONCORE)、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯(SENDUST)三种。 (1).铁粉芯(IRONCORE) 常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在1.4T左右;磁导率
6、范围从10~100;初始磁导率mi随频率的变化稳定性好;直流电流叠加性能好;但高频下损耗高。 (2).坡莫合金粉芯 坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(HighFlux)。 MPP主要特点是:饱和磁感应强度值在7500Gs左右;磁导率范围大,从14~550;在粉末磁芯中具有最低的损耗;温度稳定性极佳,广泛用于太空设备、露天设备等;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300KHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性
7、要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等,在AC电路中常用,粉芯中价格最贵。 高磁通粉芯主要特点是:饱和磁感应强度值在15000Gs左右;磁导率范围从14~160;在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度,最高的直流偏压能力;磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等,在DC电路中常用,高DC偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP。 (3).铁硅铝粉芯(SENDUSTCores) 铁硅铝粉芯可在8KHz以上频率下使用;饱和磁感在1.05T左右;导磁率从
8、26~125;磁致伸缩系数接近零,在不同的频率下工作时无噪声产生;比MPP有更高的DC偏压能力;具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。 2.软磁铁氧体(Ferritecore) 软磁铁氧体磁芯有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn、Mg-Zn等几类,其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大,Mn-Zn铁氧体的电阻
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