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1、非晶与超微晶材料的应用摘要：结合应用实例,重点介绍了在不同应用场合选用非晶与超微晶材料的种类及其特点，并与其它磁性材料作了对比。关键词：铁基非晶材料；铁基超微晶材料；磁导率；矫顽力；损耗非晶与超微晶材料的应用磁材料120×60×40磁芯。按照E=4．44f×Bm×N×Sc×10－4（1）式中：Bm——工作磁感应强度，一般选在Bs/2处较合适，既Bm选0．8T；E——交流输入电压，V；N——初级匝数；f——交流输入电压频率，Hz；Sc——磁芯有效截面积，cm2。又因为Sc=（1／2）×D×（R－r）×h（2）式中：D——磁芯的占空系数，一般取0.65；R—
2、—磁芯的外环直径，cm；r——磁芯的内环直径，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匝考虑铜损，N选200匝。2）验证为了验证N=200匝时，磁导率μe是否在磁芯材料参数的范围之内，可利用式（3）N=104×（3）式中：L——初级电感量，H；lc——磁芯的平均磁路长度，cm。因为lc=1.57×(D＋d)=1.57×(12＋6)=28.26cmL的计算如下:在未绕成变压器之前,初级电感量是不能测出的,但可以由式（4）推算出。=（4）即可以先
3、绕N1=10匝,测得L1=13mH，于是N=200匝时可得到L=L1×=13×=5.2H由式（3）可得μe=×108=×108=4×104μe满足μi=8×104的要求。说明变压器初级匝数设计合理。次级匝数可由电压与匝数的变比求出，这里不再累述。经过实验，这一理论计算可以带起1kW负载，工作稳定可靠。3）设计时注意点①Bm不能选的过高由于磁芯参数的分散性，使得在相同匝数下的电感量有差异,而且相差较多,若Bm取得太高,容易使磁芯饱和。②怎样判断磁芯已进入饱和?——在浅饱和状态下，增加初级电压,次级电压不增加,增加的能量全部被磁芯损耗掉；负载加重后,输出电压
4、迅速下跌,负载能力下降，能量被磁芯损耗。——在深饱和状态下，初级电压加不到220V磁芯就很烫,而且初级电压再升高,次级电压也不变,能量全部被磁芯损耗。3开关电源用磁芯3．1单端式变换器用磁芯单端式变换器主要要求磁芯剩余磁感应强度低，即Br/Bs较小。采用铁基超微晶低剩磁(Br/Bs≤0.2)材料的磁芯，饱和磁感应强度Bm=1.2T，剩磁Br<0.2T,初始磁导率μi>2×104，最大磁导率μm=5×104，损耗P0.35（10kHz）<18W/kg。这是因为单端式变换器磁芯工作在磁滞回线的第一象限,对材料的要求是具有大的ΔB(ΔB=Bm－Br)，铁基超微
5、晶材料的饱和磁感应强度Bm=1.2T,它无论经过怎样的磁场处理,都是不会变的,所以要使ΔB增大,只有采用低Br的磁芯。特别对于单端反激主变压器,要求有足够的饱和磁感应强度Bm和合适的磁导率。因为单端反激电路中的主变压器要求储能,线圈储能的多少取决于两个因素:一是材料的工作磁感应强度Be或电感量L；另一个是工作磁场Hm或工作电流I。储能W=LI2,在一定的电流下,磁芯不能饱和。饱和磁感应强度Bm由材料决定,低Br的磁芯利于恒磁导,使磁芯在一定的电流下不饱和。3．2全桥、半桥、推挽式变换器用磁芯对于这种双端式变换器主要要求磁芯的饱和磁感应强度Bm高。虽然铁基
6、非晶材料的饱和磁感应强度Bm高，但是由于铁基非晶材料的工作频率较低（<15kHz），频率高时，损耗增加，所以对于几百kHz以上的逆变电源是不适用的。而采用铁基超微晶中剩磁(Br/Bs≤0.6)材料的磁芯。饱和磁感应强度Bm=1.2T,初始磁导率μi>8×104，最大磁导率μm=45×104。损耗P0.3/(100kHz)<300W/kg，工作频率高。因为全桥、半桥、推挽式变换器中的变压器工作在双端,对Br的要求不是很严格,它需要的是2Bm。但若选用高Br的磁芯,当电源功率较大时，容易产生饱和现象。为此，对于中、大功率的开关电源，可采用中Br磁芯，这样还可
7、使变压器有一定的电感量。特别对于谐振电源，一定的变压器电感可充当谐振电感，使全桥、半桥、推挽式电路产生谐振，达到ZVS或ZCS软开关的作用。但对于有的大功率的开关电源,为防止偏磁,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储能，所以要采用低剩磁，横磁导率的材料。采用铁基非晶低剩磁(低Br)材料磁芯，饱和磁感应强度Bm=1.5T,剩磁Br<0.1T,恒磁导率250～1200。扼流圈是阻止交流成份,只让直流通过的电感元件，所以直流电流和交流电流加在磁芯上时的磁特性,即直流偏磁特性是很重要的。具体地说，电感值应使得直流电流不易让磁芯饱和
8、,而对于交流成分确是足够大的。为此作为材料特性,需要高饱和磁通密度Bm，磁导率恒
