多种材料的磁导率.doc

1、非铁磁性物质的 近似等于 0。而铁磁性物质的磁导率很高，0。铁磁性材料的相对磁导率 r=/0如铸铁为 200400；硅钢片为 700010000 ；镍锌铁氧体为 101000；镍铁合金为 2000；锰锌铁氧体为 3005000；坡莫合金为 20000200000。空气的相对磁导率为 1.00000004；铂为 1.00026；汞、银、铜、碳(金刚石) 、铅等均为抗磁性物质，其相对磁导率都小于 1，分别为0.999971、0.999974、0.99990 、 0.999979、0.999982。铁粉心 磁导率 10 左右材料以优良的频率特性和阻抗特性良好的温度特性是雷达和 发射机滤波用电感器最佳

2、材料； 磁导率 33 材料 最适合在几十 A 到上百 A 的大电流逆变电感器，如果对体积和温升要求不高，可以使用其做频率底于 50KHz 的开关电源输出电感器，APFC 电感器； 磁导率 75 材料是做差模电感器和频率在 20K 左右的滤波电感器储能电感器的高性价比材料。 铁镍 50 该材料最适合用做差模电感器 但是价格很高，由于原来国内能做铁镍钼的厂家做的铁镍钼性能很差，所以一些开关电源厂家和军工客户都使用铁镍 50 材料做储能电感器，其实这是错误的选择，因为这种材料的损耗仅好于铁粉心，是铁硅铝的 2 倍左右，是铁镍钼的三倍左右，但是该材料同样磁导率下，直流叠加特性好于铁硅铝材料， 虽然它的

3、 Bs 值达 14000Gs，但是由于磁滞回线的形状不一样，所以它的直流叠加特性并不好于铁镍钼材料（只是原来国内能做的厂家做的性能较差）。 铁硅铝 高性价比材料，是铁粉心的替代品（不包括低磁导率铁粉心）。 铁镍钼 价格与铁镍 50 相当（我公司），损耗最低材料，频率特性最好的材料，如果将您正在使用的国内公司的铁镍 50 材料换成我公司的铁镍钼材料将大大提高您的模块效率。不信您可以索要样品适用 。 四种金属磁粉心 性能和价格对比 磁粉心类型 项目 铁粉心 铁硅铝 铁镍50 铁镍钼 初始磁导率 6125 26、60、75、90、125 60、75、90、125 60、75、90、125、147、1

4、60 饱和磁通密度 Bs（mT ） 1000 1050 1400 700 尺寸（仅以环型为例，外径 mm） 4.1102 6.3563.5 6.3563.5 6.3563.5 损耗(100kHz,100mT,mW/cm 2) 5000 (磁导900 1100 700 率为60) 工作温度范围 () -65125 -55200 -55200 -55200 居里温度() 400 400 400 产品形状 环、E、U、棒、SMD等 环、E、SMD 环 环 磁导率 33 77% 磁导率 60 63% 72% 90% 80% 磁导率 75 53% 65% 87% 73% 磁导率 90 45%（磁导率 8

5、5） 52% 80% 68% 直流叠加特性 （50Oe 的有效磁导率的%） 磁导率 125 37% 75% 55% 价格因子 （相同尺寸产品） 12（10 低磁导率材料） 10 17 22 金属磁粉心与铁氧体材料 应用对比应用之功率变压器 材料 典型频率范围（Hz） 工作温度范围（） 尺寸类型极限 功率容量 价格 优（劣）特性 MnZn 铁氧体 NiZn 铁氧体 10k1M 50k1G -55150 -55150 Gu、环、E 等 极限尺寸为 500cm3 Gu、环、E 等 极限尺寸为250cm3 低 低 低 中 高磁导率、高频低损耗（饱和磁通密度低） 适中的磁导率和高频低损耗（饱和磁通密度低

6、） 高磁导率铁粉心 中磁导率铁粉心 低磁导率铁粉心 25k1M 1M1G -55125 -55125 极限尺寸为 350cm3 极限尺寸为350cm3 中 中 低 低 （高损耗，低磁导率） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 铁镍钼磁粉心 铁镍 50 磁粉心 铁硅铝磁粉心 5k200k 5k50k 5k200k -55200 -55200 -55200 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到63.5mm 中 中 中 高 高 中 非常稳定(低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上) 非常稳定、高 BS(低的磁导率限定该材料只能用

7、到单端反激变压器上) 非常稳定、高 BS(低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上) 应用之 RF 变压器 材料 典型频率范围（Hz） 工作温度范围（） 尺寸类型极限 功率容量 价格 优（劣）特性 MnZn 铁氧体 NiZn 铁氧体 1M5M 50k1G -55150 -55150 大多为环、Gu 和其他小类型 环、Gu 和其他小类型 低 低 低 中 高磁导率、可调、高 Q（稳定性很差） 适合的磁导率、可调、在高频具有高 Q 值 高磁导率铁粉心 中磁导率铁粉心 低磁导率铁粉心 1M10M 25k1M -55125 -55125 极限尺寸为 350cm3 极限尺寸为350cm3 中 中 中

8、（高损耗） 良好的稳定性 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 铁镍钼磁粉心 铁镍 50 磁粉心 铁硅铝磁粉心 5k200k -55200 环型极限外径到63.5mm 低 高 非常稳定(与铁氧体相比具有低的磁导率，低的 Q 值) 应用之精密变压器 材料 典型频率范围（Hz） 工作温度范围（） 尺寸类型极限 功率容量 价格 优（劣）特性 MnZn 铁氧体 NiZn 铁氧体 10k5M -55150 Gu、环、E 等 极限尺寸为500cm3 中 低 高磁导率、高频低损耗（饱和磁通密度低） （低磁导率） 高磁导率铁粉心 中磁导率铁粉心 低磁导率铁粉心 （低磁导率） （低磁导率） （低磁导率） 铁镍钼磁粉

9、心 铁镍 50 磁粉心 铁硅铝磁粉心 DC500k -55200 环型极限外径到63.5mm 非常低 高 低磁导率有益于高频下、高电叠加小信号传感器应用 应用之纯电感 材料 典型频率范围（Hz） 工作温度范围（） 尺寸类型极限 功率容量 价格 优（劣）特性 MnZn 铁氧体 NiZn 铁氧体 10k5M 50k1G -55150 -55150 Gu、环、E 等 极限尺寸为 500cm3 Gu、环、E 等 极限尺寸为250cm3 低 中 低 中 高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差） 适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低） 高磁导率铁粉心 中磁导率铁粉心 低磁导率铁粉

10、心 1k50 50k2M 25k1M -55125 -55125 -55125 环型极限外径到63.5mm 极限尺寸为 350cm3 极限尺寸为350cm3 高 高 高 低 低 中 高 Bs、低价格 （损耗高，磁导率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 铁镍钼磁粉心 铁镍 50 磁粉心 铁硅铝磁粉心 DC300k DC100k DC300k -55200 -55200 -55200 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到63.5mm 高 极高 高 高 高 中 非常稳定、高 BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的 低损耗、良

11、好的稳定性（低的磁导率） 低损耗、良好的稳定性（低的磁导率） 应用之纯电感 材料 典型频率范围（Hz） 工作温度范围（） 尺寸类型极限 功率容量 价格 优（劣）特性 MnZn 铁氧体 NiZn 铁氧体 10k5M 50k1G -55150 -55150 Gu、环、E 等 极限尺寸为 500cm3 Gu、环、E 等 极限尺寸为250cm3 低 中 低 中 高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差） 适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低） 高磁导率铁粉心 中磁导率铁粉心 低磁导率铁粉心 1k50 50k2M 25k1M -55125 -55125 -55125 环型极限外径

12、到63.5mm 极限尺寸为 350cm3 极限尺寸为350cm3 高 高 高 低 低 中 高 Bs、低价格 （损耗高，磁导率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导率低） 铁镍钼磁粉心 铁镍 50 磁粉心 DC300k DC100k -55200 -55200 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到63.5mm 环型极限外径到77.2mm 高 极高 高 高 非常稳定、高 BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的 低损耗、良好的稳定性（低的磁导率） 低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）铁硅铝磁粉心 DC300k -55200 高 中 第一章 直流电路本章内容是在已学

13、过的物理学基础上，介绍电路的基本物理量、电阻的基本知识、欧姆定律、电气设备的额定值、电路的几种状态及电容器的充放电。并进一步研究直流电路的分析方法：如电源的等效变换法、支路电流法、叠加原理法、戴维南定理法。通过本章的学习，应达到以下要求：(1)能正确地理解电路的基本概念、基本定律和电容充放电电路中电压、电流与时间之间的函数关系。(2)能用所学过的分析方法对简单和复杂的直流电路进行分析计算。第一节 电路及基本物理量一、电路与电路模型1电路电路是电流所流经的路径，实际电路的种类很多，形式和结构也各不相同，但其作用不外乎有以下两个方面：一是应用电路进行电能的传输和分配，以实现与其他形式的能量的相互转

14、换，例如：从发电、输电、配电到用电的过程；二是应用电路进行信号的传输、交换和处理，例如：生产过程的自动控制，电视、广播的发射和接收，各种信号、数据的储存和处理等。图 11 所示的是两种典型的电路框图。2电路模型在研究电路的工作原理时，通常是用一些规定的图形符号来代表实际的设备和器件，并用连线表示出这些设备和器件之间的连接关系，构成电路模型来进行分析。图 l-2 是几种常用的理想电路元件。每个电路不论其作用如何、结构多么复杂，都是由以下几个基本部分组成的。电源：是供应电能的装置，如发电机、电池、信号源等。负载：负载是指用电的装置或设备，如电灯、电动机、空调、电冰箱等。中间环节：简单电路的中间环节

15、是由连接导线、开关组成，而复杂电路的中间环节是由各种控制设备、监测仪表等组成的网络，电源接它的输入端，负载接它的输出端。图 13 是一个最简单的电路模型，其实际电路是一常用的手电筒电路，实际元件有干电池、电珠、开关和筒体。在电路模型中电阻 RL 就是电珠，电源电动势 E 和其内阻 R。就是干电池，导线和开关这一中间环节就是简体。第 1 页无论是电能的传输或转换电路，还是信号的传递和变换电路，其中电源或信号源的电压、电流输入称为激励，它能够推动电路工作。激励在电路各部分所产生的电压和电流输出称为响应。电路分析实质就是分析激励和响应之间的关系。为此，我们必须对电路的物理量有一个明确的认识。二、电路

16、中的基本物理量1电流电流强度：电流的强弱是用电流强度来表示。如果电流的大小和方向均不随时间变化，这种电流称为恒定电流，简称直流。其电流强度用单位时间内通过导体横截面的电流来度量，即I=Q/t (1-1)电流的方向：习惯上把正电荷的运动方向规定为电流的实际方向，但在复杂电路分析中，往往很难事先判断电流的实际方向，因此需要引入参考方向(即正方向) 的概念。其方法是：任意假设某一支路中的电流参考方向，把电流看作代数量，若计算结果为正，则表示电流的正方向与实际方向相同；若计算结果为负，则表示电流的正方向与实际方向相反，如图 1-4 所示。电流用 I 来表示。电流的单位：电流的标准单位是安培(A)，计量

17、微小电流时，可采用毫安(mA) 或微安(uA)来表示，其换算关系如下1A=10mA=10uA2电位与物体在某一位置上具有一定的位能相类似，正电荷在电路的某一点上具有一定的电位能。要确定电位能的大小，必须在电路上选择一参考点作为基准点，该点称为零参考点。如图 1-3 所示，把 A 点作为零参考点( 用“上” 符号来表示) ，那么正电荷在。点所具有的电位能 Fs 与正电荷所带电量 Q 的比值，称为电路中。点的电位，用 y。表示，即第二章 交流电路第一章我们讨论了直流电路，知道了该电路的电动势、电压、电流大小与方向是不随时间的变化而变化的。本章主要讨论大小、方向均随时间作正弦规律变化的电动势、电压和

18、电流，这种电动势、电压和电流称为正弦电动势、正弦电压和正弦电流，统称为正弦交流电。通过本章的学习要达到以下要求：(1)深入理解单相交流电和三相交流电的特征，特别是有效值、初相位和相位差。(2)熟悉正弦量的各种表示方法和相互关系。(3)熟练掌握三种单一参数电路的电压、电流关系及能量转换关系。(4)了解交流电路的频率特征，重点是谐振电路。(5)具备分析和计算简单的单相和三相交流电路的能力。第一节 单相正弦交流电的基本概念一、正弦交流电的产生正弦交流电通常由交流发电机产生的，如图 2-l 表示最简单的交流发电机的构造。在静止的磁极 N 和 s 间放着一个能转动的圆柱形铁心，在它一面紧绕着一匝绝缘的线

19、圈。线圈的两端分别接到两个钢制的滑环上，滑环固定在转轴上，并与转轴绝缘。每个滑环上安放着一个静止的电刷，用来把线圈中感应出来的正弦交变电动势和外电路接通。由铁心、线圈、滑环等所组成的转动部分叫做电枢。 电枢被原动机拖动后，线圈的 ab边和 a“b“扩边分别切割磁力线而感应出电动势 e(e=BLV)。当线圈处在如图 21 所示的位置时，概据右手定则，可以判定出线圈中感应电动势 e 的方向是由指向。的。但是，当电枢转到使线圈的 ab边处在 S 极之上，而另一边 a“b“处在 N 极之下时，线圈中的感应电动势 e 的方向就变成由 a指向 a“。如此，电枢不停地旋转，线圈中便产生了方向交变的电动势。交

20、变电动势的大小是按怎样的规律变化呢?实验指出，由于电枢表面上各点的磁场强弱是按正弦规律变化的，即B=Bmsina所以进一步可知对于具有 N 匝线圈的发电机，则电动势应为此电动势即为正弦交流电动势，正弦交流电的波形如图 2-2 所示。第 22 页二、正弦交流电的三要素交流电的特征表现在变化的快慢、大小及初始值三个方面，而它们分别由频率 f 或周期T、电角速度 o)、幅值 Em(Um、Im)和初相位 100(或相差b)来确定。因此，频率、幅值和初相位是确定交流电的三要素。现分述如下：1周期、频率交流电完成往复变化一周所需的时间叫周期，用 T 表示，其单位是时间的单位秒 (s)，如图 2-3 所示。

21、交流电在单位时间内变化的次数叫频率，用表示，其单位是赫兹(Hz)。我国规定电力系统供电的标准频率是 501-Iz，世界上除少数国家规定 60Hz 为标准频率外，大多数国家都以 50Hz 为标准频率。但在通信系统里，使用频率范围就十分广泛了，许多电信号的频率都远高于 50Hz，因此常用的单位还有千赫(L1h)和兆赫(MHz)，它们的换算关系是1MHz=10Hz lkHz=10Hz表示正弦交流电的快慢除用周期和频率外，还可以用电角速度(角频率)o 来表示，交流电在单位时间内变化的电角度定义为电角速度，即w=a/t (2-3)由于交流电经历一个周期的时间，角度变化了 2v 弧度，所以电角速度例 2-

22、1 已知交流电的电角速度是 w=314rads，求周期 r 和频率 f。2幅值(最大值)交流电在任意瞬间的值称为瞬时值，用小写字母 i、u 、e 分别来表示瞬时电流、电压和电动势。在交流电变化的过程中，出现的最大瞬时值称为幅值(最大值 )，用带有下标 “m”的大写字母来表示，如电压幅值 Um、电流幅值 Im，电动势幅值丑 Em。根据图 2-2 所示，则有e =Emsinwt第三章 磁路和常用电器在电气工程中广泛使用的变压器、低压电器、电动机等器件与设备中，磁路是它们的主要组成部分之一。本章将在介绍磁路的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能的基础上，主要介绍变压器及常用低压电器的结构、原理与

23、使用等。通过本章的学习，要达到以下要求：(1)掌握磁路的基本知识、交流铁心线圈的特性、变压器及常用低压电器的结构和工作原理。(2)具有简单磁路、电磁铁、变压器分析和计算的能力。(3)能熟练使用变压器和各种低压电器。第一节 磁路及霍尔效应一、磁场的基本物理量磁场的基本性质与特征可用磁感应强度 B、磁通 O、磁导率 u、磁场强度“ 等物理量来描述。1磁感应强度 B磁感应强度 B 是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，是个矢量。其值可用下式衡量式中：l位于磁场内某点与磁场方向垂直的导体的长 度；I通人该导体的电流；F导体所受的电磁力。如图 3-1 所示。磁感应强度 B 的方向与产生磁场的励磁电流方

24、向满足右手螺旋定则。在国际单位制中，磁感应强度 B 的单位为特斯拉，简称特，以符号 y 表示。2磁通 O磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面积 s 的乘积，称为穿过该面积的磁感应强度的通量，简称磁通。在匀强磁场中，可用数学式表示为在国际单位制中，磁通 O 的单位为韦伯，以符号 Wb 表示。式(3-2)可改写成第 52 页B=o/s (3-3)式(33) 表明，磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通，因此，磁感应强度 B 又称为磁通密度，简称磁密。3磁导率 u通过实验表明，通电导体产生的磁场，其磁感应强度除了与通电导体的形状、电流的大小以及相对位置有关外，还与磁场中的物质有关。例如，在同一通

25、电螺旋管里放入不同的物质(如铜、铁等) ，在同一点所得到的磁感应强度不相同。磁导率 u 是用来衡量物质导磁能力的物理量，其国际单位为亨利米，以符号 Hm 表示。物质按导磁性能的不同分为铁磁物质 (铁、钴、镍及其合金) 和非铁磁物质两类。非铁磁物质的磁导率卢与真空的磁导率 uo。相差很小，通常认为两者相同。实验测得真空的磁导率 uo=4gx107Hm，且为一常数。铁磁物质的磁导率 u 要比真空的 uo 大许多倍(几百几万倍不等)。为了比较各种物质的导磁能力，通常把某种物质的磁导率 u 和真空的磁导率 uo 的比值叫做该物质的相对磁导率，用 ur，表示，即对于非铁磁物质来说，ur1 而铁磁物质的

26、ur 很高。4磁场强度“为了计算方便，引入磁场强度的概念，并把它定义为磁感应强度 D 与该处物质的磁导率 u 之比，即式(35)表明，磁场强度“ 未计及物质磁导率 100kHz：e： 10 125HF 磁芯：使用安匝数800, 能在高的磁化场下不被饱和 , 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在200kHz 以内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于 10kHz 以下使用。FeSiAlF 磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于 8kHz。DC 偏压能力介于 MPP 与 HF 之间。铁氧体：饱和磁密低(5000Gs)，DC 偏压能力最小2. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较：硅钢和 FeSiAl 材

27、料具有高的饱和磁感应值 Bs，但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内；坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但 Bs 不够高，频率大于 20kHz 时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂；钴基非晶合金具有高的磁导率、低 Hc、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数 ,对应力不敏感，但是 Bs 值低，价格昂贵；铁基非晶合金具有高 Bs 值、价格不高，但有效磁导率值较低。纳米晶合金的磁导率、Hc 值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶，且饱和磁感 Bs 与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金的 Bs 值低于铁基非晶和

28、硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比，在低于50kHz 时，在具有更低损耗的基础上具有高 2 至 3 倍的工作磁感，磁芯体积可小一倍以上。四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计开关电源中使用的磁性器件较多，其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同，如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。（一）、高频功率变压器变压器铁芯的大小取决于输出功率和温升等。变压器的设计公式如下：P=KfNBSI10-6T=hcPchWPW

29、其中，P 为电功率； K 为与波形有关的系数；f 为频率；N 为匝数；S 为铁芯面积；B 为工作磁感；I 为电流；T 为温升；Pc 为铁损；PW 为铜损；hc 和 hW 为由实验确定的系数。由以上公式可以看出：高的工作磁感 B 可以得到大的输出功率或减少体积重量。但 B 值的增加受到材料的 Bs 值的限制。而频率 f 可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小。而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来又影响使用频率和工作磁感的选取。一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足够高的居里温度和好的温度稳定性，有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感

30、、稳定性好，价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滞回线的第一象限，对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器，因而要求具有大的BBmBr，即磁感 Bm 和剩磁 Br 之差要大； 同时要求高的脉冲磁导率。特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器，要考虑储能要求。线圈储能的多少取决于两个因素： 一个是材料的工作磁感 Bm 值或电感量 L， 另一个是工作磁场 Hm 或工作电流 I，储能 W1/2LI2。这就要求材料有足够高的 Bs 值和合适的磁导率，常为宽恒导磁材料。对于工作在Bm 之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积，特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗

31、、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。通常，金属晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的，而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等，此外它不存在长程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高 23 倍，加之快冷方法一次形成厚度 15-30 微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器。已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等铁芯，在频率 2050kHz、功率 50kW 以下，是变压器最佳磁芯材料。近年来发展起来的新型

32、逆变弧焊电源单端脉冲变压器，具有高频大功率的特点，因此要求变压器铁芯材料具有低的高频损耗、高的饱和磁感 Bs 和低的 Br 以获得大的工作磁感 B，使焊机体积和重量减小。常用的用于高频弧焊电源的铁芯材料为铁氧体，虽然由于其电阻率高而具有低的高频损耗， 但其温度稳定性较差，工作磁感较低，变压器体积和重量较大，已不能满足新型弧焊机的要求。采用纳米晶环形铁芯后，由于其具有高的 Bs 值(Bs 1.2T) ，高的 B 值(B0.7T) ，很高的脉冲磁导率和低的损耗，频率可达100kHz. 可使铁芯的体积和重量大为减小。近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感

33、制成的焊机，不仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高。这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中。可根据开关电源的频率选用磁芯材料。环形纳米晶铁芯具有很多优点，但它也有绕线困难的不利因素。为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率 C 型非晶纳米晶铁芯。采用低应力粘结剂固化及新的切割工艺制成的非晶纳米晶合金 C 型铁芯的性能明显优于硅钢 C 型铁芯。目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等。逆变焊机主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有： 120A、160A、200A、250A、315A、40

34、0A、500A、630A 系列。（二）、脉冲变压器铁芯脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为 td (s)、脉冲幅值电压为 Um (V)的单极性脉冲电压加到匝数为 N 的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量 B (T)为： B = Um td / NSc 10-2 其中 Sc 为铁芯的有效截面积（ cm2）。即磁感应强度增量 B 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时， B=Bm-Br , 如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，B = Bm + Br 。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的 B 与相应的 Hp 之比为脉冲磁导率 p。理想的脉

35、冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间 tr 与脉冲变压器的漏电感 Ls、绕组和结构零件导致的分布电容 Cs 成比例，脉冲顶降 与励磁电感 Lm 成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。脉冲变压器的漏电感 Ls = 4N21 lm / h脉冲变压器的初级励磁电感 Lm = 4p Sc N2 / l 10-9涡流损耗 Pe = Um d2td lF / 12 N21 Sc为与绕组结构型式有关的系数，lm 为绕组线圈的平均匝长，h 为绕组线圈的宽度， N1 为初级绕组匝数，l 为铁芯的平均磁路长度，Sc 为铁芯的截

36、面积，p 为铁芯的脉冲磁导率， 为铁芯材料的电阻率，d 为铁芯材料的厚度，F 为脉冲重复频率。从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量 B 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量 B，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量 Lm，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率 p。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、

37、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。脉冲变压器对铁芯材料的要求为： 高饱和磁感应强度 Bs 值； 高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感； 大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量 B,使用低剩磁感应材料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力 Hc。 小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高； 损耗小。铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低，在小功率脉冲变压器中应用较多，但其 B和 p 均较低，温度稳定性差，一般用于对顶降和后沿要求不高的场合(三). 电感器磁芯铁芯电感器是一种基本元件，在电路中电

38、感器对于电流的变化具有阻抗的作用, 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点： 在一定温度下长期工作时，电感器的电感量随时间的变化率应保持最小； 在给定工作温度变化范围内，电感量的温度系数应保持在容许限度之内； 电感器的电损耗和磁损耗低； 非线性歧变小； 价格低，体积小。电感元件与电感量 L、品质因素 Q、铁芯重量 W、绕线的直流电阻 R 有着密切的关系。电感 L 抗拒交流电流的能力用感抗值 ZL 来表示： ZL 2fL , 频率 f 越高，感抗值 ZL 越大?/ca磁芯的导磁率较高变压器磁芯的种类有 O 型,E 型、I 型和罐形。O 型常用在电流较大的振荡电路，如电视机和显示器

39、的行输出变压器；E 型常用于作电源电路，电视机和显示器的开关电源；I 型常用于作微小信号藕合，如中周罐形，磁罐的屏蔽性较好。电感器、变压器检测方法与经验色码电感器的的检测将万用表置于 R1 挡，红、黑表笔各接色码电感器的任一引出端，此时指针应向右摆动。根据测出的电阻值大小，可具体分下述三种情况进行鉴别：A 被测色码电感器电阻值为零，其内部有短路性故障。B 被测色码电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系，只要能测出电阻值，则可认为被测色码电感器是正常的。2 中周变压器的检测A 将万用表拨至 R1 挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，

40、进而判断其是否正常。B 检测绝缘性能将万用表置于 R10k 挡，做如下几种状态测试：(1)初级绕组与次级绕组之间的电阻值；(2)初级绕组与外壳之间的电阻值；(3)次级绕组与外壳之间的电阻值。上述测试结果分出现三种情况：(1)阻值为无穷大：正常；(2)阻值为零：有短路性故障；(3)阻值小于无穷大，但大于零：有漏电性故障。3 电源变压器的检测A 通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈引线是否断裂，脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁心紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等。B 绝缘性测试。用万用表 R10k 挡分别测量铁心与初级，初级与各次级、铁心与各次级、静电屏蔽层

41、与衩次级、次级各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明变压器绝缘性能不良。C 线圈通断的检测。将万用表置于 R1 挡，测试中，若某个绕组的电阻值为无穷大，则说明此绕组有断路性故障。D 判别初、次级线圈。电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的，并且初级绕组多标有220V 字样，次级绕组则标出额定电压值，如 15V、24V、35V 等。再根据这些标记进行识别。E 空载电流的检测。(a)直接测量法。将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡(500mA ，串入初级绕组。当初级绕组的插头插入 220V 交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。此值不应大于变压器

42、满载电流的1020。一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在 100mA 左右。如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。(b)间接测量法。在变压器的初级绕组中串联一个 10/5W 的电阻，次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后，用两表笔测出电阻 R 两端的电压降 U，然后用欧姆定律算出空载电流 I 空，即 I 空=U/R。F 空载电压的检测。将电源变压器的初级接 220V 市电，用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值(U21、U22、U23、U24)应符合要求值，允许误差范围一般为：高压绕组 10，低压绕组5，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应2。G 一般小功率电源变压器允许

43、温升为 4050，如果所用绝缘材料质量较好，允许温升还可提高。H 检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的次级电压，可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。I.电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电流的 10。当

44、短路严重时，变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。软磁材料的种类、特点及应用一 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于 19 世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到 20 世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到 20 年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从 40 年代到 60 年代，是科学技术

45、飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入 70 年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料非晶态软磁合金。 二 常用软磁磁芯的种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： (1) 粉芯类： 磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（ High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）、铁氧体磁芯 (2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三 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 0.55 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；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。