變壓器磁芯的種類及應(yīng)用

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（MH或BH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MH曲線或BH曲線上的某一點(diǎn)，該點(diǎn)常稱為工作點(diǎn)。2. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù)

2、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)率科：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)率科i、最大磁導(dǎo)率科m、微分磁導(dǎo)率科d、振幅磁導(dǎo)率科a、有效磁導(dǎo)率科e、脈沖磁導(dǎo) 率（1 P。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)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。損耗P:磁滯損耗Ph

3、及渦流損耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe 8 f2 t2 / , p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P。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)軟磁器件通常包括三個(gè)步驟：正確選用磁性材料；合理確定磁芯

4、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(kāi)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)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

5、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（High Flux） 、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

6、材料。由于鐵磁性顆粒很小（高頻下使用的為0.55微米），又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開(kāi)，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)率科e及電感的計(jì)算公式為：e = DL/4N2s x 109其中： D 為磁芯平均直徑（ cm） ， L 為電感量 （享）， N

7、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(shù)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22100;初始磁導(dǎo)率科i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鋁坡莫合金粉芯（MPP）及高磁通量粉芯（High Flux）。MPP是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在7500Gs左右；磁導(dǎo)率范圍大，從 14550;在粉末磁芯中具有最低的損耗；溫度穩(wěn)定性極佳，廣泛用于太空

8、設(shè) 備、 露天設(shè)備等；磁致伸縮系數(shù)接近零，在不同的頻率下工作時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生。主要應(yīng)用于300kHz以下的高品質(zhì)因素Q 濾波器、感應(yīng)負(fù)載線圈、諧振電路、在對(duì)溫度穩(wěn)定性要求高的LC 電路上常用、輸出電感、功率因素補(bǔ)償電路等, 在 AC 電路中常用, 粉芯中價(jià)格最貴。高磁通粉芯 HF是由50%Ni、50%Fe粉構(gòu)成。主要特點(diǎn)是：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值在 15000Gs左右；磁導(dǎo)率范圍從 14160;在粉末磁芯中具有最高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，最高的直流偏壓能力；磁芯體積小。主要應(yīng)用于線路濾波器、交流電感、輸出電感、功率因素校正電路等, 在 DC 電路中常MPP。用，高 DC 偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價(jià)格低于

9、（3）鐵硅鋁粉芯（Kool M科Cores）鐵硅鋁粉芯由9%Al 、 5%Si, 85%Fe 粉構(gòu)成。主要是替代鐵粉芯，損耗比鐵粉芯低80%，可在8kHz以上頻率下使用；飽和磁感在1.05T左右；導(dǎo)磁率從 26125;磁致伸縮系數(shù)接近 0,在不同的頻率下工作時(shí)無(wú)噪聲產(chǎn)生；比 MPP 有更高的DC 偏壓能力；具有最佳的性能價(jià)格比。主要應(yīng)用于交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等。有時(shí)也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。2. 軟磁鐵氧體（Ferrites）軟磁鐵氧體是以Fe2O3 為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方法生產(chǎn)。有 Mn-Zn 、 Cu-Zn、Ni-Zn等幾類，其中Mn

10、-Zn鐵氧體的產(chǎn)量和用量最大， Mn-Zn鐵氧體的電阻率低， 為110歐 姆-米，一般在100kHz以下的頻率使用。 Cu-Zn、Ni-Zn鐵氧體的電阻率為 102104歐姆-米， 在100kHz10兆赫的無(wú)線電頻段的損耗小，多用在無(wú)線電用天線線圈、無(wú)線電中頻變壓器。磁芯形狀種類豐富，有E、I、U、EC、ETD 形、方形（RM 、EP、PQ）、罐形（PC、RS、DS）及圓形等。在應(yīng)用上很方便。由于軟磁鐵氧體不使用鎳等稀缺材料也能得到高磁導(dǎo)率，粉末冶金方法又適宜于大批量生產(chǎn)，因此成本低，又因?yàn)槭菬Y(jié)物硬度大、對(duì)應(yīng)力不敏感，在應(yīng)用上很方便。而且磁導(dǎo)率隨頻率的變化特性穩(wěn)定，在150kHz 以下基本保

11、持不變。隨著軟磁鐵氧體的出現(xiàn)，磁粉芯的生產(chǎn)大大減少了，很多原來(lái)使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。國(guó)內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠家很多，在此僅以美國(guó)的Magnetics 公司生產(chǎn)的Mn-Zn 鐵氧體為例介紹其應(yīng)用狀況。分為三類基本材料：電信用基本材料、寬帶及EMI 材料、功率型材料。電信用鐵氧體的磁導(dǎo)率從 7502300,具有低損耗因子、高品質(zhì)因素 Q、穩(wěn)定的磁導(dǎo)率隨溫度/ 時(shí)間關(guān)系，是磁導(dǎo)率在工作中下降最慢的一種，約每10年下降3%4%。廣泛應(yīng)用于高 Q濾波器、調(diào)諧濾波器、負(fù)載線圈、阻抗匹配變壓器、接近傳感器。寬帶鐵氧體也就是常說(shuō)的高導(dǎo)磁率鐵氧體，磁導(dǎo)率分別有5000、 10000、 15000。其

12、特性為具有低損耗因子、高磁導(dǎo)率、高阻抗/頻率特性。廣泛應(yīng)用于共模濾波器、飽和電感、電流互感器、漏電保護(hù)器、絕緣變壓器、信號(hào)及脈沖變壓器，在寬帶變壓器和EMI上多用。功率鐵氧體具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，為40005000GS。另外具有低損耗/頻率關(guān)系和低損耗/溫度關(guān)系。也就是說(shuō)，隨頻率增大、損耗上升不 大；隨溫度提高、損耗變化不大。廣泛應(yīng)用于功率扼流圈、并列式濾波器、開(kāi)關(guān)電源變壓器、開(kāi)關(guān)電源電感、功率因素校正電路。（ 二 ） 帶繞鐵芯1. 硅鋼片鐵芯硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的鐵硅系合金稱為硅鋼。該類鐵芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為20000GS；由于它們具有

13、較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價(jià)格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無(wú)取向電工鋼帶 DW、冷軋取向電工鋼帶 DQ,適用于各類電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加，一般使用頻率不超過(guò)400Hz。 從應(yīng)用角度看，對(duì)硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素：磁性和成本。對(duì)小型電機(jī)、電

14、抗器和繼電器， 可選純鐵或低硅鋼片；對(duì)于大型電機(jī)，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無(wú)取向冷軋硅鋼片；對(duì)變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時(shí)，常用帶材的厚度為0.20.35 毫米；在400Hz 下使用時(shí)，常選0.1 毫米厚度為宜。厚度越薄，價(jià)格越高。2. 坡莫合金坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在3090%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過(guò)105 的初始磁導(dǎo)率、超過(guò)106 的最大磁導(dǎo)率、低到2%。奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1科m的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J

15、79、1J85等。1J50的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低23 倍。做成較高頻率(4008000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。 1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬(wàn)105 以上， 適合于作弱信號(hào)的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。3. 非晶及納米晶軟磁合金(Amorphous and Nanocrystalline alloys )硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的

16、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯(cuò)、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對(duì)軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。 非晶態(tài)金屬與合金是70 年代問(wèn)世的一個(gè)新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬(wàn)度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱之為對(duì)傳統(tǒng)冶金工藝的一項(xiàng)革命。由于超急冷凝固，合金凝固時(shí)原子來(lái)不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，沒(méi)有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項(xiàng)革命。

17、這種非晶合金具有許多獨(dú)特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡(jiǎn)單，從80 年代開(kāi)始成為國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國(guó)已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場(chǎng)。我國(guó)自從70 年代開(kāi)始了非晶態(tài)合金的研究及開(kāi)發(fā)工作，經(jīng)過(guò)“六五”、 “七五” 、 “八五”期間的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目的完成，共取得科研成果134 項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)2 項(xiàng)，獲專利16 項(xiàng)， 已有近百個(gè)合金品種。鋼鐵研究總院現(xiàn)具有4 條非晶合金帶材生產(chǎn)線、一條非晶合金元器件鐵芯生產(chǎn)線。生產(chǎn)各種定型的鐵基、鐵鎳基、鈷基

18、和納米晶帶材及鐵芯，適用于逆變電源、開(kāi)關(guān)電源、電源變壓器、漏電保護(hù)器、電感器的鐵芯元件，年產(chǎn)值近2000 萬(wàn)元。 “九五”正在建立千噸級(jí)鐵基非晶生產(chǎn)線，進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平行列。目前，非晶軟磁合金所達(dá)到的最好單項(xiàng)性能水平為：初始磁導(dǎo)率it o = 14 X 104鉆基非晶最大磁導(dǎo)率m= 220 X 104鈷基非晶矯頑力Hc = 0.001 Oe鈷基非晶矩形比Br/Bs = 0.995鉆基非晶飽和磁化強(qiáng)度4 7tMs = 18300Gs鐵基非晶電阻率p = 270 Q /cm常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。其國(guó)家牌號(hào)及性能特點(diǎn)見(jiàn)表及圖所示，為便于對(duì)比，也列出晶態(tài)

19、合金硅鋼片、坡莫合金1J79 及鐵氧體的相應(yīng)性能。這幾類材料各有不同的特點(diǎn)，在不同的方面得到應(yīng)用。牌號(hào)基本成分和特征：1K101 Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金1K102 Fe-Si-B-C 系快淬軟磁鐵基合金1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬軟磁鐵基合金1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬軟磁鐵基合金1K105 Fe-Si-B-Cr( 及其他元素)系快淬軟磁鐵基合金1K106 高頻低損耗Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金1K107 高頻低損耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬軟磁鐵基納米晶合金1K201 高脈沖磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金1K202 高剩磁比快淬軟磁鈷基合金1K

20、203 高磁感低損耗快淬軟磁鈷基合金1K204 高頻低損耗快淬軟磁鈷基合金1K205 高起始磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金1K206 淬態(tài)高磁導(dǎo)率軟磁鈷基合金1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金400Hz: 硅鋼鐵芯非晶鐵芯功率 (W) 45 45鐵芯損耗(W) 2.4 1.3激磁功率(VA) 6.1 1.3總重量 (g) 295 276( 1 )鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)鐵基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B類金屬元素所構(gòu)成，它具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.54T),鐵基非晶合金與硅鋼的

21、損耗比較磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等各方面都優(yōu)于硅鋼片的特點(diǎn)，特別是鐵損低(為取向硅鋼片的1/3 1/5) ，代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能60 70。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm 左右，廣泛應(yīng)用于配電變壓器、大功率開(kāi)關(guān)電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯,適合于 10kHz 以下頻率使用2)鐵鎳基、鈷基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)鐵鎳基非晶合金是由40%Ni 、 40%Fe 及 20%類金屬元素所構(gòu)成，它具有中等飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 0.8T 、較高的初始磁導(dǎo)率和很高的最大磁導(dǎo)率以及高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性。在中、 低頻率下具有低的鐵損?？諝庵袩?/p>

22、處理不發(fā)生氧化，經(jīng)磁場(chǎng)退火后可得到很好的矩形回線。價(jià)格比1J79 便宜30 50。鐵鎳基非晶合金的應(yīng)用范圍與中鎳坡莫合金相對(duì)應(yīng), 但鐵損和高的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶態(tài)合金優(yōu)越；代替1J79,廣泛用于漏電開(kāi)關(guān)、精密電流互感器鐵芯、磁屏蔽等。鐵饃基非晶合金是國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)最早，也是目前國(guó)內(nèi)非晶合金中應(yīng)用量最大的非晶品種，年產(chǎn)量近200噸左右.空氣中熱處理不發(fā)生氧化鐵鎳基非晶合金( 1K503) 獲得國(guó)家發(fā)明專利和美國(guó)專利權(quán)。4. ) 鐵基納米晶合金(Nanocrystalline alloy )鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、 Cu、 Si、 B 元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材

23、料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為10 20 nm 的微晶,彌散分布在非晶態(tài)的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料。納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能：高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導(dǎo)率(8X104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高頻損耗低(P0.5T/20kHz = 30W/kg ),電阻率為 80 Q /cm ,比坡莫合金(50-60科Q /cm)高，經(jīng)縱向或橫 向磁場(chǎng)處理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市場(chǎng)上綜合性能最好的材料；適用頻率范圍：50Hz-100kHz ,最佳頻率范圍：20kHz-50kHz。廣泛應(yīng)用于大功率開(kāi)關(guān)電源、逆變電 源、磁

24、放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、 共模電感鐵芯。(三)常用軟磁磁芯的特點(diǎn)比較1. 磁粉芯、鐵氧體的特點(diǎn)比較：MPP 磁芯：使用安匝數(shù) < 200, 50Hz1kHz , e ： 125 500 ; 1 10kHz; e ： 125 200; > 100kHz :科 e： 10 125 HF 磁芯：使用安匝數(shù)< 500，能使用在較大的電源上，在較大的磁場(chǎng)下不易被飽和，能保證電感的最小直流漂移，e e : 20 125鐵粉芯：使用安匝數(shù)>800, 能在高的磁化場(chǎng)下不被飽和, 能保證電感值最好的交直流疊加穩(wěn)定性。在 200kHz

25、以內(nèi)頻率特性穩(wěn)定；但高頻損耗大，適合于10kHz 以下使用。FeSiAlF 磁芯：代替鐵粉芯使用，使用頻率可大于8kHz。 DC 偏壓能力介于MPP 與 HF 之間。鐵氧體：飽和磁密低(5000Gs)， DC 偏壓能力最小3. 硅鋼、坡莫合金、非晶合金的特點(diǎn)比較：硅鋼和FeSiAl材料具有高的飽和磁感應(yīng)值Bs,但其有效磁導(dǎo)率值低，特別是在高頻范圍內(nèi)；坡莫合金具有高初始磁導(dǎo)率、低矯頑力和損耗，磁性能穩(wěn)定，但Bs 不夠高，頻率大于20kHz時(shí)，損耗和有效磁導(dǎo)率不理想，價(jià)格較貴，加工和熱處理復(fù)雜；鈷基非晶合金具有高的磁導(dǎo)率、低Hc、 在寬的頻率范圍內(nèi)有低損耗，接近于零的飽和磁致伸縮系數(shù),對(duì)應(yīng)力不敏感

26、，但是Bs 值低，價(jià)格昂貴；鐵基非晶合金具有高Bs 值、價(jià)格不高，但有效磁導(dǎo)率值較低。納米晶合金的磁導(dǎo)率、Hc 值接近晶態(tài)高坡莫合金及鈷基非晶，且飽和磁感Bs 與中鎳坡莫合金相當(dāng)，熱處理工藝簡(jiǎn)單，是一種理想的廉價(jià)高性能軟磁材料；雖然納米晶合金的Bs 值低于鐵基非晶和硅鋼，但其在高磁感下的高頻損耗遠(yuǎn)低于它們，并具有更好的耐蝕性和磁穩(wěn)定性。納米晶合金與鐵氧體相比，在低于50kHz 時(shí)，在具有更低損耗的基礎(chǔ)上具有高2 至 3 倍的工作磁感，磁芯體積可小一倍以上。四、幾種常用磁性器件中磁芯的選用及設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源中使用的磁性器件較多，其中常用的軟磁器件有：作為開(kāi)關(guān)電源核心器件的主變壓器（高頻功率變壓器）、

27、共模扼流圈、高頻磁放大器、濾波阻流圈、尖峰信號(hào)抑制器等。不同的器件對(duì)材料的性能要求各不相同，如表所示為各種不同器件對(duì)磁性材料的性能要求。（一） 、高頻功率變壓器變壓器鐵芯的大小取決于輸出功率和溫升等。變壓器的設(shè)計(jì)公式如下：P=KfNBSI X 10-6T=hcPc + hWPW其中， P 為電功率；K 為與波形有關(guān)的系數(shù)；f 為頻率；N 為匝數(shù)；S 為鐵芯面積；B 為工作磁感；I為電流；T為溫升；Pc為鐵損；PW為銅損；hc和hW為由實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。由以上公式可以看出：高的工作磁感B 可以得到大的輸出功率或減少體積重量。但 B 值的增加受到材料的Bs 值的限制。而頻率 f 可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，

28、從而有可能使體積重量顯著減小。而低的鐵芯損耗可以降低溫升，溫升反過(guò)來(lái)又影響使用頻率和工作磁感的選取。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源對(duì)材料的主要要求是：盡量低的高頻損耗、足夠高的飽和磁感、高的磁導(dǎo)率、足夠高的居里溫度和好的溫度穩(wěn)定性，有些用途要求較高的矩形比，對(duì)應(yīng)力等不敏感、穩(wěn)定性好，價(jià)格低。單端式變壓器因?yàn)殍F芯工作在磁滯回線的第一象限，對(duì)材料磁性的要求有別于前述主變壓器。它實(shí)際上是一只單端脈沖變壓器，因而要求具有大的B=BmBr,即磁感Bm和剩磁Br之差要大； 同時(shí)要求高的脈沖磁導(dǎo)率。特別是對(duì)于單端反激式開(kāi)關(guān)主變壓器，或稱儲(chǔ)能變壓器，要考慮儲(chǔ)能要求。線圈儲(chǔ)能的多少取決于兩個(gè)因素：一個(gè)是材料的工作磁感Bm

29、值或電感量L， 另一個(gè)是工作磁場(chǎng)Hm或工作電流I,儲(chǔ)能 W=1/2LI2。這就要求材料有足夠高的Bs值和合適的磁導(dǎo)率，常為寬恒導(dǎo)磁材料。對(duì)于工作在±Bm 之間的變壓器來(lái)說(shuō)，要求其磁滯回線的面積，特別是在高頻下的回線面積要小，同時(shí)為降低空載損耗、減小勵(lì)磁電流，應(yīng)有高磁導(dǎo)率，最合適的為封閉式環(huán)形鐵芯，其磁滯回線見(jiàn)圖所示，這種鐵芯用于雙端或全橋式工作狀態(tài)的器件中。通常，金屬晶態(tài)材料要降低高頻下的鐵損是不容易的，而對(duì)于非晶合金來(lái)說(shuō)，它們由于不存在磁晶各向異性、金屬夾雜物和晶界等，此外它不存在長(zhǎng)程有序的原子排列，其電阻率比一般的晶態(tài)合金高2 3 倍， 加之快冷方法一次形成厚度15-30 微米的

30、非晶薄帶，特別適用于高頻功率輸出變壓器。已廣泛應(yīng)用于逆變弧焊電源、單端脈沖變壓器、高頻加熱電源、不停電電源、功率變壓器、通訊電源、開(kāi)關(guān)電源變壓器和高能加速器等鐵芯，在頻率2050kHz、功率50kW以下，是變壓器最佳磁芯材料。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型逆變弧焊電源單端脈沖變壓器，具有高頻大功率的特點(diǎn)，因此要求變壓器鐵芯材料具有低的高頻損耗、高的飽和磁感Bs和低的Br以獲得大的工作磁感 B,使焊機(jī)體積和重量減小。常用的用于高頻弧焊電源的鐵芯材料為鐵氧體，雖然由于其電阻率高而具有低的高頻損耗，但其溫度穩(wěn)定性較差，工作磁感較低，變壓器體積和重量較大，已不能滿足新型弧焊機(jī)的要求。采用納米晶環(huán)形鐵芯后，由于其

31、具有高的Bs值（Bs>1.2T）,高的A B值（A B>0.7T),很高的脈沖磁導(dǎo)率和低的損耗，頻率可達(dá) 100kHz.可使鐵芯的體積和重量大為減小。近年來(lái)逆變焊機(jī)已應(yīng)用納米晶鐵芯達(dá)幾萬(wàn)只，用戶反映用納米晶變壓器鐵芯再配以非晶高頻電感制成的焊機(jī)，不僅體積小、重量輕、便于攜帶，而且電弧穩(wěn)定、飛濺小、動(dòng)態(tài)特性好、效率高及可靠性高。這種環(huán)形納米晶鐵芯還可用于中高頻加熱電源、脈沖變壓器、不停電電源、功率變壓器、開(kāi)關(guān)電源變壓器和高能加速器等裝置中?？筛鶕?jù)開(kāi)關(guān)電源的頻率選用磁芯材料。環(huán)形納米晶鐵芯具有很多優(yōu)點(diǎn)，但它也有繞線困難的不利因素。為了在匝數(shù)較多時(shí)繞線方便，可選用高頻大功率C 型非晶納米

32、晶鐵芯。采用低應(yīng)力粘結(jié)劑固化及新的切割工藝制成的非晶納米晶合金C 型鐵芯的性能明顯優(yōu)于硅鋼C 型鐵芯。目前這種鐵芯已批量用于逆變焊機(jī)和切割機(jī)等。 逆變焊機(jī)主變壓器鐵芯和電抗器鐵芯系列有：120A、 160A、 200A、 250A、 315A、 400A、500A 、 630A 系列。(二) 、脈沖變壓器鐵芯脈沖變壓器是用來(lái)傳輸脈沖的變壓器。當(dāng)一系列脈沖持續(xù)時(shí)間為td (s)、脈沖幅值電壓為Um (V)的單極性脈沖電壓加到匝數(shù)為N的脈沖變壓器繞組上時(shí)，在每一個(gè)脈沖結(jié)束時(shí)，鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度增量A B (T)為：AB = Um td / NSc X 10-2其中Sc為鐵芯的有效截面積 (cm2)。即磁感應(yīng)強(qiáng)度增量A B與脈沖電壓的面積(伏秒乘積)成正比。對(duì)輸出單向脈沖時(shí)，A B=Bm-Br ,如果在脈沖變壓器鐵芯上加去磁繞組時(shí)，A B = Bm + Br 。在脈沖狀態(tài)下，由動(dòng) 態(tài)脈沖磁滯回線的AB與相應(yīng)的A Hp之比為脈沖磁導(dǎo)率科p。理想的脈沖波形是指矩形脈沖波，由于電路的參數(shù)影響，實(shí)際的脈沖波形與矩形脈沖有所差異，經(jīng)常會(huì)發(fā)生畸變。比如脈沖前沿的上升時(shí)