變壓器磁芯的種類及應(yīng)用(值得看下)

1、變壓器磁芯的種類及應(yīng)用I懸賞分：0-解決時(shí)間：2005-12-2623:05?給我作為培訓(xùn)訓(xùn)資料引用.提問者：yzgao808-試用期一級(jí)最佳答案磁性材料一.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T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）。磁化曲線一般來說是非線性的，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

2、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)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)率仄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（1Q最大磁導(dǎo)率微分磁導(dǎo)率（id、振幅磁導(dǎo)率a、有效磁導(dǎo)率s脈沖磁導(dǎo)率wa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

3、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及渦流損耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPe8f2t2/,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伊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

4、用磁性材料；合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸；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

5、材料的要求也更高，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一非晶態(tài)軟磁合金。2 .常用軟磁磁芯的種類鐵、鉆、饃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（HighFlux）、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材料。由于鐵磁

6、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，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)率邛及電感的計(jì)算公式為：e=DL/4N2sX109其中：D為磁芯平均直徑（cm）,L為電感量（享），N為繞線匝數(shù)，S為磁芯有效截面積（cm2）。

7、（1）鐵粉芯常用鐵粉芯是由碳基鐵磁粉及樹脂碳基鐵磁粉構(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 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（HighFlux）。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)

8、無噪聲產(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。15000Gs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電路中常用，高DC偏壓、高直流電和低交流電上用得多。價(jià)格低于MPP。（3）鐵硅鋁粉芯（KoolM科Cores）鐵硅鋁粉芯由9%Al、5%Si,85%Fe粉構(gòu)成

9、。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-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

10、、Ni-Zn鐵氧體的電阻率為102104歐姆-米，在100kHz10兆赫的無線電頻段的損耗小，多用在無線電用天線線圈、無線電中頻變壓器。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饃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，很多原來使用磁粉芯的地方均被軟磁鐵氧體所代替。國內(nèi)外鐵氧體的生產(chǎn)廠家很多，在此僅以美

11、國的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的高導(dǎo)磁率鐵氧體，磁導(dǎo)率分別有5000、10000、15000。其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

12、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，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、開關(guān)電源變壓器、開關(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

13、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0.20.3

14、5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饃系合金，饃含量在3090%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過105的初始磁導(dǎo)率、超過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1dm的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、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

15、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(AmorphousandNanocrystallinealloys)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)上來說，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7

16、0年代問世的一個(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)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長(zhǎng)程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(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。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年代開始成為國內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國

17、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)。我國自從70年代開始了非晶態(tài)合金的研究及開發(fā)工作，經(jīng)過六五“、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、鐵饃基、鉆基和納米晶帶材及鐵芯，適用于逆變電源、開關(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2000萬元。九五”正在建立千噸級(jí)鐵基非晶生產(chǎn)線，進(jìn)入國際先進(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)率科。=1

18、4X104鉆基非晶最大磁導(dǎo)率m=220X104鉆基非晶矯頑力Hc=0.001Oe鉆基非晶矩形比Br/Bs=0.995鉆基非晶飽和磁化強(qiáng)度47tMs=18300Gs鐵基非晶電阻率p=270Q/cm常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵饃基、鉆基非晶合金以及鐵基納米晶合金。其國家牌號(hào)及性能特點(diǎn)見表及圖所示，為便于對(duì)比，也列出晶態(tài)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：1K101Fe-Si-B系快淬軟磁鐵基合金1K102Fe-Si-B-C系快淬軟磁鐵基合金1K103Fe-Si-B-Ni系快淬軟磁鐵基合金1K104Fe-Si-B-N

19、iMo系快淬軟磁鐵基合金1K105Fe-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)率快淬軟磁鉆基合金1K202高剩磁比快淬軟磁鉆基合金1K203高磁感低損耗快淬軟磁鉆基合金1K204高頻低損耗快淬軟磁鉆基合金1K205高起始磁導(dǎo)率快淬軟磁鉆基合金1K206淬態(tài)高磁導(dǎo)率軟磁鉆基合金1K501Fe-Ni-P-B系快淬軟磁鐵饃基合金1K502Fe-Ni-V-Si-B系快淬軟磁鐵饃基合金400Hz:徐靠鋼鐵芯非晶鐵芯功率（W）4545鐵芯損耗（W）2.41.

20、3激磁功率（VA）6.11.3總重量（g）295276（1）鐵基非晶合金（Fe-basedamorphousalloys）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1/31/5）,代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能6070%。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)鐵饃基、鉆基非晶合金(Fe-Nibased-amorphous

21、alloy)鐵饃基非晶合金是由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?？諝庵袩崽幚聿话l(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3050%。鐵饃基非晶合金的應(yīng)用范圍與中饃坡莫合金相對(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,廣泛用于漏電開關(guān)、精密電流互感器鐵芯、磁屏蔽等。鐵饃基非晶合金是國內(nèi)開發(fā)最早，也是目前國內(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)生氧化鐵饃基非晶合金(1K503)獲得國家發(fā)明專利

22、和美國專利權(quán)。(4)鐵基納米晶合金(Nanocrystallinealloy)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)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為10-20nm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(8M04)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高頻損耗低(P0.5T/20kHz=30W/kg),電阻率為80Q/cm比坡莫合金(50-60Q/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(100

23、0Gs)。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)用于大功率開關(guān)電源、逆變電源、磁放大器、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：125500;110kHz;e：125200;>100kHz:e:10125HF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:20125鐵粉芯：使用安匝數(shù)>8

24、00,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；鉆基非晶合金具有高的磁導(dǎo)率、低Hc、在寬的頻

25、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，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)高坡莫合金及鉆基非晶，且飽和磁感Bs與中饃坡莫合金相當(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：作為開關(guān)電

26、源核心器件的主變壓器（高頻功率變壓器）、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=KfNBSIX10-6T=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

27、級(jí)，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，溫升反過來又影響使用頻率和工作磁感的選取。一般來說，開關(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=Bm-Br,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B

28、m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)于工作在加m之間的變壓器來說，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)于非晶合金來說，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微米的非晶薄帶，特別適用于高

29、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。近年來發(fā)展起來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，由于其具有高的Bs(t(Bs&

30、gt;1.2T),高的AB值(AB>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。近年來逆變焊機(jī)已應(yīng)用納米晶鐵芯達(dá)幾萬只，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、開關(guān)電源變壓器和高能加速器等裝置中?？筛鶕?jù)開關(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型非晶納米晶鐵芯。采用低應(yīng)力粘結(jié)劑固化及

31、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AB(T)為：AB=Umtd/NScx12其中Sc為鐵芯的有效截面積(cm2)。即磁感應(yīng)強(qiáng)度增量AB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)，AB=B

32、m-Br,如果在脈沖變壓器鐵芯上加去磁繞組時(shí)，AB=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AHp之比為脈沖磁導(dǎo)率科a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)間tr與脈沖變壓器的漏電感Ls、繞組和結(jié)構(gòu)零件導(dǎo)致的分布電容Cs成比例，脈沖頂降入與勵(lì)磁電感Lm成反比，另外渦流損耗因素也會(huì)影響輸出的脈沖波形。脈沖變壓器的漏電感Ls=43nN21lm/h脈沖變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電感Lm=4wTtpScN2/lX9I0渦流損耗Pe=Umd2tdlF/12N21Scp3為與繞組結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的系數(shù)，lm為繞組線圈的平均匝長(zhǎng)，h為繞組線圈的寬度，N1為初級(jí)繞組匝數(shù)，l為鐵芯的平均磁路長(zhǎng)度，Sc為鐵芯的截面積，wp為鐵芯的脈沖磁導(dǎo)率，p為鐵芯材