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变压器磁芯的种类及应用

2021-07-23 14:57:05   来源:    点击:
铁磁性物质亚铁磁性曲线磁滞现象大时M值 2. 软磁材料的常用能参数 饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的,它所对应的状态是材料的磁化整齐排列。 剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的,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的量,取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。 磁导率μ:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的,与工作状态密切相关。 初始磁导率μi、μm、磁导率μd、μa、μe、磁导率μp。 居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为,该为居里温度。它确定了工作的上限温度。 损耗P:磁滞损耗Ph及损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 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ρ。在自由静止空气中的损耗与磁芯的温升关系为: 总功率耗散(mW)/表面积(cm2) 3. 软磁材料的磁性参数与器件的参数之间的转换 在设计器件时,首先要根据的要求确定器件的电压~电流特性。器件的电压~电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。必须熟悉材料的并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。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;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。 工业电力电讯技术低碳钢电机变压器电话线路电感线圈氧化铁硅钢片效率电力工业无线电技术坡莫合金磁粉芯科学技术雷达集成电路软磁合金软磁铁氧体材料自动控制计算机行业磁头传统晶态 铁磁性 非晶纳米晶 绝缘介质绝缘膜间隙效应导磁率基本上高频电感形状填充系数含量工艺 电感 匝数 磁粉树脂 铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化 铁粉芯初始磁导率随频率的变化 (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(High Flux)。 MPP 是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。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产生。主要应用于300kHz以下的高品质Q、感应负载、、在对温度稳定性要求高的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HF是由50%Ni、50%Fe粉构成。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、高直流电和低上用得多。价格低于MPP。 (3) 铁硅铝粉芯(Kool Mμ Cores) 铁硅铝粉芯由9%Al、5%Si, 85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯,损耗比铁粉芯低80%,可在8kHz以上频率下使用;饱和磁感在1.05T 左右;导磁率从26~125;磁致伸缩系数接近0,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。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。有时也替代有铁氧体作使用。 2. 软磁铁氧体(Ferrites) 软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性,采用方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类,其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大,Mn-Zn铁氧体的电阻率低,为1~10 欧姆-米,一般在100kHZ 以下的频率使用。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的电阻率为102~104 欧姆-米,在100kHz~10 兆赫的的损耗小,多用在用线圈、无线电。磁芯形状种类丰富,有E、I、U、EC、ETD形、方形(RM、EP、PQ)、罐形(PC、RS、DS)及圆形等。在应用上很方便。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率,粉末冶金方法又适宜于大批量生产,因此低,又因为是烧结物大、对应力不敏感,在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定,在150kHz以下基本保持不变。随着软磁铁氧体的出现,磁粉芯的生产大大减少了,很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替。 国内外铁氧体的生产厂家很多,在此仅以美国的Magnetics公司生产的Mn-Zn铁氧体为例介绍其应用状况。分为三类基本材料:电信用基本材料、及EMI材料、功率型材料。 电信用铁氧体的磁导率从750~2300, 具有低、高品质因素Q、稳定的磁导率随温度/时间关系, 是磁导率下降最慢的一种,约每10年下降3%~4%。广泛应用于高Q滤波器、调谐滤波器、线圈、变压器、。宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体,磁导率分别有5000、10000、15000。其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高/。广泛应用于、饱和电感、、、绝缘变压器、及,在宽带变压器和EMI上多用。功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度,为4000~5000Gs。另外具有低损耗/频率关系和低损耗/温度关系。也就是说,随频率增大、损耗上升不大;随温度提高、损耗变化不大。广泛应用于功率、并列式滤波器、、开关电源电感、功率因素校正电路。 纯铁硅钢机械应力小等,在电力电子行业中获得极为广泛的应用,如、、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料。也是用磁性材料中用量最大的材料。特别是在低频、大功率下最为适用。常用的有冷轧硅钢DG3、冷轧无取向钢带电子系统低频变压器电抗器电感器叠片使用频率继电器高硅带材 铁镍矩形系数心立方的坡莫合金具有很好的,可以加工成1μm的超薄带及各种使用。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些,但磁导率比硅钢高几十倍,铁损也比硅钢低2~3倍。做成较高频率(400~8000Hz)的变压器,小,适合制作100W以下小型较高频率变压器。1J79 具有好的综合性能,适用于高频低电压变压器,铁芯、铁芯及电流互感器铁芯。1J85 的初始磁导率可达十万105以上,适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器、共模电感及等。 3. 非晶及纳米晶软磁合金(Amorphous and Nanocrystalline alloys) 硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料,在做规则排列,形成周期性的结构,存在着、、、、等缺陷,对软磁性能不利。从上来说,原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。与合金是70年代问世的一个领域冷却速度凝固技术成品金属制造工艺中间,这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。由于超急冷凝固,合金凝固时原子来不及有序排列结晶,得到的合金是长程,没有晶态合金的晶粒、晶界存在,称之为非晶合金,被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能,如优异的磁性、、、高的、硬度和韧性,高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单,从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发。美、日、德国已具有完善的生产规模,并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向。 我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作,经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成,共取得科研成果134项,2项,获16项,已有近百个合金品种。钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材、一条非晶合金铁芯生产线。生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯,适用于、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯,年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线,进入国际先进水平行列。 目前,非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为: 初始磁导率 μo = 14 × 104 钴基非晶最大磁导率 μm= 220 × 104 钴基非晶矫顽力 Hc = 0.001 Oe 钴基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995 钴基非晶饱和磁化强度 4πMs = 18300Gs 铁基非晶电阻率 ρ= 270μΩ/cm 常用的非晶合金的种类有:铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及。其国家及性能特点见表及图所示,为便于对比,也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79 及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点,在不同的方面得到应用。 牌号基本成分和特征: 1K101 Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C 系快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬软磁铁基合金 1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬软磁铁基合金 1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金 1K106 高频低损耗Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金 1K107 高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬基纳米晶合金 1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金