磁性材料基本参数详解

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磁性材料常识参数介绍

磁性材料常识参数介绍

磁芯
SPINEL
磁学常识: 磁学常识:磁性材料分类
A)锰锌系 ) 组成约为: 其他为: 组成约为:Fe2O3 71%, MnO 20%, 其他为:ZnO 电阻率高(10 ohm-cm) 电阻率高 磁心损耗低 居里温度高 形状:EE,EI,ER,PQ,RM,POT等型式。 形状: , , , , , 等型式。 等型式 用途:功率变压器、 共模滤波器、 用途:功率变压器、EMI共模滤波器、储能电感等 共模滤波器
SPINEL
磁性材质介召:材质发展 磁性材质介召:
在PC50后,TDK相继推 出超低功耗材料PC44,PC45, PC46,PC47,其功率损耗较 PC40降低了约1/4~1/3, 主要差别就在于功耗最低点温 度不同,PC45为60-80℃, PC46为40-50℃,PC47则是 100℃,它们有一个明显的缺 点,一旦偏离了功耗最低点, 损耗值急剧上升。
C点以后是饱和段 点以后是饱和段 点以后是 ab段是上升段 段是上升段 段是 起始磁化 曲线反映 了什么? 了什么?
磁滞回线中H为 磁滞回线中 为 零时B并不为零 零时 并不为零 的现象说明铁 磁材料具有剩 磁材料具有剩 磁性。 磁性。
0
H
起始磁化曲线
oa段是线性段 段是线性段 段是
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 起始磁化曲线的 段反映了铁磁材料的 高导磁性; 点以后说明铁磁材料具有 高导磁性;c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。 磁饱和性。
SPINEL
磁学常识: 磁学常识:磁性材料分类
B)镍锌系 ) 组成约为: 其他为: 组成约为:Fe2O3 50%, NiO 24%, 其他为:ZnO 电阻率很高(107 ohm-cm) 电阻率很高 工作频率高 铁心损耗较锰锌系高 居里温度高 型式: , ,环形等。 型式:DR,R,环形等。 用途:常模滤波器、 用途:常模滤波器、储能电感等

磁性材料基本参数详解

磁性材料基本参数详解
内容


磁学常识:磁性材料分类 磁学常识:磁性来源 磁学常识:磁化曲线 磁性参数与测量 磁性材料应用 磁性材质介召
SPINEL
磁学常识:磁性材料分类
锰锌系材* 铁氧体磁芯 镍锌系材 镁锌系材 硅(矽)钢材 铁粉芯 合金类磁芯 铁硅铝合金 铁镍合金 钼坡莫合金 非晶、微晶合金
磁芯
SPINEL
表示小信号下材料的损耗特性,由于磁 芯损耗引起信号相移; tanδ= Rs/ωLs Rs 磁芯及线圈损耗的等效电阻; Ls 装有磁芯的线圈的自感量;
tanδ称损耗因子,表示损耗功率与无 功功率的比值,其磁芯损耗包括磁滞损耗、涡流损 耗、剩余损耗即: tanδ= tanδn + tanδe + tanδr
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 高导磁性;c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。
SPINEL
磁学常识:磁化曲线3
高导磁性 磁导率可达102~104,由软磁材料组成的
磁路磁阻很小,在线圈中通入较小的电流即可获得较
大的磁通。
磁饱和性: B不会随H的增强而无限增强,H增大到 一定值时,B不能继续增强。 磁滞性和剩磁性 磁芯线圈中通过交变电流时,H的大 小和方向都会改变,铁心在交变磁场中反复磁化的过 程中,B的变化总是滞后于H的变化,这种现象称为磁 滞性;当H减为零时B并不为零。
测量方法
磁性参数与测量:磁导率μ (3)
2 有效导磁率μe
变压器或电感器磁芯中常用非闭合的E型、U 型等配对磁芯,其磁路各部分形状尺寸不同,而且 其配合面不可避免地仍有残余气隙; 此时,必须用有效导磁率μe来表示磁芯的导 磁率; μe = LC1/(4πN2) ×107
C1 …… 磁芯磁路常数(cm-1)

磁性材料的基本特性及分类参数

磁性材料的基本特性及分类参数

一. 磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H 作用下,必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B,它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。

磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点常称为工作点。

2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。

剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,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程度的量,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的比值,与器件工作状态密切相关。

初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率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,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。

它确定了磁性器件工作的上限温度。

损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗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 及提高材料的电阻率ρ。

在自由静止空气中磁芯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电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路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。

设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。

磁钢参数解读

磁钢参数解读

磁钢参数解读磁钢是一种常用的磁性材料,具有很高的磁导率和磁化强度。

在电子电气领域,磁钢被广泛用于电机、变压器、声音设备等各种电磁设备中。

磁钢的性能参数对设备的工作效果和性能起着至关重要的作用。

本文将解读磁钢的几个常见参数,以帮助读者更好地了解并选择合适的磁钢材料。

1.磁导率(μ):磁导率是磁钢的基本物理参数,表示了材料对磁场的响应能力。

磁导率越高,材料对磁场的感应能力越强,磁导率越低,材料对磁场的感应能力越弱。

磁导率的单位是亨利/米(H/m),常用的磁导率数值范围一般在1000-7000之间。

2.饱和磁化强度(Bs):饱和磁化强度是指磁钢材料在饱和磁场下的磁化强度。

简单来说,就是磁钢能够达到的最高磁化程度。

饱和磁化强度越高,材料的磁化能力越强,磁场越容易被磁化。

饱和磁化强度的单位是特斯拉(T),常用的数值范围一般在0.5-2.5T之间。

3.剩磁(Br):剩磁是指在去磁场的作用下,磁钢材料表面产生的剩余磁场。

剩磁是磁钢材料磁化后得到的一个留存状态,可以用来储存或传输磁能。

剩磁的大小与材料本身的磁化强度有关,一般剩磁越大,材料的磁能保存能力越强。

剩磁的单位也是特斯拉(T),常用的数值范围一般在0.05-1.0T之间。

4.矫顽力(Hc):矫顽力是指磁钢材料在去磁化后,需要外加的磁场强度才能使其重新磁化的能力。

矫顽力越大,材料越难去磁化,矫顽力越小,材料越容易去磁化。

矫顽力的单位是安培/米(A/m),常用的数值范围一般在100-1000A/m之间。

5.温度系数(α):温度系数是指磁钢材料在不同温度下的磁化能力变化率。

温度系数可以用来评估磁钢材料的温度稳定性。

温度系数的单位是%/℃,常用的数值范围根据具体应用要求而定。

以上是磁钢的几个重要参数,不同的磁钢材料具有不同的参数组合,适用于不同的应用场景。

在选择磁钢时,需要根据具体的设计要求和工作环境来合理选择磁钢材料,以确保设备的性能和稳定性。

需要注意的是,磁钢的参数解读只是初步了解磁钢性能的一种方式,实际应用中还需要综合考虑其他因素,例如成本、可加工性、耐腐蚀性等。

磁性材料参数汇总表

磁性材料参数汇总表

磁性材料参数汇总表引言磁性材料是一类重要的材料,在许多领域中都有广泛的应用,例如电子设备、电力传输、通信等。

了解磁性材料的参数对于正确选择和设计合适的磁性材料至关重要。

本文档旨在提供一个汇总表,列出常见磁性材料的重要参数和特性,以帮助工程师和研究人员进行选择和评估。

1. 常见磁性材料1.1 铁氧体材料铁氧体材料是一类具有高饱和磁感应强度和低磁导率的磁性材料。

下表列出了一些常见的铁氧体材料及其参数。

材料名称饱和磁感应强度 (T) 磁导率 (H/m) 矫顽力 (A/m)镍锌铁氧体0.4 50 800锰锌铁氧体0.3 100 500镍铜铁氧体0.6 20 10001.2 钕铁硼磁体钕铁硼磁体是一类具有极高磁能积和高矫顽力的磁性材料。

下表列出了一些常见的钕铁硼磁体及其参数。

材料名称饱和磁感应强度 (T) 磁能积 (J/m3) 矫顽力 (A/m)N35 1.17 263e6 955N45 1.33 326e6 955N52 1.45 398e6 9551.3 钢磁材料钢磁材料是一类在低频磁场中具有高导磁率和低矫顽力的磁性材料。

下表列出了一些常见的钢磁材料及其参数。

材料名称饱和磁感应强度 (T) 导磁率 (H/m) 矫顽力 (A/m)低碳钢 2 1000 4硅钢 2 5000 6非晶合金钢 2.1 10000 22. 参数解释2.1 饱和磁感应强度饱和磁感应强度是材料在外加磁场作用下能够达到的最大磁感应强度。

单位为特斯拉(T)。

2.2 磁导率磁导率描述了材料对磁场的响应程度,即磁场强度与磁感应强度之间的比值。

单位为亨利/米(H/m)。

2.3 矫顽力矫顽力是材料从饱和磁化状态中恢复到磁场消失状态所需施加的逆磁场强度。

单位为安培/米(A/m)。

2.4 磁能积磁能积是材料单位体积的储磁能力,表示材料在磁场中存储的能量密度。

单位为焦耳/立方米(J/m3)。

3. 典型应用3.1 铁氧体材料•镍锌铁氧体:常用于磁芯和磁带记录头。

磁性材料入门知识

磁性材料入门知识

磁性材料入门知识磁性材料入门知识磁性材料是指在磁场中可以产生磁性的材料,包括铁、钢、铁合金、磁性玻璃、氧化物等等。

它们具有多种应用,如电机、电磁铁、电子、通讯、医疗、军事等领域。

本文将为你介绍磁性材料的基本知识。

1. 磁化强度磁化强度是衡量磁性材料磁化程度的物理量,通常用磁化强度或磁化矢量表示。

磁化强度的单位是安培每米(A/m)或高斯(Gs)。

磁力线越接近选定的物体,磁化强度就越强。

2. 磁场强度磁场强度是衡量磁场强弱的物理量,它和磁性材料的磁化程度有关。

磁场强度的单位是特斯拉(T)或高斯(Gs)。

3. 磁性导数磁性材料的磁性导数是指材料对磁场的响应,通常用来表示磁性材料的磁化程度。

高磁性导数的材料对磁场的响应非常灵敏,可以用来制造磁传感器。

4. 磁饱和当磁性材料的磁化强度达到一定值时,它将不再对外加磁场产生响应,这个过程称为磁饱和。

磁饱和是磁性材料失去磁性的一个重要特征。

5. 磁畴磁性材料分为多个微小的磁畴,每个磁畴具有自己的磁矩方向,这个方向通过相邻的原子强引力互相保持。

每个磁畴磁矩方向相同,但与相邻磁畴的磁矩方向不同。

6. 磁滞回线当一个交变电流通过一个螺线管时,磁针的磁化方向会随着电流变化,因此在磁针上会形成一个磁滞回线。

磁滞回线经常用来描述磁性材料的饱和磁化、滞磁和磁导率等性质。

7. 磁性材料分类根据磁性材料的磁导率和饱和磁化强度,可以将磁性材料分为软磁性材料和硬磁性材料。

软磁性材料是指具有高磁导率和低磁饱和的材料,通常用作电子元器件、电机和变压器等领域。

硬磁性材料是指具有高饱和磁化和低磁导率的材料,通常用于制造永磁体、磁存储、磁头等领域。

8. 磁性材料应用磁性材料广泛应用于各个领域。

在电子行业,磁性材料用于制造电感和磁芯等元器件。

在电机和发电机中,磁性材料用于制造转子和定子,改进机器效率并降低成本。

磁性材料还用于通讯、医疗、军事和安全等领域。

总之,磁性材料具有重要的应用和理论价值。

通过深入了解磁性材料的基本知识,可以更好地理解其在科技领域中的应用和发展前景。

磁性材料基本参数详解

磁性材料基本参数详解

磁性材料基本参数详解磁性是物质的基本属性之一,磁性现象与各种形式的电荷的运动相关联,物质内部电子的运动和自旋会产生一定大小的磁矩,因而产生磁性。

自然界物质按其磁性的不同可分为:顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物、反铁磁性物质以及亚铁磁性物质,其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质,通常将这两类物质统称为“ 磁性材料” 。

铁氧体颗粒料: 是已经过配料、混合、预烧、粉碎和造粒等工序,可以直接用于成形加工的铁氧体料粒。

顾客使用该料可直接压制成毛坯,经烧结、磨削后即可制成所需磁芯。

本公司生产并销售高品质的铁氧体颗粒料,品种包括功率铁氧体JK 系列和高磁导率铁氧体JL 系列。

锰锌铁氧体: 主要分为高稳定性、高功率、高导铁氧体材料。

它是以氧化铁、氧化锌为主要成分的复合氧化物。

其工作频率在1kHz 至10MHz 之间。

主要用着开关电源的主变压器用磁芯. 。

随着射频通讯的迅猛发展,高电阻率、高居里温度、低温度系数、低损耗、高频特性好(高电阻率ρ、低损耗角正切tg δ)的镍锌铁氧体得到重用,我司生产的Ni-Zn 系列磁芯,其初始磁导率可由10 到2500 ,使用频率由1KHz 到100MHz 。

但主要应用于1MHz 以上的频段、磁导率范围在7-1300 之间的EMC 领域、谐振电路以及超高频功率电路中。

磁粉芯: 磁环按材料分为五大类:即铁粉芯、铁镍钼、铁镍50 、铁硅铝、羰基铁。

使用频率可达100KHZ ,甚至更高。

但最适合于10KHZ 以下使用。

磁场强度H :磁场“ 是传递运动电荷或者电流之间相互作用的物理物” 。

它可以由运动电荷或者电流产生,同时场中其它运动或者电流发生力的作用。

均匀磁场中,作用在单位长磁路的磁势叫磁场强度,用H 表示;使一个物体产生磁力线的原动力叫磁势,用F 表示:H=NI/L, F = N IH 单位为安培/ 米(A/m ),即: 奥斯特Oe ;N 为匝数;I 为电流,单位安培(A ),磁路长度L 单位为米(m )。

磁性材料的基本特性及分类参数

磁性材料的基本特性及分类参数

一•磁性材料的基本特性1・磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H作用下,必有相应的磁化强度M或磁感应强度B,它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M〜H或B〜H曲线)。

磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H, Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H 降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M〜H曲线或B〜H曲线上的某一点,该点常称为工作点。

2 •软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。

剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值。

矩形比:Br/Bs矫顽力He:是表示材料磁化难易程度的量,取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。

磁导率小是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密切相关。

初始磁导率山、最大磁导率nm>微分磁导率pd、振幅磁导率pa、有效磁导率pe、脉冲磁导率|ip o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,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。

它确定了磁性器件工作的上限温度。

损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe oc f2 t2 / , p 降低,磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力He;降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率P。

在自由静止空气中磁芯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电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路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。

设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。

磁性材料的基本特性及分类参数

磁性材料的基本特性及分类参数

一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H作用下,必有相应的磁化强度M或磁感应强度B,它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。

磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点常称为工作点。

2.软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。

剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,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程度的量,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的比值,与器件工作状态密切相关。

初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率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,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。

它确定了磁性器件工作的上限温度。

损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗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及提高材料的电阻率ρ。

在自由静止空气中磁芯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电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路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。

设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。

【精品】磁性材料参数

【精品】磁性材料参数

1、什么是永磁材料的磁性能,它包括哪些指标?永磁材料的主要磁性能指标是:剩磁(Jr,Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m.我们通常所说的永磁材料的磁性能,指的就是这四项。

永磁材料的其它磁性能指标还有:居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ,jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度(Hk/jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。

除磁性能外,永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等;机械性能则包括维氏硬度、抗压(拉)强度、冲击韧性等。

此外,永磁材料的性能指标中还有重要的一项,就是表面状态及其耐腐蚀性能。

2、什么叫磁场强度(H)?1820年,丹麦科学家奥斯特(H。

C。

Oersted)发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转,从而揭示了电与磁的基本关系,诞生了电磁学。

实践表明:通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比,与离开导线的距离成反比。

定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2π米远处的磁场强度为1A/m(安/米,国际单位制SI);在CGS单位制(厘米—克—秒)中,为纪念奥斯特对电磁学的贡献,定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处磁场强度为1Oe(奥斯特),1Oe=1/(4π×10?)A/m。

磁场强度通常用H表示.3、什么叫磁感应强度(B),什么叫磁通密度(B),B与H,J,M之间存在什么样的关系?理论与实践均表明,对任何介质施加一磁场H时(该磁场可由外部电流或外部永磁体提供,亦可由永磁体对永磁介质本身提供,由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场—-—关于退磁场的概念,见9Q),介质内部的磁场强度并不等于H,而是表现为H与介质的磁极化强度J之和.由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的,为与H区别,称之为介质的磁感应强度,记为B:B=μ0H+J(SI单位制)(1—1)B=H+4πM(CGS单位制)磁感应强度B的单位为T,CGS单位为Gs(1T=104Gs)。

磁性材料的基本特性及分类参数

磁性材料的基本特性及分类参数

一.磁性材料的根本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H作用下,必有相应的磁化强度M或磁感应强度B,它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线〔M〜H或B〜H曲线〕.磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度H足够大时,磁化强度M到达一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值到达饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr 曲线变化.材料的工作状态相当于M〜H曲线或B〜H曲线上的某一点,该点常称为工作点.2.软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列.剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,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程度的量,取决于材料的成分及缺陷〔杂质、应力等〕.磁导率?是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密切相关.初始磁导率小最大磁导率m、微分磁导率用、振幅磁导率阳、有效磁导率区、脉冲磁导率卬.居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,到达某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作的上限温度.损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗PeP=Ph+Pe=af+bf2+cPef2t2/,p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1/14性材料的厚度t及提升材料的电阻率P.在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散〔mW〕/外表积〔cm2〕3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路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.设计者必须熟悉材料的磁化过程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.二、软磁材料的开展及种类4.软磁材料的开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,提升了变压器的效率,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开展,出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从40年代到60年代,是科学技术飞速开展的时期,雷达、电视播送、集成电路的创造等,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、自动限制、计算机等行业的开展,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一非晶态软磁合金.5.常用软磁磁芯的种类铁、钻、镇三种铁磁性元素是构成磁性材料的根本组元.按〔主要成分、磁性特点、结构特点〕制品形态分类:2/14〔1〕粉芯类:磁粉芯,包括:铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯〔HighFlu为、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0.5〜5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.常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种.磁芯的有效磁导率区及电感的计算公式为:e=DL/4N2SX109其中:D为磁芯平均直径〔cm〕,L为电感量〔享〕,N为绕线匝数,S为磁芯有效截面积〔cm2〕.〔1〕铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成.在粉芯中价格最低.饱和磁感应强度值在1.4T左右;磁导率范围从22〜100;初始磁导率d随频率的变化稳定性好;直流电流叠加性能好;但高频下损耗高.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3/1422).坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有铝坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(HighFlux).MPP是由81%Nk2%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噪声产生.主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、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,最高的直流偏压水平;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、高直流电和低交流电上用得多.价格低于MPP.(3)铁硅铝粉芯(KoolMeores)铁硅铝粉芯由9%Ak5%Si,85%F的构成.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偏压水平;具有最正确的性能价格比.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.有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用.3.软磁铁氧体(Ferrites)软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物,采用粉末冶金方法生产.有Mn-ZnCu-ZnNi-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-ZnNi-Zn铁氧体的电阻率为102〜104欧姆-米,在100kHz〜10兆赫的无线电频段的损耗小,多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器.磁芯形状种类丰富,有E、I、U、ECETD形、方形(RM、EPPQ)、罐形(PC4/14RSDS〕及圆形等.在应用上很方便.由于软磁铁氧体不使用银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,因此本钱低,又由于是烧结物硬度大、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以下根本保持不变.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.分为三类根本材料:电信用根本材料、宽带及EMI材料、功率型材料.电信用铁氧体的磁导率从750〜2300,具有低损耗因子、高品质因素Q、稳定的磁导率随温度/时间关系,是磁导率在工作中下降最慢的一种,约每10年下降3%〜4%.广泛应用于高Q滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器.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、高阻抗/频率特性.广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器,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;随温度提升、损耗变化不大.广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路.〔二〕带绕铁芯1.硅钢片铁芯硅钢片是一种合金,在纯铁中参加少量的硅〔一般在4.5%以下〕形成的铁硅系合金称为硅钢.该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000GS;由于它们具有较好的磁电性能,又易于大批生产,价格廉价,机械应力影响小等优点,在电力电子行业中获得极为广泛的应用,如电力变压器、配电变压器、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.也是电源变压器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.常用的有冷轧硅钢薄板DGa冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ,适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器5/14铁芯,这类合金韧性好,可以冲片、切割等加工,铁芯有叠片式及卷绕式.但高频下损耗急剧增加,一般使用频率不超过400Hzo从应用角度看,对硅钢的选择要考虑两方面的因素:磁性和本钱.对小型电机、电抗器和继电器,可选纯铁或低硅钢片;对于大型电机,可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片;对变压器常选用单取向冷轧硅钢片.在工频下使用时,常用带材的厚度为0.2〜0.35毫米;在400Hz下使用时,常选0.1毫米厚度为宜.厚度越薄,价格越高.2.坡莫合金坡莫合金常指铁银系合金,银含量在30〜90%范围内.是应用非常广泛的软磁合金.通过适当的工艺,可以有效地限制磁性能,比方超过105的初始磁导率、超过106的最大磁导率、低到2%.奥斯特的矫顽力、接近1或接近0的矩形系数,具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性,可以加工成1即的超薄带及各种使用形态.常用的合金有1J5.1J791J85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)勺变压器,空载电流小,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,漏电保护开关铁芯、共模电感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、共模电感及高精度电流互感器等.3.非晶及纳米晶软磁合金(AmorphousandNanocrystallinealloy9硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料,原子在三维空间做规那么排列,形成周期性的点阵结构,存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷,对软磁性能不利.从磁性物理学上来说,原子不规那么排列、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.非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域.它的制备技术完全不同于传统的方法,而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术,从钢液到薄带成品一次成型,比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序,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6/14原子来不及有序排列结晶,得到的固态合金是长程无序结构,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、耐蚀性、耐磨性、高的强度、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重点.目前美、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市场.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工程的完成,共取得科研成果134项,国家发明奖2项,获专利16项,已有近百个合金品种.钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线.生产各种定型的铁基、铁银基、钻基和纳米晶带材及铁芯,适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件,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,非晶软磁合金所到达的最好单项性能水平为:初始磁导率⑷=14X104钻基非晶最大磁导率叩=220X104钻基非晶矫顽力Hc=0.001Oe钻基非晶矩形比Br/Bs=0.995钻基非晶饱和磁化强度4KMs=18300Gs铁基非晶电阻率尸270区SCm常用的非晶合金的种类有:铁基、铁银基、钻基非晶合金以及铁基纳米晶合金.其国家牌号及性能特点见表及图所示,为便于比照,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.牌号根本成分和特征:7/141K101Fe-Si-繇快淬软磁铁基合金1K102Fe-Si-B-凉快淬软磁铁基合金1K103Fe-Si-B-N添快淬软磁铁基合金1K104Fe-Si-B-NiM源快淬软磁铁基合金1K105Fe-Si-B-C双其他元素)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-陈快淬软磁铁基纳米晶合金1K201高脉冲磁导率快淬软磁钻基合金1K202高剩磁比快淬软磁钻基合金1K203高磁感低损耗快淬软磁钻基合金1K204高频低损耗快淬软磁钻基合金1K205高起始磁导率快淬软磁钻基合金1K206淬态高磁导率软磁钻基合金1K501Fe-Ni-P-薛快淬软磁铁银基合金1K502Fe-Ni-V-Si-朦快淬软磁铁银基合金400Hz:硅钢铁芯非晶铁芯功率(W)4545铁芯损耗(W)2.41.3激磁功率(VA)6.11.3总重量(g)295276(1)铁基非晶合金(Fe-basedamorphousalloys)8/14铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度(1.54D,铁基非晶合金与硅钢的损耗比拟磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点,特别是铁损低(为取向硅钢片的1/3—1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60—70%.铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右,广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯,适合于10kHz以下频率使用.2)铁银基、钻基非晶合金(Fe-Nibased-amorphousalloy)铁银基非晶合金是由40%Nk40%Fe及20%类金属元素所构成,它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性.在中、低频率下具有低的铁损.空气中热处理不发生氧化,经磁场退火后可得到很好的矩形回线.价格比1J79廉价30—50%.铁银基非晶合金的应用范围与中银坡莫合金相对应,但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越;代替1J79,广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等.铁银基非晶合金是国内开发最早,也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶晶种,年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁银基非晶合金(1K503)获得国家创造专利和美国专利权.(4)铁基纳米晶合金(Nanocrystallinealloy)铁基纳米晶合金是由铁元素为主,参加少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料,这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10-20nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上,被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料.纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8X104)低Hc(0.32A/M),高磁感下的高频损耗低(P0.5V20kHz=30W/kg),电阻率为80^Sm,比坡莫合金(50-60区Sm)高,经纵向或横向磁场处理,可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs%是目前市场上综合性能最好的材料;适用频率范围:50Hz-100kHz最正确频率范围:20kHz-50kHz广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.(三)常用软磁磁芯的特点比拟9/141.磁粉芯、铁氧体的特点比拟:MPP磁芯:使用安匝数<200,50Hz〜1kHz区已125〜500;1〜10kHz;125〜200;>100kHz:区?10〜125HF磁芯:使用安匝数<500,能使用在较大的电源上,在较大的磁场下不易被饱和,能保证电感的最小直流漂移,生:20〜125铁粉芯: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8kHzDC偏压水平介于MPP与HF之间.铁氧体:饱和磁密低〔5000Gs〕,DC偏压水平最小3.硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比拟:硅钢和FeSiAl材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;钻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钻基非晶,且饱和磁感Bs与中银坡莫合金相当,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,在具有更低损耗的根底上具有高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10/14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=KfNBSIx10-6T=hePbWPW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可以提升几个数量级,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、稳定性好,价格低.单端式变压器由于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B=Bm-Br,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W=1/2LI2.这就要求材料有足够高的Bs值和适宜的磁导率,常为宽恒导磁材料.对于工作在士Bm^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、减小励磁电流,应有高磁导率,最适宜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11/14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2—3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20—50kHz、功率50kW以下,是变压器最正确磁芯材料.近年来开展起来的新型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〕,高的田值〔田〕0.7T〕,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、400A、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〔⑹、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田〔T历:缶=Umtd/NScX10-其中Sc为铁芯的有效截面积〔cm2〕.12/14即磁感应强度增量出与脉冲电压的面积〔伏秒乘积〕成正比.对输出单向脉冲时,ZB=Bm-Br如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时,出=Bm+Br在脉冲状态下,由动态脉冲磁滞回线的田与相应的由p之比为脉冲磁导率卬.理想的脉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.比方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,脉冲顶降入与励磁电感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=邻N21lm/h脉冲变压器的初级励磁电感Lm=4区pScN2/lx10-9涡流损耗Pe=Umd2tdIF/12N21ScB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为铁芯的截面积,中为铁芯的脉冲磁导率,p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田也越大;在脉冲宽度给定时,提升铁芯材料的磁感应强度变化量田,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,要尽可能的提升初级励磁电感量Lm,这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率中.为减小涡流损耗,应选用电阻率高、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:①高饱和磁感应强度Bs值;②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;13/14③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田,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。

磁钢参数解读

磁钢参数解读

磁钢参数解读一、磁钢概述磁钢是一种常见的磁性材料,其具有磁性,可以产生磁场并吸引铁、镍等物质。

磁钢广泛应用于电子、电机、仪表、通讯、医疗和家电等领域,是现代工业中不可或缺的材料之一。

磁钢的性能参数对其在不同应用场合下的性能表现有着重要的影响,因此磁钢参数的解读对于优化材料选择、设计和应用具有重要意义。

二、磁性参数1. 饱和磁感应强度(Bs):饱和磁感应强度是指在外加磁场作用下,磁钢达到饱和状态时的磁感应强度。

Bs是衡量磁钢磁性能好坏的重要参数,通常情况下,Bs值越大,磁性能越好。

对于需要产生强磁场的应用来说,选择具有高Bs值的磁钢是非常关键的。

2. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

矫顽力值越大,表示磁性材料的抗磁退磁能力越强,对于需要稳定的磁性能的应用而言,较大的矫顽力是必要的。

3. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

矫顽力值越大,表示磁性材料的抗磁退磁能力越强,对于需要稳定的磁性能的应用而言,较大的矫顽力是必要的。

4. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

矫顽力值越大,表示磁性材料的抗磁退磁能力越强,对于需要稳定的磁性能的应用而言,较大的矫顽力是必要的。

5. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

矫顽力值越大,表示磁性材料的抗磁退磁能力越强,对于需要稳定的磁性能的应用而言,较大的矫顽力是必要的。

6. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

矫顽力值越大,表示磁性材料的抗磁退磁能力越强,对于需要稳定的磁性能的应用而言,较大的矫顽力是必要的。

7. 矫顽力(Hc):矫顽力是指在外部磁场作用下,磁钢磁化状态从饱和状态变为无磁化状态所需的磁场强度。

磁铁性能和参数介绍

磁铁性能和参数介绍

磁铁性能和参数介绍(一)磁铁性能简介强磁指的是强力磁铁,专业名称:稀土强磁,钕铁硼,这种磁铁一般性能比较高,普遍用在玩具、包装盒、灯具、工艺品、喇叭、医疗机械、保健产品、电子产品、五金工具等产品上,一般N33、N35、N38为宜,这三种是钕铁硼强磁最普通性能,一通常的情况下,如果要求不是很高的话,这三种性能磁铁都就差不多了。

N40以上高性能:这一性能一般用在手机、精密仪器、航天般空、前沿的科学研究,可分为:N40、N42、N45、N48、N50、N52九种。

以上九种性能耐温都在≤80℃,一旦超过这个温度就会退磁。

(二)磁铁材料牌号1.磁铁材料牌号为了便于区别不同材料的永磁体且便于人们认知,大部分的工厂采用固定的字母来表示不同的磁铁,比如最常见的是N35的磁铁,N 代表该种磁铁是钕铁硼,Y代表的是永磁铁氧体,如果是PCx的话,比如PC40,那就是高磁导率的软磁铁氧体。

2.烧结钕铁硼牌号烧结钕铁硼永磁材料的牌号由主称和两种磁特性三部分组成,第一部分为主称,由钕元素的化学符号ND简化为N,第二部分的数字是材料最大磁能积(BH)max的标称值(单位为KA/m3),第三部分的字母表示磁铁的最高工作温度。

牌号示例:N35H表示(BH)max为35MGOe左右(280 KA/m3),最高工作温度为120℃的烧结钕铁硼永磁材料。

钕铁硼磁性材料牌号有:N30~N52;30H~50H;30SH~50SH;28UH~40UH;30EH~35EH等。

3.不同牌号对应的工作温度不同牌号所对应的最大工作温度,各厂家基本一致:1)数据后面没有字母,例如:N35耐温一般在≤80℃2)数据后面以M结尾,例如:N50M 耐温一般在≤100℃3)数据后面以H结尾,例如:N48M 耐温一般在≤120℃4)数据后面以SH结尾,例如:N45SH 耐温一般在≤150℃5)数据后面以UH结尾,例如:N35UH 耐温一般在≤180℃6)数据后面以EH结尾,例如:N50M 耐温一般在≤200℃7)数据后面以EH结尾,例如:N50M 耐温一般在≤220℃后面五种性能都属耐高温型,如果一旦超后面既定的温度,磁铁就会退磁。

磁性材料基本参数详解39页PPT

磁性材料基本参数详解39页PPT
磁性材料基本参数详解
16、人民应该为法律而战斗,就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ,并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ,而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令,就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律,其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人,越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智,自知者明。胜人者有力,自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利

磁性材料基本要求

磁性材料基本要求

《磁性材料》基本要求一、熟练掌握基本概念:(1) 磁矩:磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积,μm =iS ,方向由右手定则确定,单位Am 2。

(2) 磁化强度(M ):定义单位体积磁性材料内磁矩的矢量和称为磁化强度,用M 表示,SI 单位为A/m 。

CGS 单位:emu/cm 3。

换算关系:1 ×103 A/m = emu/cm 3。

(3) 磁场强度(H ):单位强度的磁场对应于1Wb 强度的磁极受到1牛顿的力。

SI 单位是A ·m -1。

CGS 单位是奥斯特(Oe)。

换算关系:1 A/m =4π/ 103 Oe 。

(4) 磁化曲线:磁体从退磁状态开始到磁化饱和的过程中,磁感应强度B 、磁化强度M 与磁场强度H 之间的非线性关系曲线。

(5) 退磁曲线:磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线。

(6) 退磁场:当一个有限大小的样品被外磁场磁化时,在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场。

该磁场被称为退磁场。

退磁场的强度与磁体的形状及磁极的强度有关存在:Hd=-NM 。

(7) 饱和磁感应强度Bs(饱和磁通密度) :磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。

SI 单位是特斯拉[T]或[Wb·m -2];CGS 单位是高斯(Gauss)。

换算关系:1 T = 104 G 。

(8) 磁导率:定义为磁感应强度与磁场强度之比μ=B/H,表示磁性材料传导和通过磁力线的能力.单位为亨利/米(H·m -1).(9) 起始磁导率:磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值。

H B H i 00lim 1→=μμ (10) 磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比:χ= M /H(11) 居里温度:即铁磁性材料(或亚磁性材料)由铁磁状态(或亚铁磁状态)转变为顺磁状态的临界温度,在此温度上,自发磁化强度为零。

(12) 磁各向异性:磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。

包括:磁晶各向异性,形状各向异性,感生各向异性和应力各向异性等。

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磁性材料基本参数详解
磁性是物质的基本属性之一,磁性现象与各种形式的电荷的运动相关联,物质内部电子的运动和自旋会产生一定大小的磁矩,因而产生磁性。

自然界物质按其磁性的不同可分为:顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物、反铁磁性物质以及亚铁磁性物质,其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质,通常将这两类物质统称为“ 磁性材料” 。

铁氧体颗粒料: 是已经过配料、混合、预烧、粉碎和造粒等工序,可以直接用于成形加工的铁氧体料粒。

顾客使用该料可直接压制成毛坯,经烧结、磨削后即可制成所需磁芯。

本公司生产并销售高品质的铁氧体颗粒料,品种包括功率铁氧体JK 系列和高磁导率铁氧体JL 系列。

锰锌铁氧体: 主要分为高稳定性、高功率、高导铁氧体材料。

它是以氧化铁、氧化锌为主要成分的复合氧化物。

其工作频率在1kHz 至10MHz 之间。

主要用着开关电源的主变压器用磁芯. 。

随着射频通讯的迅猛发展,高电阻率、高居里温度、低温度系数、低损耗、高频特性好(高电阻率ρ、低损耗角正切tg δ)的镍锌铁氧体得到重用,我司生产的Ni-Zn 系列磁芯,其初始磁导率可由10 到2500 ,使用频率由1KHz 到100MHz 。

但主要应用于1MHz 以上的频段、磁导率范围在7-1300 之间的EMC 领域、谐振电路以及超高频功率电路中。

磁粉芯: 磁环按材料分为五大类:即铁粉芯、铁镍钼、铁镍50 、铁硅铝、羰基铁。

使用频率可达100KHZ ,甚至更高。

但最适合于10KHZ 以下使用。

磁场强度H :
磁场“ 是传递运动电荷或者电流之间相互作用的物理物” 。

它可以由运动电荷或者电流产生,同时场中其它运动或者电流发生力的作用。

均匀磁场中,作用在单位长磁路的磁势叫磁场强度,用H 表示;
使一个物体产生磁力线的原动力叫磁势,用F 表示:H=NI/L, F = N I
H 单位为安培/ 米(A/m ),即: 奥斯特Oe ;N 为匝数;I 为电流,单位安培(A ),磁路长度L 单位为米(m )。

在磁芯中,加正弦波电流,可用有效磁路长度Le 来计算磁场强度:
1 奥斯特= 80 安/ 米
磁通密度,磁极化强度,磁化强度
在磁性材料中,加强磁场H 时,引起磁通密度变化,其表现为:
B= ц o H+J= ц o (H+M)
B 为磁通密度( 磁感应强度) ,J 称磁极化强度,M 称磁化强度,ц o 为真空磁导率,其值为4 π× 10 ˉ 7 亨利/ 米(H/m )
B 、J 单位为特斯拉,H 、M 单位为A/m, 1 特斯拉=10000 高斯(Gs )
在磁芯中可用有效面积Ae 来计算磁通密度:
正弦波为:
电压单位伏特(V ),频率单位赫兹(Hz ),N 为匝数,B 单位为特斯拉(T );Ae 单位为: ㎡
饱和磁通密度、剩余磁化强度、矫顽力
B 和H 的关系除在真空中和在磁性材料中小磁化场下具有线性关系外,一般具有非性关系,如下图磁滞回线性特性:
磁滞回线:铁磁体从正向至反向,再至正向反复磁化至技术饱和一周,所得到的B 与H 的闭合关系曲线称为磁滞回线。

Bs 为饱和磁化强度,Br 为剩余磁化强度,Hc 为矫顽力,Hs 为饱和磁化场,不同磁性材料,磁滞回线表现形式不一样,Bs 、Br 、Hc 、Hs 都不一样。

铁芯的μ值与使用范围
铁芯因不同的烧结温度,不同和物质配比例,可以烧结出各种不同的材料,一般来讲,镍锌铁氧体铁芯比锰锌系的铁氧体铁芯的使用频率范围宽。

μ值是衡量铁芯性能的一个重要参数,μ值越高,铁芯使用频率范围就越小,如下表:
μ值(Gs )使用频率(KHz )
10000 200 以下
2500 500 以下
1000 1000 以下
125 5000 以下
μ i(In itial Permeability) :交流最初磁导率,铁芯刚通过交流电时的导磁系数。

是磁性材料的磁化曲线始端磁导率的极限值。

它与温度、频率有关,测量时在一定温度、一定频率、很低磁通密度(或很小磁场)、闭合磁路中进行。

在实际测量中规定磁化场△H 所产生的磁通密度应小于1mT, B 为0.1mT.
μ e :有效磁导率;在封闭的磁回路里,如果漏磁可以忽略,能产生自感的导磁系数。

用它可以表征磁芯的性能。

Bs(Saturation flux density) :随着H 的增加,铁芯B 值达饱和时的磁通。

Br(Remanence) :(剩磁/ 残留磁通)当铁芯一度饱和之后,即使让磁场强度在回复到零,铁芯中仍然有部分磁通残留,称之为残磁。

Hc (Coercivity ):矫顽磁力(或称保磁力);磁芯从饱和状态去除磁场后,继续反向磁化,直至B 减小到0 ,即将残留磁通矫正至零,所需的磁场强度。

Tc(Curie temperature) :居里温度(或临界温度)。

对于所有的磁性材料来说,并不是在任何温度下都具有磁性。

一般地,磁性材料具有一个临界温度Tc ,因铁芯的磁导系数是随温度的上升而增加的,在此温度以下,原子磁矩排列整齐,产生自发磁化,物体变成铁磁性的。

在这个温度以上,由于高温下原子的剧烈热运动,导磁系数完全崩溃,原子磁矩的排列混乱无序,磁状态由铁磁性改为顺磁性。

如图,μ -T 曲线上80 %μ max--20 %μ max 的连线与μ =1 的交叉点相对应的温度称为居里温度。

损耗因子tg δ m
表示小信号下材料的损耗特性。

是损耗功率与无功功率的比值。

因磁芯损耗包括磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗,所以损耗因子,可表示为:
tg δ m =tg δ h +tg δ c +tg δ r, tg δ h 、tg δ c 、tg δ r 分别称为磁滞、涡流、剩余损耗因子。

比损耗因子
tg δ m/ μ i 或tg δ / μ i 称比损耗因子,与材料几何尺寸无关,表示小信号下材料的损耗特性。

气隙的影响
当磁路中有气隙时,其损耗因子为带气隙损耗因子,(tg δ)gap 它与无气隙时损耗因子关系为:(tg δ)gap/ (μ e-1 )= tg δ / (μ i-1 )
因μ e· μ i 远大于1 ,故上式可表示为:(tg δ)gap/ μ e= tg δ / μ i
由于μ e <μ i , 所以开气隙后,损耗因子减小,Q 值增加。

磁芯开气隙后,磁芯内部磁场强度H 将大大减小,由Hi=He-Hd=He-NM 可以看出,退磁因子N 越大,Hi 越小。

这里He 是绕组通以电流后产生的磁场(He=NI/Le ),对闭路磁芯N=0 ,气隙越大,N 越小,反之亦然。

开制气隙可增加磁场和温度的稳定性。

品质因素Q
磁性器件作滤波电感时,通常用品质因素(Q )来表示它的质量。

Q= 1/ tg δ = ω L/Rt, Rt 表示总电阻。

包括线圈和磁芯的电阻。

Rt 表示有损耗,包括磁芯损耗、铜线损耗。

可见Q 与频率和绕组参数有关。

在大信号场下,磁芯损耗用下式表示:
Pm= Ph+Pe+Pr, 其中Ph 、Pe 、Pr ,分别表示磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗.
开关电源变压器要求铁氧体材料要具有:高Bs 、高振幅磁导率?Ae (Amplitude permeability) 以提高其功率转换效率并避免饱和;也要求材料的功率损耗Pm 尽量小以避免在高频下发热? 希望呈负温度系数;为了在高温下保持高的Bs ,材料的居里温度应当较高,电阻率较高。

变压器的磁芯一方面起加强线圈之间磁通交链的正向作用,同时也带来因交变磁通激励而产生额外的磁芯损耗之负面作用。

因为磁芯的每次磁化会消耗能量,即产生磁滞损耗(磁性材料的磁畴运动及磨擦而导致),磁通交变产生的感应电势的驱动会产生涡流损耗。

这两种损耗都与磁通交变的频率有关。

同一铁氧体的磁滞损耗正比于直流磁滞回线的面积,并与频率成线性关系(与f 成正比)对于工作在100KHZ 以下的功率铁氧体磁芯,(变压器工作温度:80 -100 ℃)为获得低损耗,要选用最低矫顽力、较低的磁致伸缩系数λ的磁芯。

铁氧体的涡流损耗与f 的平方成正比:Pe=Ce.f 2 .Bm 2 / ρ
Ce 为磁芯尺寸长度;ρ为电阻率,它随着温度的上升而减小,故Pe 反而增大。

但在高于1MHZ 时,会出现铁磁谐振,从而形成铁氧体损耗。

电阻率ρ几乎于温度无关,总损耗主要受剩余损耗的影响,剩余损耗占支配地位,且对温度产生强烈的依耐性。

可采用细晶粒铁氧体磁芯。

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