如何选择及设计磁性元件
磁芯的选型(自动化专业--工程实践必备)
运动控制系统作业1. 忽略定子电阻的影响,讨论定子电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的关系。
当三相电压AO u 、BO u 、CO u 为正弦对称时，写出电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的表达式，画出各自的运动轨迹。
2. 两电平PWM 逆变器主回路的输出电压矢量是有有限的，若期望输出电压矢量s u 的幅值小于d U 32，空间角度θ任意，如何用有限的PWM 逆变器输出电压矢量来逼近期望的? 3. 按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=23-23121-21-13223C现有三相正弦对称电流)sin(t I i m A ω=，)32sin(πω+=t I i m B ，)32sin(πω+=t I i m C ，求变换后两相静止坐标系中的电流αs i 和βs i ，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。
4. 笼型异步电动机铭牌数据为：额定功率kW 3=N P ，额定电压V 083=N U ，额定电流A 9.6=N I ，额定转速min r 1400=N n ，额定频率Hz 50=N f ，定子绕组Y 联结。
由实验测得定子电阻Ω=85.1s R ，转子电阻Ω=658.2r R ，定子自感H 294.0=s L ，转子自感H 2898.0=r L ，定、转子互感H 2838.0=m L ，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量2m kg 1284.0⋅=J ，电动机稳定运行在额定工作状态，试求转子磁链r ψ和按转子磁链定向的定子电流两个分量sm i 、st i 。
提示：（不需抄题） 1-3题为简答题；4题中需用到的主要公式为： 额定转差率121n n n s N -=额定转差N N N sN f s s πωω21==电流矢量幅值m st sm s I i i i 2322=+=按转子磁链定向的动态模型sm rm r r r i T L T dt d +-=ψψ1rr stm s T i L ψω=其中稳定运行时，0=dtd rψ，故sm m r i L =ψ《现代控制理论》实验指导书实验设备PC 计算机1台（要求P4-1.8G 以上），MATLAB6.X 软件1套。
磁性器件中磁芯的选用及设计
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，不同的器件对材料的性能要求各不相同。
其中常用软磁器件的有：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。
本文仅以高频功率变压器与脉冲变压器对磁芯材料的不同要求做阐述。
(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=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW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，新晨阳电容电感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，也称储能变压器，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、减小励磁电流，应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中。
磁性元件的计算机设计流程
磁性元件的计算机设计流程概述磁性元件在电子设备中起着关键作用，如变压器、电感等。
设计合理的磁性元件可以提高电子设备的效率和性能。
在计算机辅助设计（CAD）的帮助下，磁性元件的设计变得更加高效和精确。
本文将介绍磁性元件的计算机设计流程，以及其中涉及的关键步骤和工具。
设计流程磁性元件的计算机设计流程主要包括以下几个步骤：1. 确定设计需求确定设计需求是设计流程的首要任务。
这包括了对元件的工作条件、性能指标和尺寸要求的准确定义。
例如，对于变压器，设计需求可能包括额定输入电压、输出电压、功率损耗和尺寸限制等。
2. 选择材料选择合适的磁性材料对于元件的性能至关重要。
磁性材料的特性会直接影响到元件的工作效果。
在选择材料时，需要考虑其磁导率、饱和磁化强度、矫顽力以及温度稳定性等因素。
3. 初步设计在进行初步设计时，需要选择合适的拓扑结构和电路配置。
根据设计需求和所选材料的特性，通过数学建模和仿真工具进行初步设计。
这包括使用CAD软件进行电气特性分析、磁场分布模拟和损耗计算等。
4. 优化设计通过仿真和分析，我们可以评估初步设计的性能指标和效率。
根据评估结果，进行设计的优化，以提高元件的效率和性能。
优化的方法包括改进电路拓扑、调整线圈参数和优化磁芯结构等。
5. 制造和测试在优化设计后，可以进行元件的制造和测试。
使用CAD软件生成元件的布局和尺寸信息，然后进行制造。
制造完成后，进行元件的功能和性能测试，以验证设计的准确性和可靠性。
6. 评估和改进在测试完成后，评估设计的结果和性能指标是否满足了需求。
根据评估结果，进行可能的改进和调整。
需要注意的是，在设计改进时，需要综合考虑元件的性能指标、成本和制造可行性等因素。
设计工具磁性元件的计算机设计主要依赖于CAD软件和仿真工具。
下面是一些常用的设计工具：1. Ansys MaxwellAnsys Maxwell是一款专业的电磁场仿真软件，能够模拟和分析不同尺寸和形状的磁性元件。
电路设计磁珠的选取
电路设计磁珠的选取磁珠是电路设计常用的材料零件，那么你对电路设计磁珠的选取要怎么选有兴趣吗?下面就由店铺为你带来电路设计磁珠的选取分析，希望你喜欢。
电路设计磁珠应用介绍需要消除不需要的EMI噪声时，使用贴片磁珠是最佳的选择。
1、磁珠的单位是欧姆，而不是亨特，这一点要特别注意。
因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。
磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如1000R 100MHz，意思就是在100MHz 频率的时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。
2、普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的，它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，所以这类滤波器又叫反射滤波器。
当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时，就会有一部分能量被反射回信号源，造成干扰电平的增强。
为解决这一弊病，可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套，利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗。
因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用，所以有时也称之为吸收滤波器。
不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。
通常磁导率越高，抑制的频率就越低。
此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。
网上某些大牛研究发现：在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。
但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。
EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能;抑制共模干扰时，将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。
磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。
可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合理使用它的抑制作用。
铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。
正激变换器磁性元件的设计
正激变换器磁性元件的设计第一部分：磁性元件的类型和基本原理变压器的基本原理是利用电磁感应的原理，在一个绕组中通过交流电产生的磁场感应到另一个绕组中，并将电能从输入端传递到输出端。
变压器的主要参数有变比、额定功率和损耗。
电感器也利用电磁感应的原理，但与变压器不同的是，电感器主要是利用自感效应而产生电能储存，并在需要时释放。
电感器的主要参数有电感值、电流能力和频率响应。
第二部分：正激变换器磁性元件的设计要求1.功率密度：功率密度指单位体积或单位重量的磁性元件所能承受的功率。
提高功率密度可以减小变压器和电感器的体积，同时保持其高效率和稳定性。
2.体积：正激变换器通常需要较小的体积，尤其在一些应用中，如手机充电器、电动汽车充电器等。
因此，设计磁性元件时需要追求尽可能小的体积。
3.效率：正激变换器的效率对于节能和降低损耗至关重要。
磁性元件的设计应该追求高效率，减小能量损耗，提高能量利用率。
4.成本：磁性元件的设计还要考虑成本因素。
在设计过程中，要找到平衡点，以确保磁性元件的性能符合要求，但同时又不引起过高的成本。
第三部分：磁性元件的具体设计步骤1.确定输入和输出电压/电流：根据具体应用需求，确定输入和输出的电压/电流。
2.计算变比或电感值：根据输入和输出的电压/电流，计算变比或电感值。
变比的计算可以根据功率守恒定律，通过功率关系计算得到；电感值的计算可以通过所需的电流和频率计算得到。
3.选择磁性材料：根据变比或电感值，选择合适的磁性材料。
常用的磁性材料有铁氧体、铁氧体软磁材料、铁氧体硬磁材料等。
选择合适的磁性材料可以提高变压器或电感器的性能。
4.计算磁路参数：根据选择的磁性材料，计算磁路参数。
磁路参数包括磁路长度、磁导率和横截面积等。
5.计算绕组匝数和线径：根据输入和输出的电压/电流、变比或电感值，计算变压器或电感器绕组的匝数和线径。
绕组的匝数和线径的选择直接影响磁性元件的性能和效率。
6.验算和优化：根据设计结果，进行验算和优化。
开关电源使用的磁性器件中磁芯的选用及设计
开关电源使用的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。
(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=KfNBSI×10-6T=hcPc+hWPW 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着减小。
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。
开关电源磁性元件磁心选择的计算
开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法1前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。
开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。
设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。
所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。
磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。
因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。
只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。
选取磁心的算法有多种，如查表法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。
而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。
2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。
几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。
从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。
其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。
2.2铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2。
1）EE型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。
缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2）ETD（EC）型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。
3）EI型特点：与EE相似。
适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。
4）U型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。
磁性功能材料的设计与制备
磁性功能材料的设计与制备磁性功能材料是具有特殊磁性性质的材料，广泛应用于电子、信息技术、医学等领域。
其设计与制备过程涉及多种技术和方法，能够通过合理的设计和精确的制备手段实现所需的功能。
本文将介绍磁性功能材料的设计原理、制备方法以及其在不同领域的应用。
一、磁性功能材料的设计原理磁性功能材料的设计原理基于磁性原子或离子之间的相互作用。
通过调控材料的结构、组成和微观结构等因素，可以实现不同的磁性性质。
常见的磁性功能材料包括铁磁材料、软磁材料和硬磁材料。
铁磁材料在外部磁场作用下具有较强的磁化能力，软磁材料具有低矫顽力和高磁导率，而硬磁材料具有较高的矫顽力和剩余磁感应强度。
二、磁性功能材料的制备方法1. 传统制备方法传统的制备方法包括化学还原法、溶液法、气相法等。
化学还原法通过还原剂将金属离子还原成金属纳米粒子，得到具有磁性的纳米材料。
溶液法主要通过控制溶液中温度、浓度和pH值等参数，使溶液中的原子或离子发生溶解、沉淀和生长等过程，形成磁性材料。
气相法则是利用化学气相沉积技术，在高温下使气体中的金属原子或离子在基底上沉积形成材料。
2. 先进制备方法随着科技的进步，磁性功能材料的制备方法也得到了不断改进和创新。
例如，磁控溅射制备法可以通过控制溅射能量和沉积条件，获得具有良好结晶和较高磁性的薄膜材料。
高能球磨法可以通过高能球磨机将粉末材料粉碎、混合和合成，得到具有纳米级尺寸和较高磁性的粉末材料。
此外，还有电沉积法、激光烧结法等各种新兴的制备方法，提高了磁性功能材料的纯度和性能。
三、磁性功能材料的应用1. 电子领域磁性功能材料在电子器件中起到重要作用。
例如，软磁材料被广泛用于变压器、感应器和电磁继电器等电力设备中，可以提高设备的能效和性能。
铁磁材料则常用于磁存储器件和传感器中，能够实现数据的存储和传输。
此外，磁性材料还可以应用于磁共振成像、磁导航和磁性传感器等领域。
2. 信息技术领域磁性功能材料在信息技术领域有着重要的应用。
开关电源磁性元件磁心选择的计算
开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP 值法1 前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。
开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。
设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。
所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。
磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。
因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。
只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。
选取磁心的算法有多种，如查表法[1] 、磁心结构常数法( Y 值法) [2] 等。
而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。
2 选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1 材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。
几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3] 粗略描述。
从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。
其中，尤以Mn-Zn 铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。
2.2 铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD ( EC)型、El型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2<1 ) EE 型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。
缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2 ) ETD (EC)型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。
3 )El 型特点：与EE 相似。
适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。
4 )U 型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。
磁放大器磁芯的选型与设计
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2)噴制帶材 控制關鍵:冷卻速率,厚度,均勻度.
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3)Core繞制 控制關鍵:帶材疊厚,緊密度,整齊度
自動卷繞 手工卷繞
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第二節 Magamp常用磁芯材料特性介紹
一.Magamp對core之性能要求 1.高的矩形比(Br/Bs),以減小高頻應用時的死角. Br/Bs > 0.95 2.較小的矯頑磁力Hc,以降低磁復位控制功率. 3.足夠高的Bs,即有足夠大的全磁通ψss,以獲得大的 控制範圍,既使負載在一個較大的動態範圍內變化時 也能實現穩定的輸出. Ψss=Ae*Bss 4.磁滯損耗要小,避免溫升過高.
4)電性測試 控制關鍵:矩形比,Hc,ψss.Pc
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5)退火處理 控制關鍵:溫度, 時間,外加磁場方 向與強度. Magamp熱處理外 加縱向磁場.
熱處理e select for magamp design
80000 0.96 3100 0.96 3000 0.95
由上可知:鈷基非晶有最小的損耗,但鐵基超微晶卻有很高的 飽和磁通密度,在同樣的輸出功率要求下,可獲得更小的體積.
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鈷基非晶與鐵基超微晶Bs & Br/Bs比較 (以VAC材料為例)
磁元件设计
第五章 磁元件设计一般电源工程师宁愿花很多时间进行电路设计，而不愿意设计一个磁元件。
设计磁元件要决定许多事情：磁芯材料，磁芯形状，导线类型等等。
而设计好的磁元件的参数对电路性能有怎样的影响，总不像电路设计那样心里有数。
当设计完成以后，还要在实验室检测性能。
即使性能获得通过，然后你还得确定设计的产品成本是否合理。
一般工程师对磁的有关问题感到困惑，为此，这一章将介绍磁的基础知识，并给你很多的磁元件设计的实际信息。
在磁元件设计和电路试验时，具有很强的物理概念是十分重要的。
本章在介绍材料之后，其余部分逐步介绍做好磁的设计，包括你的设计如何制造出来。
在文献中已详细介绍了磁元件设计。
这里只说明如何做好、怎么做、和具体磁设计的关键工程问题。
5.1 两个基本定律让我们从两个基本定律开始，所有的磁问题都服从这两个个基本定律：安培定律和电磁感应定律。
1．安培定律I 图5-1 安培定律 安培定律也称为安培环路定律或全电流定律。
参考图5-1,一个磁性均匀的环，在环的圆周上均匀绕N 匝线圈，平均圆周长为l ,线圈通过电流为I ，根据全电流定律，其磁场和电流关系为 （5-1） Hl IN =则在国际单位制（MKS ）中磁场强度 lIN H =r （A/m ） （5-2a ） 在实用单位制（CGS ）中磁场强度lIN H π4.0=r (Oe) （5-2b ） 在使用单位制(CGS )时，磁场强度为奥斯特（Oe ）,它与MKS 制关系为1(Oe)=π4.0102（A/m ） 从式（5-1）可见，电流增加磁场增加。
2. 电磁感应定律第二个定律是电磁感应定律。
它实际上包含两个定律：法拉第定律和楞次定律。
U A －面积 B －磁感应强度图5-2 变化的磁场产生感应电势 图5-2中一个N 匝线圈，包围面积A 。
如果包围的面积A 中的磁通（不管是自身线圈电流磁场，还是外加磁场）发生变化，那么在线圈的两端将产生一个电势，这个电势大小与线圈包围磁通链变化率的关系为 e dtBAN d dt d −==)(ψ 或dtdB NA U = (5-3) U －线圈端电压，dt d /ψ表示磁链的变化率。
电力电子电路常用磁芯元件的设计
电力电子电路常用磁芯元件的设计一、常用磁性材料的基本知识磁性元件可以说是电力电子电路中关键的元件之一，它对电力电子装置的体积、效率等有重要影响，因此，磁性元件的设计也是电力电子电路系统设计的重要环节。
磁性材料有很多种类，特性各异，不同的应用场合有不同的选择，以下是几种常用的磁性材料。
1．低碳钢低碳钢是一种最常见的磁性材料，这种材料电阻率很低，因此涡流损耗较大，实际应用时常制成硅钢片。
硅钢片是一种合金材料（通常由97%的铁和3%的硅组成），它具有很高的磁导率，并且每一薄片之间相互绝缘，使得材料的涡流损耗显著减小。
磁芯损耗取决于材料的厚度与硅含量，硅含量越高、电阻率越大。
这种材料大多应用于低频场合，工频磁性元件常用这种材料。
2．铁氧体随着工作频率的提高，对磁芯损耗的要求更高，硅钢片由于制造工艺的限制，已经很难满足这种要求，铁氧体就是在这种形势下出现的。
铁氧体是一种暗灰色或者黑色的陶瓷材料。
铁氧体的化合物是MeFe2O4，这里Me代表一种或几种二价的金属元素，例如，锰、锌、镍、钴、铜、铁或镁。
这些化合物在特定的温度范围内表现出良好的磁性能，但是如果超出某个温度值，磁性将失去，这个温度称为居里温度（T c）。
铁氧体材料非常容易磁化，并且具有相当高的电阻率。
这些材料不需要像硅钢片那样分层隔离就能用在高频的应用场合。
高频铁氧体磁性材料主要可分为两大类：锰锌（MnZn）铁氧体材料和镍锌（NiZn）铁氧体材料。
比较而言，NiZn材料的电阻率较高，一般认为在高频应用场合下具有较低的涡流损耗。
但是最近的研究表明，如果颗粒的尺寸足够小而且均匀，在几兆赫兹范围内MnZn材料显示出较NiZn材料更为优越的特性，例如，TDK公司的H7F材料以及MAGNETICS公司的K材料就是采用这种技术，适用于兆赫兹工作频率下工作的新型铁氧体材料。
3．粉芯材料粉芯材料是将一些合金原料研磨成精细的粉末状颗粒，然后在这些颗粒的表面覆盖上一层绝缘物质（它用来控制气隙的尺寸，并且降低涡流损耗），最后这些粉末在高压下形成各种磁芯形状。
第四讲：磁性元件的设计
铁氧体铁芯在通信电源和开关电源中应用十分广泛， 其结构形式多种多样，需要根据应用场合进行相应的 选择。
没有气隙，散磁少但容易饱和； 结构简单，不需要骨架，适合自己绕制； 窗口宽，散热条件好！ 矩形截面，不适合粗导线绕线！ 线圈均匀绕在铁芯上，最适合做电感！
4、第Ⅲ类工作状态
• 励磁电流单方向流动。 • 励磁电流的交流分量很小， 铁耗很小，主要是铜耗。 • 励磁电流的直流分量很大， 为了避免铁芯饱和，需要添 加气隙。
B B1
B
Bs Br
H1
H2
H
四、常用的铁芯材料
1、冷压硅钢带 • Bs很大，约为0.6~1.9T
• 工作频率不高于1kHz， 适用于电力变压器和交 流电感。
B Bm
A1
N匝
Br 0
H
i
Hl i N
t0 Bm 0 Br
d dB UN NA dt dt
QM Uidt
Bm Bm dB Hl NA dt AlHdB V HdB VA1 Br Br dt N
若为线性磁路，则可视为线性电感。
1 1 1 1 2 2 1 2 2 QM AV HBm Al NIm ( NI ) m I N m LI 1 2 2 2 2 2
4、铁镍软磁合金（坡莫合金）
相对磁导率极高，一般在20000以上； 极低的矫顽力，磁滞回线很窄，磁滞损耗很小； 矩形比Br/Bm很高，适合做变压器； 温度稳定好，但是价格较高； 电阻率非常低，涡流损耗大，适合几kHz的场 合；为了减小涡流损耗，一般碾压成带料。 超级坡莫合金IJ851可以工作于100kHz，其铁耗 小于铁氧体。
电力电子电路常用磁芯元件的设计
电力电子电路常用磁芯元件的设计一、常用磁性材料的基本知识磁性元件可以说是电力电子电路中关键的元件之一，它对电力电子装置的体积、效率等有重要影响，因此，磁性元件的设计也是电力电子电路系统设计的重要环节。
磁性材料有很多种类，特性各异，不同的应用场合有不同的选择，以下是几种常用的磁性材料。
1．低碳钢低碳钢是一种最常见的磁性材料，这种材料电阻率很低，因此涡流损耗较大，实际应用时常制成硅钢片。
硅钢片是一种合金材料（通常由97%的铁和3%的硅组成），它具有很高的磁导率，并且每一薄片之间相互绝缘，使得材料的涡流损耗显著减小。
磁芯损耗取决于材料的厚度与硅含量，硅含量越高、电阻率越大。
这种材料大多应用于低频场合，工频磁性元件常用这种材料。
2．铁氧体随着工作频率的提高，对磁芯损耗的要求更高，硅钢片由于制造工艺的限制，已经很难满足这种要求，铁氧体就是在这种形势下出现的。
铁氧体是一种暗灰色或者黑色的陶瓷材料。
铁氧体的化合物是MeFe2O4，这里Me代表一种或几种二价的金属元素，例如，锰、锌、镍、钴、铜、铁或镁。
这些化合物在特定的温度范围内表现出良好的磁性能，但是如果超出某个温度值，磁性将失去，这个温度称为居里温度（T c）。
铁氧体材料非常容易磁化，并且具有相当高的电阻率。
这些材料不需要像硅钢片那样分层隔离就能用在高频的应用场合。
高频铁氧体磁性材料主要可分为两大类：锰锌（MnZn）铁氧体材料和镍锌（NiZn）铁氧体材料。
比较而言，NiZn材料的电阻率较高，一般认为在高频应用场合下具有较低的涡流损耗。
但是最近的研究表明，如果颗粒的尺寸足够小而且均匀，在几兆赫兹范围内MnZn材料显示出较NiZn材料更为优越的特性，例如，TDK公司的H7F材料以及MAGNETICS公司的K材料就是采用这种技术，适用于兆赫兹工作频率下工作的新型铁氧体材料。
3．粉芯材料粉芯材料是将一些合金原料研磨成精细的粉末状颗粒，然后在这些颗粒的表面覆盖上一层绝缘物质（它用来控制气隙的尺寸，并且降低涡流损耗），最后这些粉末在高压下形成各种磁芯形状。
如何选择和设计磁性元件
设计变压器注意问题
设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应 达到饱和，以免在大信号时产生失真。 在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流 和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造 成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应 考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信 号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏 感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容 和电感。用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部。采用 这种工艺可将音频噪声降低5dB。 知道了高频变压器的设计， 你是不是对对其它变压器 也有兴趣呢？
2019/3/11
设计高频变压器原则
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电 源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料， 它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁 导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电 流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定 功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低， 磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流 小，铁耗小。 铁氧体材料是复合氧化物烧结体， 电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小， 常使用在开关电源中。
2019/3/11
变压器设计参数
计算变压器磁芯的公式： Ae· Ac=((0.68Pout· D)*10-1)/(f· Bmax) 单 位为cm4 这里的，D=1.27*106/d 次参数一般由 漆包线厂家给出，圆密耳每安培。
2019/3/11
铁氧体材料说明
铁氧体生产厂家： 1）国内：南京新康达、北京798厂、西安三 联、南京金宁； 2）国外：日本TDK、德国SIMENS、美国 FERPOCUBE； 铁氧体化学分子为MFe2O4，这里的M代表： 锰、镍、锌、铜等二价金属离子
电源磁性元件设计概要剖析
小到零，此时的磁场强度称为矫顽力Hc。
2.器件主要参数--磁材
4. 起始磁导率μi、振幅磁导率μa、增量磁导率μD和有效磁导率μe
2.器件主要参数--磁材
磁导率定义为磁感应强度B与磁场强度H的比值
μ=B/μ0H μi ---当交流磁场的振幅趋近于零时所得到的磁导率称为起始磁导率； μa---如果交变磁场的振幅比较大，所得到的磁导率称为振幅磁导率(变压器的 工作状态) ；
MnZn的工作频率远低于NiZn。
2.器件主要参数--磁材
磁场与磁感应强度的换算公式 磁场： 1奥斯特(Oe)=79.577A/m≈80A/m
磁感应强度 1特斯拉(T)=1韦伯/米2 (1Wb/m2)=104高斯(Gauss) 1mT=10Gauss
磁性材料的分类
软磁材料
金属
• 3%-4.5%硅 钢片 • 铁镍合金 • 纯铁
3.器件分类
3.器件选用指导---浸漆讨论
浸漆的作用
浸漆作用是“三防一降”，即防尘、防腐、防潮，降低噪音，主要 用的是环氧树脂漆
元件须浸漆或不需要浸漆
在交变磁场较大的条件下，需要浸漆 例如---输入差模电感器、谐振电感器、PFC电感器等需要浸漆 主要目的是防止器件绕组线匝间短路与噪声问题
3.器件选用指导---变压器
通过f 厂家资料了解材料的工作频率范围。
9.直流偏置
2.器件主要参数--磁材
2.器件主要参数--磁材
10. 铁氧体类电阻率 铁氧体材料是半导体(晶体颗粒间有一层绝缘层)， MnZn材质的直流电阻率为0.1~10Ω.m， NiZn材质的直流电阻率为104~106Ω.m； 电阻率是温度、工作频率的函数， 温度越高，电阻率越低； 工作频率越高，电阻率越低， 达到一定频率时，晶体间的绝缘层由于其高频电容而被击穿。
新型半导体材料的磁性与磁性器件设计
新型半导体材料的磁性与磁性器件设计新型半导体材料的磁性与磁性器件设计磁性材料在电子器件中广泛应用，尤其在存储器件和传感器领域。
传统上，金属磁性材料如铁、镍和钴被广泛使用。
然而，随着科学技术的发展，新型半导体材料的磁性也引起了研究人员的兴趣。
这些新型半导体材料具有磁性，同时还具有半导体的特性，通过调控其磁性行为可以实现更高性能的磁性器件设计。
一种新型半导体材料是磁半导体，它具有半导体的带隙结构和磁性的自旋结构。
磁半导体材料可以通过调控自旋极化和自旋输运来实现磁性器件的设计。
磁半导体材料的磁性可以通过控制外加磁场、温度和光照等方式来调控。
通过调控这些参数，可以实现磁性器件的磁场传感器、磁存储器和磁逻辑设备等应用。
磁半导体材料的磁性还可以通过控制自旋极化来实现自旋电子学器件的设计。
另一种新型半导体材料是拓扑绝缘体。
拓扑绝缘体是一种特殊的半导体材料，具有在体内存在的拓扑保护的边界态。
这些边界态具有特殊的自旋结构，可以实现磁性器件的设计。
通过引入磁场或控制外加电场，可以调控拓扑绝缘体的磁性行为，实现磁存储器、自旋电子学器件和拓扑量子计算等应用。
此外，还有其他一些新型半导体材料具有磁性。
例如，石墨烯和二维材料的组合可以实现磁性行为。
通过控制石墨烯层的旋转角度或通过引入杂质，可以调控石墨烯的磁性行为，实现磁性器件的设计。
石墨烯和二维材料的磁性还可以通过控制外加电场来实现。
在新型半导体材料的磁性器件设计中，除了材料选择外，还需要考虑器件的结构和工艺。
例如，磁存储器件需要设计合适的磁性层和隔离层的结构，以实现高密度的数据存储。
磁场传感器需要设计合适的结构和敏感层，以实现高灵敏度和低功耗。
自旋电子学器件需要设计合适的自旋注入和检测结构，以实现高效的自旋转换。
拓扑绝缘体器件需要设计合适的拓扑保护边界态结构，以实现高稳定性和低噪声。
总之，新型半导体材料的磁性与磁性器件设计是一个充满挑战和机遇的领域。
通过合理选择和优化材料、结构和工艺，可以实现高性能、低功耗的磁性器件。
磁环的参数及选型
磁环的参数及选型磁环是一种常用的磁性元件，广泛应用于电子电路和电磁设备中。
本文将从磁环的参数和选型两个方面进行介绍。
一、磁环的参数磁环的参数是选择合适磁环的关键，主要包括材料、尺寸和磁性能。
1. 材料常见的磁环材料有铁氧体、硅钢和铁氧体硅钢混合材料等。
铁氧体磁环具有高磁导率、低磁损耗和良好的磁饱和特性，适用于高频应用；硅钢磁环具有低磁滞损耗、高饱和磁感应强度和低磁导率，适用于低频应用；铁氧体硅钢混合材料综合了两者的优点，适用于中频应用。
2. 尺寸尺寸是磁环的重要参数，决定了其磁性能和适用范围。
磁环的尺寸包括外径、内径、高度和截面形状等。
在选型时，需要根据具体应用场景的电流、磁感应强度和频率要求等因素，选择合适的磁环尺寸。
3. 磁性能磁性能是衡量磁环性能的指标，主要包括磁导率、矫顽力和磁滞损耗等。
磁导率是磁环导磁能力的度量，数值越大表示磁性能越好；矫顽力是磁环去磁化所需的磁场强度，数值越大表示磁环的磁饱和特性越好；磁滞损耗是磁环在磁化和去磁化过程中的能量损耗，数值越小表示磁环的能效越高。
二、磁环的选型在进行磁环选型时，需要根据具体应用需求和制约条件进行综合考虑。
1. 频率不同频率下，磁环的磁性能表现不同。
一般来说，高频应用更适合选择磁导率高的铁氧体磁环，而低频应用更适合选择磁导率低的硅钢磁环。
对于中频应用，可以考虑铁氧体硅钢混合磁环。
2. 磁感应强度磁感应强度是衡量磁环性能的重要参数，通常表示为磁场强度与磁环截面积的比值。
在选型时，需要根据具体应用场景对磁感应强度的要求进行选择，以保证磁环能够满足工作条件下的磁场需求。
3. 温度磁环的工作温度对其性能和寿命有着重要影响。
在选型时，需要考虑磁环材料的热稳定性和热导率，以避免在高温环境下导致磁性能下降或热失控。
4. 成本磁环的成本也是选型的重要考虑因素。
不同材料、尺寸和磁性能的磁环价格差异较大，需要根据项目预算和性能要求进行综合考虑，找到性价比最高的磁环选择。
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2018/10/16
变压器设计参数
设计变压器时，有两个重要参数，一个是窗口面积， 它必须保证能够使导线绕满，并且损耗最小。第二个 参数是磁芯的功率输出能力。这两个参数的直接关系 式为： Pout=(1.16*Bmax· f· d· Ae· Ac)*10-5 公式中，Pout：磁芯的输出功率，W； Bmax：最大磁通密度，T； f ：变压器的工作频率,Hz； d：导线的载流密度，A/m2 Ae：磁芯的有效截面积，cm2； Ac：磁芯的窗口面积，cm2
2018/10/16
磁滞回线
每种磁性材料被磁化时，都会有一种S形 的曲线，称之为磁滞回线。
2018/10/16
磁滞回线说明
上图的磁滞回线一些关键点很重要，其定义为： Bmax：最大磁通密度； Hmax：最大磁场强度； Bres：磁场强度为0时的剩余磁通； He：矫顽磁力，或称把剩余磁感应强 度减少到 0的反向磁场。 从上图B-H曲线可见，Bmax是Hmax达到了定值的点， 在此点，即使磁场强度再增加，Bmax也不再增加了，这 点的磁感应强度的值称为磁饱和强度，用Bsat表示。 如果在磁芯中开一个气隙这个的Bsat要比不开气隙的 Bsat小的多，这也就使磁芯不容易饱和了，如下图所示。
2018/10/16
设计高频变压器原则
设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电 源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料， 它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁 导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电 流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定 功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低， 磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流 小，铁耗小。 铁氧体材料是复合氧化物烧结体， 电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小， 常使用在开关电源中。
设计变压器注意问题
设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应 达到饱和，以免在大信号时产生失真。 在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流 和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造 成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应 考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信 号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏 感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容 和电感。用玻璃珠胶合剂粘接的高频变压器内部。采用 这种工艺可将音频噪声降低5dB。 知道了高频变压器的设计， 你是不是对对其它变压器 也有兴趣呢？
2018/10/16
变压器的基本原理说明
一般情况下，高频变压器输出电压的大小与变压器的匝数 成正比，输出电流的大小与变压器的匝数成反比，并由下 式决定： Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip 公式中，Np：变压器初级线圈Lp的匝数； Ns：变压器次级线圈Ls的匝数； Vp：加在变压器初级的电压，V； Vs：在变压器次级产生的电压，V。 变压器按照其次级绕组输出的电压是高于其输入电压 还是低于其输入电压而分为升压变压器和降压变压器，有 的变压器输出有很多绕组，
2018/10/16
设计要点2
高频变压器的交流损耗是由高频电流 的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频 电流通过导线时总是趋向于从表面流过， 这会使导线的有效流通面积减小，并使导 线的交流等效阻抗远高于铜电阻。高频电 流对导体的穿透能力与开关频率的平方根 成反比，为减小交流铜阻抗，导线半径不 得超过高频电流可达深度的2倍。可供选 用的导线线径与开关频率的关系曲线如图 1所示。
Hale Waihona Puke 2018/10/16磁芯的机构和选用
磁芯的使用一定要一定的居里温度以内， 需用是要注意磁芯的结构、脆度、硬度、 稳定度、导磁率及磁感应强度。在设计时， 工作频率和噪声干扰应十分注意。在强磁 场力的作用下，磁性材料会发生收缩和膨 胀，很可能出现共振。因而要注意PCB板 的固定。 主要说明见课本21页。
2018/10/16
电源高频变压器的设计方法
设计高频变压器是电源设计过程中的难点，下面以反馈式电流不 连续电源高频变压器为例， 介绍一种电源高频变压器的设计方法。 设计目标： 电源输入交流电压在180V~260V之间，频率为50Hz，输出电 压为直流5V、14A，功率为70W，电源工作频率为30KHz。 设计步骤： 1、计算高频变压器初级峰值电流Ipp 2、求最小工作周期系数Dmin 3、计算高频变压器的初级电感值Lp 4、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。 5、计算空气间隙长度Lg 6、计算变压器初级线圈Np 7、计算变压器次级线圈Ns
2018/10/16
变压器的重要参数
为确保变压器在磁化曲线的线形区工作，可用下式计算 最大磁通密度Bmax： Bmax=（Vp）104/Kf*Np*Ae 公式中，Vp：加在变压器初级的电压，V； f：变压器的工作频率，Hz； Np：变压器初级线圈匝数； Ae：磁芯的有效截面积，cm2； K：正弦波4.44，矩形波4.0； 由上公式可得到初级线圈计算公式： Np= （Vp）104/Kf*Bmax*Ae
2018/10/16
基本磁学术语
磁场强度： 在任何磁介质中，磁场中某点的磁感 应强度B与同一点的磁导率μ的比值称为该 点的磁场强度H ，即：H=B/μ。方向与磁 力线在该点处的切线方向一致,单位：安/ 米（A/m） 注意事项：磁场强度H与磁感应强度B 的名称很相似，切忌混淆。H 是为计算的 方便引入的物理量。
2018/10/16
变压器设计参数
计算变压器磁芯的公式： Ae· Ac=((0.68Pout· D)*10-1)/(f· Bmax) 单 位为cm4 这里的，D=1.27*106/d 次参数一般由 漆包线厂家给出，圆密耳每安培。
2018/10/16
铁氧体材料说明
铁氧体生产厂家： 1）国内：南京新康达、北京798厂、西安三 联、南京金宁； 2）国外：日本TDK、德国SIMENS、美国 FERPOCUBE； 铁氧体化学分子为MFe2O4，这里的M代表： 锰、镍、锌、铜等二价金属离子
2018/10/16
铁氧体材料的特征
磁性是通过烧结这些金属化合物的混合 物而制造出来的； 特点：电阻率远大于金属磁性材料，这 也就抑制了涡流的产生，所以可用在高 频领域；
2018/10/16
铁氧体材料主要的两种区分
低磁新损耗的LP（主要用在开关电源、DC-DC主变压器、输出 平滑扼流圈）按频率范围可分为： LP2:20~150KHZ 中低频段 LP3:100~500KHZ 中高频段（目前应用最广泛） LP4:500~1000KHZ 超高频段（为适应开关电源超高频的趋势而开 发的） 这类磁性材料主要在80~100度时，损耗承负温度系数，因而可抑 制变压器的温升。 高磁导率的HP（用于宽带变压器、脉冲变压器和电源噪声滤波 等小电流线性领域），按磁导率和损耗范围分： HP1和HP2：对损耗和高频特性要求较高； HP3: 对器件体积和电感量要求较高的。
2018/10/16
高频变压器磁芯的选择
高频变压器的设计通常采用两种方法[3]： 第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯 有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae， 称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出 所需磁性材料之编号；第二种是先求出几 何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。
2018/10/16
基本磁学术语
磁通量： 垂直于某一面积所通过的磁力线的多 少叫做磁通量或磁通，用ф表示,ф=BS，单 位韦伯（Wb）。 如果磁感应强度为B，某平面的面积 为S，该平面与磁感应强度的方向间的夹 角为θ，那么该平面的磁通量为ф=BSsinθ。
2018/10/16
基本磁学术语
磁场：（国际电工委员会IEC的定义）电 磁场的组成部分，采用磁场强度H和磁通 密度B表示其特征。（我国国家标准定义） 磁场是一种场，其特征可在场内运动着的 带电粒子所受的力来确定，这种力源于粒 子的运动及其所带电荷。
2018/10/16
一般简易计算Ae值的方法
一般常用的公式为： Ae=K*√ Pt 这里的K及Pt的对应关系： Pt K 5~10 0.2~0.175 10~50 0.175~0.15 50~100 0.15~0.135 100~500 0.135~0.125 500~1000 0.125~0.1
2018/10/16
电源技术对变压器的要求
电源技术对变压器的要求，像所有作为商 品的产品一样，是在具体使用条件下完成 具体的功能中追求性能价格比最好。有时 可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率 和性能。现在，轻、薄、短、小成为电子 变压器的发展方向，是强调降低成本。从 总的要求出发，可以对变压器得出四项具 体要求：使用条件，完成功能，提高效率， 降低成本。
2018/10/16
设计高频变压器归纳
减小初级绕组的匝数NP； 增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以 增加骨架宽度b）； 增加绕组的高、宽比； 减小各绕组之间的绝缘层； 增加绕组之间的耦合程度。
2018/10/16
高频电源变压器设计总结
以设计原则为出发点，可以对高频电 源变压器提出4项设计要求：使用条件， 完成功能，提高效率，降低成本。 总之，千万记住：高频电源变压 器是一种产品（即商品），设计原则是 在具体的使用条件下完成具体的功能中 追求性能价格比最好。检验设计的唯一 标准是设计出的产品能否经受住市场的 考验。
2018/10/16
带气隙的磁回线图
2018/10/16
变压器的基本原理
2018/10/16
变压器的基本原理说明
如上图所示，当电流流过绕在磁芯上
的线圈时，在磁芯内会产生磁通，如 果电流是周期性的变化，并且在磁芯 上还绕着第二个线圈（也成为次级绕 组），那么会在第二个线圈上感应出 电压和电流。