高频磁性元件与磁性材料

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电气设备的材料选择与性能研究

电气设备的材料选择与性能研究

电气设备的材料选择与性能研究在现代社会中,电气设备的应用无处不在,从家庭中的电器到工业生产中的大型设备,它们的正常运行都依赖于合适的材料选择和优异的性能表现。

电气设备的材料不仅影响着设备的性能、可靠性和安全性,还在很大程度上决定了设备的成本和使用寿命。

因此,深入研究电气设备的材料选择与性能,对于提高电气设备的质量和性能具有重要的意义。

一、电气设备中常用的材料1、导电材料在电气设备中,导电材料是实现电能传输和分配的关键。

常见的导电材料包括铜、铝、银等金属。

铜具有良好的导电性和导热性,机械强度高,是电气设备中最常用的导电材料之一。

铝的导电性略逊于铜,但密度小、价格相对较低,在一些对重量和成本要求较高的场合也得到了广泛应用。

银的导电性最好,但由于价格昂贵,一般只在特殊要求的高精密电气设备中使用。

2、绝缘材料绝缘材料用于隔离带电部件,防止电流泄漏和短路。

常见的绝缘材料有陶瓷、塑料、橡胶和云母等。

陶瓷具有良好的耐高温和绝缘性能,常用于高压电气设备中。

塑料如聚乙烯、聚苯乙烯等具有重量轻、加工方便等优点,广泛应用于低压电气设备中。

橡胶具有良好的弹性和柔韧性,常用于电线电缆的绝缘层。

云母具有极高的绝缘性能和耐高温性能,常用于高温和高压的电气设备中。

3、磁性材料磁性材料在变压器、电机等电气设备中起着重要的作用。

常见的磁性材料有硅钢片、铁氧体等。

硅钢片具有高磁导率和低磁滞损耗,适用于制作变压器的铁芯。

铁氧体具有较高的电阻率和良好的磁性能,常用于高频磁性元件中。

二、材料选择的考虑因素1、电气性能材料的电气性能是选择的首要考虑因素。

导电材料应具有低电阻、高导电性,以减少电能损耗。

绝缘材料应具有高绝缘电阻、高击穿强度,以确保电气设备的安全运行。

磁性材料应具有高磁导率、低磁滞损耗,以提高电气设备的效率。

2、机械性能电气设备在运行过程中会受到各种机械力的作用,因此材料应具有足够的机械强度、硬度和韧性。

例如,电线电缆需要具有一定的抗拉强度和柔韧性,以防止在安装和使用过程中断裂。

高频磁环做变压器

高频磁环做变压器

高频磁环做变压器高频磁环做变压器在现代电子技术领域中已经越来越受到关注。

高频磁环变压器以其独特的优势,在不同行业中都有着广泛的应用。

本文将介绍高频磁环的概述、设计要点、应用领域、优缺点以及市场前景。

一、高频磁环概述高频磁环,又称高频磁性元件,是一种采用高品质磁性材料制成的环形磁芯。

在高频条件下,它能有效地抑制电磁干扰,提高信号传输质量。

高频磁环广泛应用于通信、计算机、家电等领域。

二、高频磁环变压器的设计要点1.选用高品质磁性材料:高频磁环变压器的核心材料选择至关重要,高品质的磁性材料可以有效降低损耗,提高变压器的工作效率。

2.合理设计磁环尺寸:根据应用场景和需求,合理规划磁环的直径、厚度以及磁路长度,以实现最佳的电磁兼容性能。

3.匹配电感与电容:在高频条件下,电感与电容的匹配程度直接影响变压器的性能。

设计时应注意调整电感量与电容量,使高频信号能够顺利通过。

4.考虑散热性能:高频磁环变压器在工作过程中会产生较大热量,因此需要考虑散热问题,以保证变压器的稳定工作。

三、高频磁环变压器的应用领域1.通信设备:高频磁环变压器在通信设备中有着广泛应用,如光纤通信、无线通信等。

2.计算机及周边设备:如主板、显卡、USB接口等,高频磁环变压器可以有效降低电磁干扰,提高设备稳定性。

3.家电产品:如变频空调、电磁炉等家电产品中,高频磁环变压器有助于提高产品性能。

4.工业控制:在工业生产领域,高频磁环变压器有助于提高控制系统的稳定性和可靠性。

四、高频磁环变压器的优缺点优点:1.高效抑制电磁干扰:高频磁环变压器具有较高的磁导率,能有效抑制高频干扰信号。

2.体积小、重量轻:采用高品质磁性材料制作,具有较小的体积和重量,便于安装和携带。

3.可靠性高:高频磁环变压器结构简单,易于批量生产,可靠性较高。

缺点:1.成本较高:采用高品质磁性材料制作,成本相对较高。

2.磁环材料限制:目前高频磁环材料主要为铁氧体,磁性能有一定局限。

五、高频磁环变压器的市场前景随着科技的不断发展,高频磁环变压器的应用领域不断拓宽。

高频磁芯材料

高频磁芯材料

高频磁芯材料一、引言高频磁芯材料是电子元器件中的重要组成部分,广泛应用于通信、计算机、医疗、军事等领域。

它们具有高磁导率、低损耗、稳定性好等特点,能够有效提高电路的工作效率和性能。

二、高频磁芯材料的分类1. 粉末冶金磁性材料粉末冶金磁性材料是由铁素体和氧化物等粉末混合制成的,具有高饱和感应强度和低损耗等特点。

常见的粉末冶金磁性材料有铝镍钴铁氧体(AlNiCo)、钕铁硼(NdFeB)等。

2. 氧化物陶瓷材料氧化物陶瓷材料是由氧化物粉末经过成型、压制和烧结等工艺制成的,具有高饱和感应强度、稳定性好等特点。

常见的氧化物陶瓷材料有锰锌铁氧体(MnZn)、镍锌铁氧体(NiZn)等。

3. 碳酸盐陶瓷材料碳酸盐陶瓷材料是由碳酸盐和氧化物等原料经过混合、成型、烧结等工艺制成的,具有高饱和感应强度、低损耗等特点。

常见的碳酸盐陶瓷材料有钙铁镁锰碳酸盐(CaFeMgMnCO3)等。

三、高频磁芯材料的性能指标1. 饱和感应强度饱和感应强度是指在给定的磁场下,磁芯材料所能达到的最大磁通密度。

它是衡量磁芯材料性能优劣的重要指标之一。

2. 矫顽力矫顽力是指在给定的外加磁场下,使材料中原本无规则排列的自由电子转变为有序排列,形成一定大小的磁畴所需施加的外加场强。

它是衡量磁芯材料抵抗外界干扰能力的重要指标之一。

3. 损耗损耗是指在交变电场或交变磁场作用下,由于分子内部摩擦、涡流等原因导致的能量损失。

它是衡量磁芯材料能否有效地传递信号的重要指标之一。

四、高频磁芯材料的应用1. 通信领域高频磁芯材料在通信领域中广泛应用于滤波器、隔离器、耦合器等电路中,能够有效阻止不同频率信号之间的相互干扰,保证通信质量。

2. 计算机领域高频磁芯材料在计算机领域中广泛应用于存储器、微处理器等电路中,能够有效提高数据传输速度和计算效率。

3. 医疗领域高频磁芯材料在医疗领域中广泛应用于医学成像设备中,如核磁共振成像(MRI)等。

它们具有高饱和感应强度和低损耗等特点,能够提供清晰的图像,并且不会对人体产生辐射危害。

磁芯材料的介绍

磁芯材料的介绍

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。

提高开关电源的工作频率,会使哪些元件体积减小?会使电路中什么损耗增加?

提高开关电源的工作频率,会使哪些元件体积减小?会使电路中什么损耗增加?

提高开关电源的工作频率,会使哪些元件体积减小?
会使电路中什么损耗增加?
提高开关电源的工作频率会使得以下元件的尺寸减小:
1.开关器件:例如MOSFET、IGBT等,随着工作频率的增加,
开关器件可以采用更小尺寸的器件。

更高的开关频率能提
供更快的开关速度,因此可以采用能够支持更高频率操作
的小型器件。

2.电感器:在开关电源中,电感器通常用于能量储存和滤波。

随着工作频率的提高,需要的电感器值相应减小,从而可
以使用更小尺寸的电感器。

3.电容器:电容器在开关电源中用于能量存储和滤波,类似
于电感器。

高频操作下,电容器的数值可以减小,并且可
以使用更小的尺寸。

然而,提高开关电源的工作频率也会导致一些损耗增加:
1.开关器件损耗:随着频率增加,开关器件的开关功耗也会
增加。

这是因为开关器件在频繁地进行开关操作时会产生
额外的开关损耗,这会导致开关器件的发热增加。

2.开关损耗:高频操作下,开关器件的切换频率增加,导致
开关过渡过程中的开关损耗增加。

这是由于开关器件的导
通和关断过程中会出现较大的开关损耗。

3.磁性元件损耗:例如电感器和变压器等磁性元件在高频操
作时,由于高频穿越磁性材料时会产生更多的涡流损耗和
磁芯损耗,从而损耗增加。

因此,在设计高频开关电源时,需要综合考虑元件尺寸的优化与损耗的增加,并进行适当的热管理来提高系统效率和稳定性。

磁性材料结构及性能研究

磁性材料结构及性能研究

磁性材料结构及性能研究磁性材料是指具有磁性的材料,是一类具有重要应用价值的材料。

磁性材料广泛应用于电子、磁记录、电动机、传感器等领域,是制造电器设备和精密仪器的重要材料。

因此,对于磁性材料结构及性能的研究具有重要的意义。

一、磁性材料的分类磁性材料分为软磁性材料和硬磁性材料。

软磁性材料具有较高的磁导率和低的剩磁,能够迅速转换成磁化状态,并在去磁化后迅速恢复到无磁化状态。

软磁性材料广泛应用于电流变传感器、变压器、感应电机等电子设备中。

硬磁性材料具有较高的矫顽力和剩磁,能够较长时间地保持磁化状态。

硬磁性材料广泛应用于磁记录、电动机、传感器等领域。

二、磁性材料的结构磁性材料的结构与其磁性有密切关系。

晶体结构、化学成分和磁化机构都会影响磁性材料的磁性。

晶体结构是指材料内部原子的排列方式。

晶体结构中存在的缺陷、晶粒大小、晶体取向等因素都会影响磁性材料的磁性。

例如,Fe的成分可以使磁性材料具有高的矫顽力和饱和磁感应强度。

钕铁硼则具有高的矫顽力和较高的饱和磁感应强度。

化学成分是指磁性材料中的元素组成。

在磁性材料中,Fe、Co、Ni、Sm等元素都具有磁性。

选择不同的化学成分,可以制造不同性能的磁性材料。

磁化机构是指磁性材料中原子、离子、电子的磁矩相互作用。

磁化机构与磁性材料的磁性关系密切。

磁性材料的磁性状态可以通过磁矩的相互作用来解释。

三、磁性材料的性能磁性材料的性能包括矫顽力、磁导率、饱和磁感应强度、剩磁等。

不同的磁性材料性能有很大的差异。

矫顽力是指物质在外力作用下保持磁性状态的能力。

磁性材料的矫顽力越高,表明其在一个强磁场里获得稳定的磁性状态的能力越强。

磁导率是指各向同性磁性材料内的磁通密度与磁场强度的比值,用来描述其对磁场的反应能力。

饱和磁感应强度是指磁性材料在饱和磁化状态下的磁感应强度。

饱和磁感应强度越高,表明磁性材料在饱和磁化状态下所能产生的磁场越强。

剩磁是指磁场移除后磁性材料中剩余的磁感应强度。

从这个方面看,磁性材料剩磁越高,它保留磁性状态的能力越强。

开关电源中的高频磁元件的设计

开关电源中的高频磁元件的设计
开关电源中的高频磁元件 的设计
• 开关电源概述 • 高频磁元件在开关电源中的作用 • 高频磁元件的设计 • 高频磁元件的制造工艺 • 高频磁元件的应用实例 • 高频磁元件的发展趋势与展望
01
开关电源概述
开关电源的定义与特点
定义
开关电源是一种将电能进行转换 的装置,通过控制开关管的工作 状态,将电能进行升压或降压, 并输出稳定的直流电压。
应用实例三
总结词
LED照明电源中的高频磁元件需要满足低成 本、小型化、高效能等要求。
详细描述
LED照明电源中的高频磁元件主要用于实现 LED灯的驱动和控制,需要满足低成本、小 型化、高效能等要求。同时,由于LED灯的 发光原理和特性,高频磁元件还需要具有良 好的恒流性能和较小的体积,以保证LED灯 的稳定性和寿命。在具体设计时,需要考虑 磁元件的磁性能、热性能、电气性能等多个 方面,以满足LED照明电源的需求。
组装工艺
采用合适的组装工艺,确保各元件位置准 确、固定可靠,同时保持整体结构紧凑、 散热性能良好。
绝缘处理
采用合适的绝缘材料和工艺,确保线圈的 绝缘性能可靠,防止短路和漏电事故的发 生。
制造工艺中的质量控制
严格控制原材料的质量,确保 所选材料符合设计要求和相关 标准。
加强绕线、绝缘处理、组装等 关键工艺环节的质量控制,提 高产品的合格率和稳定性。
06
高频磁元件的发展趋势与展望
发展趋势
高频化
01随着电力电子技术ຫໍສະໝຸດ 进步,开关电源的工作频率不断提高,高
频磁元件的需求越来越大。
小型化
02
随着电子设备的便携化和轻量化,高频磁元件的设计需要更加
紧凑和轻便。
高效化
03

磁芯材料的介绍

磁芯材料的介绍

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。

高频铁氧体磁芯

高频铁氧体磁芯

高频铁氧体磁芯
摘要:
1.高频铁氧体磁芯的概述
2.高频铁氧体磁芯的特点
3.高频铁氧体磁芯的应用领域
4.高频铁氧体磁芯的发展前景
正文:
一、高频铁氧体磁芯的概述
高频铁氧体磁芯是一种具有良好磁性能的磁性材料,它主要由铁氧体粉末和粘结剂组成。

铁氧体磁芯具有高磁导率、低损耗和较小的体积等优点,因此在电子元器件领域中具有广泛的应用。

二、高频铁氧体磁芯的特点
1.高磁导率:高频铁氧体磁芯具有较高的磁导率,能够有效地降低磁性元件的损耗,提高电路的工作效率。

2.低损耗:高频铁氧体磁芯在高频率下具有较低的损耗,可以减少元器件的发热,提高设备的稳定性和可靠性。

3.良好的温度稳定性:高频铁氧体磁芯在温度范围内具有较好的稳定性,能够在较宽的温度范围内保持良好的磁性能。

4.较小的体积:高频铁氧体磁芯具有较小的体积,可以实现电子设备的小型化和轻量化。

三、高频铁氧体磁芯的应用领域
1.电子变压器:高频铁氧体磁芯广泛应用于各类电子变压器中,如开关电源、通信设备等。

2.滤波器:高频铁氧体磁芯可用于制作各类滤波器,如低通滤波器、高通滤波器等,应用于信号处理、通信等领域。

3.感应器:高频铁氧体磁芯可用于制作各类感应器,如接近传感器、速度传感器等,应用于自动控制、智能设备等领域。

4.电磁兼容:高频铁氧体磁芯可用于制作电磁兼容元件,如磁环、磁带等,应用于电磁兼容设计和抗干扰等领域。

四、高频铁氧体磁芯的发展前景
随着电子技术的不断发展,高频铁氧体磁芯在通信、计算机、家电等领域的应用将越来越广泛。

功能材料-磁性材料课件

功能材料-磁性材料课件

第三章 磁性材料-§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点:
➢ 易磁化方向[100]与轧制方向平行 ➢ 难磁化方向[111]与轧制方向成55角
轧 [100] 制 方 向
55
[111] [110]
➢ 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角
横向
高斯织构硅钢片具有磁各向异性,沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
3、主要用途
直流磁场下工作的磁性元件,如电磁铁和继电器的铁芯。
第三章 磁性材料-§3.1 软磁材料
电工用硅钢片
在纯铁中加入1.04.0%Si的铁碳硅合金。 Si的加入,提高了电阻率,从而减少涡流损耗。
1、电工用硅钢片的种类
硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类:
电工用硅钢片
热轧非织构(无取向)硅钢片 冷轧非织构(无取向)硅钢片 冷轧高斯织构(单取向)硅钢片 冷轧立方织构(双取向)硅钢片
150·cm,为1J79铁镍合金的2~3倍。 ➢ 硬度、强度和耐磨性较高。
例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高,适用于磁头等磁性器件。 ➢ 密度较低。
可以减轻磁性元件的铁芯质量。 ➢ 对应力敏感性小。
适于在冲击、振动等环境下工作。 ➢ 合金的时效性良好。
随着环境温度的变化和使用时间的延长,其磁性变化不大。
第三章 磁性材料-§3.1 软磁材料
2、铁铝合金的主要应用
铁和铝资源丰富、价格低廉,铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似, 同时还具有一些独特的优点,因此是铁镍合金的一种替代材料,适用于 电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。
铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途
牌号 铝含量 /%
特点
主要用途
1J6

磁性材料与器件

磁性材料与器件

磁性材料与器件
磁性材料与器件是利用磁性现象进行信息存储、传输和控制的一种技术,广泛应用于电子、通信、储存等领域。

它具有磁导性强、稳定性好、寿命长等特点,极大地推动了现代科技的发展。

磁性材料是实现磁性器件的基础。

它们一般可分为软磁材料和硬磁材料两大类别。

软磁材料具有较高的磁导率和较低的剩余磁感应强度,适用于制造电感器、变压器等磁性元件。

硬磁材料则具有较高的剩余磁感应强度和较高的抗磁化能力,适用于制造永磁体、磁存储材料等。

常见的磁性材料有铁、镍、钴等,其中铁是最常用的磁性材料之一。

磁性器件是利用磁性材料制造的各种磁性元件。

其中,最具代表性的磁性器件之一是磁存储材料。

磁存储材料利用磁性材料的磁性特性,实现信息的存储和读取。

例如,硬磁体磁碟机就是一种磁存储设备,它利用硬磁材料在磁场的作用下可保持长久的磁留存位,实现信息的写入和读取。

另外,软磁体磁头也是一种常见的磁性器件,它利用软磁材料在磁场作用下可产生较大的磁感应强度,实现对磁信息的读取。

此外,磁性材料与器件还应用于电流传感器、电感传感器、磁传感器等设备中。

例如,电流传感器利用磁性材料的磁导率变化来测量电流强度,实现对电流的检测和控制。

磁传感器则利用磁性材料的磁阻效应、霍尔效应等磁性现象来感应和测量磁场的变化,广泛应用于电子、通信、汽车等领域。

总而言之,磁性材料与器件具有独特的磁性特性,广泛应用于信息存储、传输和控制等领域。

随着科学技术的不断进步,磁性材料和器件也在不断发展创新,为现代科技的进步提供了重要支撑。

常用磁性器件中磁芯的选用及设计

常用磁性器件中磁芯的选用及设计

常用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,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=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,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,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。

磁性元器件

磁性元器件

磁性元器件简介磁性元器件是一类利用磁性材料制成的电子元件。

它们利用磁场的特性在电路中实现电能和磁能的相互转换,广泛应用于各种电子设备和系统中。

磁性元器件包括电感器、变压器、磁珠、磁芯等多种类型,每种类型的磁性元器件在电路中起到不同的作用。

电感器电感器是一种利用电脉冲在线圈中产生电磁感应的磁性元器件。

它具有阻挡交流信号、传递直流信号和存储能量的特性。

电感器通常由线圈和磁芯构成。

磁芯能够增加线圈的感应电流,提高电感器的效能。

类型电感器的类型包括固定电感器和可变电感器。

固定电感器的电感值是固定的,常用于滤波器、谐振电路等应用。

可变电感器的电感值可以调节,常用于调谐电路、振荡电路等应用。

电感器在电子设备中有广泛的应用。

在电源供电电路中,电感器可以用来滤除电源中的杂波,提供稳定的电源输出。

在通信系统中,电感器可以用来实现频率选择性,提供特定频率范围的信号传输。

变压器变压器是一种利用电磁感应实现电压变换的磁性元器件。

它由至少两个线圈和一个磁芯组成。

变压器利用电流在线圈中产生的磁场,通过磁芯传递到另一个线圈,从而实现电能的传输和变换。

原理变压器的工作原理是利用电流在线圈中产生的磁场。

当输入线圈中的电流变化时,磁场也随之变化。

这个变化的磁场会在磁芯中感应出电压。

这个感应电压会在输出线圈中产生相应的电流。

根据线圈的数量和用途,变压器可以分为单相变压器和三相变压器。

单相变压器有两个线圈,用于将输入电压变换为输出电压。

三相变压器有三个线圈,用于供电系统中的三相电流的变换。

应用变压器在电力系统中有重要的应用。

它们用于改变输电线路中的电压,实现远距离的电能输送。

变压器还用于电子设备中的电源变压和电路实验。

磁珠磁珠是一种小型磁性元器件。

它通常由磁性材料制成,具有环形或柱状的外形。

磁珠的主要作用是抑制高频电磁干扰和噪音。

原理磁珠利用材料的磁性特性吸收电磁能量,从而减少干扰和噪音的传播。

通过将磁珠串联在电路中,可以在高频电路中实现滤波和抑制电磁噪音。

什么是磁性材料?有哪些种类?有哪些用途?

什么是磁性材料?有哪些种类?有哪些用途?
磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液体材料、块体材料 、薄膜材料等。
磁性材料的应用很广泛,可用于电声、电信、电表、电机中,还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。
磁铁有个重要的物理性质就是--传导。镍是磁传导的优良物质!
磁性材料主要是指由过度元素铁,钴,镍极其合金等能够直接或见解产生磁性的物质.
磁性材料从材质和结构上讲,分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类,铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。
从应用功能上讲,磁性材料分为:软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料;而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了,因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应,导致金属磁性材料无法使用,而铁氧体的电阻率非常高,将有效的克服这一问题、得到广泛应用。

(整理)磁性材料的分类以及特点

(整理)磁性材料的分类以及特点

磁性材料的分类以及特点一、带绕铁芯硅钢片是一种合金,在纯铁中加入少量的硅(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12000高斯; 由于它们具有较好的磁电性能,又易于大批生产,价格便宜,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DG3、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400Hz。

从应用角度看,对硅钢的选择要考虑两方面的因素:磁性和成本。

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镍系合金,镍含量在30~90%范围内。

是应用非常广泛的软磁合金。

通过适当的工艺,可以有效地控制磁性能,比如超过十万的初始磁导率、超过一百万的最大磁导率、低到千分之二奥斯特的矫顽力、接近1 或接近零的矩形系数,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 微米的超薄带及各种使用形态。

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,空载电流小,适合制作100 瓦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。

各种磁性材料的应用范围

各种磁性材料的应用范围

各种磁性材料的应用范围磁性材料是具有磁性的物质,常见的有铁、钢和永磁材料。

磁性材料广泛应用于各个领域,包括电子技术、机械工程、医学等。

以下是各种磁性材料的应用范围。

1.铁铁是最常见的磁性材料,广泛用于制造机械和结构件。

铁制品被广泛应用于建筑、汽车、船舶、桥梁、铁路和飞机等工程领域。

铁材还用于制造电机、变压器、电感器等电子设备中的核心部件。

此外,铁还可以用于制造磁芯材料,用于电感器、变压器、电动机等低频磁性元件。

2.钢钢是一种含有铁的合金,具有磁性。

由于钢的强度和韧性较高,因此广泛应用于建筑和机械工程领域。

钢材也常用于制造电机、变压器和电感器等电子设备的磁性元件。

3.永磁材料永磁材料是一类可以在外界磁场的作用下产生自身磁化或保持自发磁化的材料。

永磁材料被广泛应用于电子产品、计量仪器、电机等领域。

永磁材料主要分为硬磁材料和软磁材料两种类型。

硬磁材料通常由钕铁硼(NdFeB)或钴钙钛酸钡(BaCoFe12O19)等复合材料制成,具有高磁能积和较强的磁力。

硬磁材料广泛应用于电机、发电机、磁卡、声学设备等领域。

软磁材料具有较低的饱和磁感应强度和磁能积,主要用于制造电感器、变压器、传感器等高频和低频磁性元件。

软磁材料通常包括铁氧体、铁镍合金和铁硅合金等。

4.磁体磁体是将磁性材料制成的器件,可以产生较强的磁场。

磁体广泛应用于电机、磁体共振成像设备(MRI)、磁力手表、磁力计、音响设备等各个领域。

磁体主要包括永磁体和电磁体两种类型。

永磁体磁体是利用永磁材料制成的,具有较稳定的磁性。

永磁磁体广泛应用于电机、发电机、磁体共振成像设备等领域。

电磁体是利用电流在导体中产生的磁场制成的,可以人为调节磁场的强度。

电磁体广泛应用于电磁铁、电磁继电器、磁力手表等领域。

总之,各种磁性材料在不同的领域和设备中都发挥着重要的作用。

磁性材料的应用范围广泛,从日常生活用品到复杂的科学仪器和现代工业设备都离不开磁性材料的应用。

常用磁性材料

常用磁性材料

常用磁性材料
磁性材料是一种特殊的材料,在现代工业和科学领域中有着广泛的应用。

它们
具有磁性,可以被磁场吸引或排斥,并且可以产生磁场。

常用的磁性材料主要包括铁、镍、钴和它们的合金,以及氧化铁、铁氧体、钡铁氧体等。

这些材料在电子、通讯、医疗、能源等领域都有着重要的作用。

首先,铁是最常见的磁性材料之一。

它具有良好的磁导性和导磁性,被广泛应
用于电机、变压器、发电机等设备中。

铁的磁性能够大大提高这些设备的效率和性能,因此在工业生产中占据着重要地位。

其次,镍和钴也是常用的磁性材料。

它们具有较高的矫顽力和剩磁,因此在制
造永磁材料和磁性合金中应用广泛。

永磁材料可以用于制造各种电子产品、传感器、磁盘驱动器等,而磁性合金则可以用于制造磁芯、磁头等。

除了铁、镍、钴等金属材料,氧化铁、铁氧体、钡铁氧体等氧化物也是重要的
磁性材料。

它们具有较高的磁导率和磁饱和感应强度,被广泛应用于制造磁记录材料、磁性传感器、微波器件等。

其中,氧化铁在制造磁记录材料中具有重要作用,铁氧体和钡铁氧体则在微波器件中有着重要的应用。

总的来说,常用磁性材料在现代工业和科学领域中有着广泛的应用。

它们不仅
可以提高设备的性能和效率,还可以用于制造各种电子产品、传感器、磁盘驱动器等。

随着科技的不断发展,磁性材料的应用领域将会更加广泛,对于推动工业和科学的发展起着重要的作用。

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H
H DC
μ s = μ s′ − jμ s′′
1 = 1 −j 1
Ls Lp
Rs
Bm: Max. Flux Density
μp
μ'p
μ '' p
Rp
损耗参数 机械物理参数 磁滞伸缩系数
PCV = K ⋅ f α ⋅ B β ⋅ (C0 + C1 ⋅ T + C2 ⋅ T 2 )
弹性模量,热伸缩系数,导热系数等 音频噪声的主要来源
1
0
t
π
磁芯损耗测量 v.s.气隙/磁粉芯
铁氧体高磁导率材料 有气隙铁氧体或低磁导率磁粉芯
P cos θ = U ⋅I
Β
i u
Β
i u
U保持不变,B不变, P不变,但 由于电感大,I 很小,所以cosθ 较高,误差较小。
U保持不变,B不变, P不变,但 由于电感降低,I 增大,所以 cosθ降低,误差增大。
涡流损耗大小取决于铁磁材料本身的电导率 涡流损耗大小与激磁工作频率的平方成正比 涡流损耗大小与磁通密度大小的平方成正比
磁芯损耗模型-Steinmetz Model
PCV = Cm ⋅ f α ⋅ B β ⋅ (C0 + C1 ⋅ T + C2 ⋅ T 2 )
Core loss is related to: Material grade Frequency Temperature Flux density DC bias Excitation waveform
− 32
− 32
− 32
Hdc=20.77A/m, Pc=584 ( kw/m3 )
Hdc=27.69A/m, Pc=605 (kw/m3)
Hdc=34.62A/m,Pc=647 ( kw/m3)
铁粉芯的老化问题
铁芯损耗随时间的变化曲线
%Q 随时间变化曲线
电感失效
铁粉芯的老化机理
Micro eddy currents in each particle Macro eddy currents among particles
B

1) 起始磁导率: μi
Slope=μmax: Max. Permeability
μi =
1 ΔB μ 0 ΔH
ΔH →0
2) 幅值磁导率: μa 3) 增量磁导率: μ△ 4) 复数磁导率: μs
μa =
μΔ =
ˆ 1 B ˆ μ0 H
1 ΔB μ 0 ΔH
Slope=μi: Initial Permeability Slope=μΔ: Incremental Permeability Minor Loop
32
1.5
29 Hk
59.5
90 90
32
1.5
29 Hk
59.5
90 90
32
1.5
29 Hk
59.5
90 90
− 32
− 32
− 32
Hdc=0, Pc=504 (kw/m3)
0.37 0.37 0.27 0.17 Bk 0.075 0.023 0.12 − 0.22 0.22 32 1.5 29 Hk 59.5 90 90
Material Magnetics HF60 Powder Magnetics XFlux60 Magnetics KM60 Magnetics MPP60 Ferrite Ferroxcube 3C96 Ferroxcube 3C96
B (T) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1
f(kH z) 50 50 50 50 100 100
Pc = f s ⋅ Cm ⋅ fsin
Power loss factor, k, with same Bm and fs k= Pc_pulse Pc_sin
α=1.7
v(t) t
D
α=1.4
D
k=1 @ D=0.283
直流偏磁对磁芯损耗的影响
Core loss model
P 1+ K1dc ⋅ Bdc ⋅ e c =(
c)
μa(B)
高频磁芯损耗的测量-交流I*V法
H (t ) = i (t ) ⋅ N = K H ⋅ i (t ) le
B (t ) =
1 N ⋅ Ae
Ts

t 0 +T
t0
u (t ) dt = K B ⋅ ∫
Ts
t 0 +T
t0
u (t )dt
1 1 dB H ⋅ le ( )⋅( ) ⋅ dt P = u ⋅ i ⋅ dt = A ⋅ N ⋅ core e ∫ Ts ∫ Ts dt N 0 0
b
b
a c

b
c
b
i u
u(t)
i(t)
c e
a
0
T/2
d
T
磁滞损耗大小取决于铁磁材料本身的品质 磁滞损耗大小与激磁工作频率成正比 磁滞损耗大小与磁通密度大小的平方成正比
铁芯的损耗 (涡流损耗)
B, f
U0 = dφ = 2π f ∗ B ∗ π r 2 dt 2 U0 4π 4 f 2 B 2 r 4 4π 4 f 2 B 2 r 4 = = dP = 2π r l0 dR 0 ρ ρ S0 drdz = 2π 3 f 2 B 2 r 3
− Bac K2dc
) ⋅ K1ac ⋅ Bac
K2ac
fs
K3ac
⋅ (Kt1τ 2 + Kt 2τ + Kt3)
B-H Loop @ fs=100kHz, Bac=200mT, To=100℃
0.37 0.37 0.27 0.17 Bk 0.075 0.023 0.12 − 0.22 0.22 Bk 0.37 0.37 0.27 0.17 0.075 0.023 0.12 − 0.22 0.22 Bk 0.37 0.37 0.27 0.17 0.075 0.023 0.12 − 0.22 0.22
Pcv=500 kw/m3
f*B(HzT)
Pcv=300 kw/m3
Pcv=100 kw/m3
N49
N97
5000 0
f(kHz)
1000
磁性材料的储能特性与材料选择
PWM波形激励下的磁芯损耗
加权平均磁密变化率 B w
Bw = B max 1 − B min
V

T
(
dB 2 ) dt dt
B
B w sin = ( B max − B min ) ⋅
Bsource Jeddy
Ae le
ρ
drdz drdz = 2π 3 f 2 B 2
Peddy =
∫∫
2π 3 f 2 B 2 r 3
ρ
ρ

r _ face
0
r dr ∫ dz
3 0
le
πf 2 B 2 π 2 2 = Ae 2 le = f B leAe 2σ 2ρ 2
Pe ddy =
π
2
f 2 B 2 ⋅ le ⋅ Ae 2 ⋅ σ
B(Ts)
= Ae ⋅ le ⋅
B(0)
∫ H ⋅ dB = V ⋅ P
e
cv
计算机
通讯
示波器 (数据采集)
i(t)
信号发生器 高频功率放大器 电流采样
DUT
u(t)
Chamber
高频磁芯损耗测量的误差分析与困难
P = U ⋅ I ⋅ cos θ
ΔP ΔU ΔI = + + tg (θ ) Δ θ P U I
f sin = 2
π2
2
⋅ f sin
B warb =
( B max
α −1
( B k +1 − B k ) 2 1 ∑ t −t − B min ) k k +1 k
⋅ Bac ⋅ (Ct 0 + Ct1 ⋅ T + Ct 2 ⋅ T 2 ) ⋅Ve
β
π
2
∑ (B
k
B k +1 − B k 2 1 ) ⋅ t k +1 − t k max − B min
High-frequency Large signal Low Loss
200 160 120 80 40 0
i(t)
u(t)
Large Δθ =Δt*f Large Δt θ approaches to 90°
1
i(t) u(t)
0
tg (θ )
1
0
t
π
1
i(t)*u(t)
0
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 80 θ 90
铁氧体磁材料(块材)
Mn-Zn Ni-Zn
非晶磁材料(带材)
Silicon steel (硅钢片)
Permalloy (玻膜合金)
Amorphous (非晶)
粉芯磁材料的结构
Alloy particle Flux uneven Æ higher core loss Min. polymer needed for forming Æ Lower μ Powder conglutination Æ more eddy current Polymer Æ Lower max. temperature (140-170℃) Force stress Æ Poor μ consistency (>10%) Inorganic coating (oxide, SiO2, etc) Distributed air-gap Æ Lower winding losses Polymer binder Distributed air-gap Æ Larger Hdc
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