坡莫合金金屬磁芯、非晶、微晶磁芯介紹

坡莫合金鐵芯和鐵氧體鐵芯制作高頻變壓器、濾波、電感、磁放大器、脈沖變壓器、脈沖壓縮器等應(yīng)用在高端領(lǐng)域中

性能特點:坡莫合金金屬磁芯:各類坡莫合金材料有著各自不同的,較硅鋼材料與鐵氧體優(yōu)異的典型磁性能,有著較高的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性.高初始磁導(dǎo)率類坡莫合金材料 (IJ79,IJ85,IJ86)鐵芯常制作電流互感器,小信號變壓器;高矩形度類坡莫合金材料(IJ51)鐵芯常制作磁放大器,雙級性脈沖變壓器;低剩磁類坡莫合金材料(IJ67h)鐵芯常制作中小功率單極性脈沖變壓器.非晶磁芯:
⑴鐵基非晶鐵芯:在幾乎所有的非晶合金鐵芯中具有最高的飽和磁感
應(yīng)強(qiáng)度(1.45～1.56T),同時具有高導(dǎo)磁率,低矯頑力,低損耗,低激磁電流和良好的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性.主要用于替代硅鋼片,作為各種形式,不同功率的工頻配電變壓器,中頻變壓器,工作頻率從50Hz到10KHz;作為大功率開關(guān)電源電抗器鐵芯,使用頻率可達(dá)50KHz.
⑵鐵鎳基非晶鐵芯:中等偏低的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(0.75T),高導(dǎo)磁率,
低矯頑力,耐磨耐蝕,穩(wěn)定性好.常用于取代坡莫合金鐵芯作為漏電開關(guān)中的零序電流互感器鐵芯.
⑶鈷基非晶鐵芯:在所有的非晶合金鐵芯中具有最高的磁導(dǎo)率,同時
具有中等偏低的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(0.65T),低矯頑力,低損耗,優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性,良好的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性,耐沖擊振動.主要用于取代坡莫合金鐵芯和鐵氧體鐵芯制作高頻變壓器,濾波電感,磁放大器,脈沖變壓器,脈沖壓縮器等應(yīng)用在高端領(lǐng)域(軍用)
微晶磁芯:
較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.1～1.2T),高導(dǎo)磁率,低矯頑力,低損耗及良的穩(wěn)定性,耐磨性,耐蝕性,同時具有較低的價格,在所有的金屬軟磁材料芯中具有最佳的性價比,用于制作微晶鐵芯的材料被譽為"綠色材料".泛應(yīng)用于取代硅鋼,坡莫合金及鐵氧體,作為各種形式的高頻(20KHz100KHz)開關(guān)電源中的大中小功率的主變壓器,控制變壓器,波電感,儲能電感,電抗器,磁放大器和飽和電抗器鐵芯,EMC濾波器共電感和差模電感鐵芯,IDSN微型隔離變壓器鐵芯;也廣泛應(yīng)用于各種類同精度的互感器鐵芯.
環(huán)型規(guī)格范圍:
磁芯最大外徑:750mm
磁芯最小內(nèi)徑:6mm
磁芯最小片寬:5mm
磁芯最大片寬:40mm (可疊加得到更寬)
其他規(guī)格可以根據(jù)客戶需求訂做
參考說明:
坡莫合金金屬磁芯,非晶,微晶磁芯電磁性能狀態(tài):
橫磁熱處理,低Br,有一定的恒導(dǎo)特性,適用于小功率單極性脈沖變壓器,單端開關(guān)電源變壓器,濾波電感,電抗器;
常規(guī)熱處理,低Pc,極低的激磁電流;適用于中頻變壓器;
縱磁熱處理,高Br,適用于配電變壓器,中頻變壓器,雙端開關(guān)電源變壓器,大功率雙極性脈沖變壓器,飽和電抗器及脈沖壓縮器.摘要：結(jié)合應(yīng)用實例,重點介紹了在不同應(yīng)用場合選用非晶與超微晶材料的種類及其特點，并與其它磁性材料作了對比。關(guān)鍵詞：鐵基非晶材料；鐵基超微晶材料；磁導(dǎo)率；矯頑力；損耗
非晶與超微晶材料的應(yīng)用
磁材料120×60×40磁芯。按照
E=4．44f×Bm×N×Sc×10－4（1）
式中：Bm——工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，一般選在Bs/2處較
合適，既Bm選0．8T；
E——交流輸入電壓，V；
N——初級匝數(shù)；
f——交流輸入電壓頻率，Hz；
Sc——磁芯有效截面積，cm2。
又因為 Sc=（1／2）×D×（R－r）×h（2）
式中：D——磁芯的占空系數(shù)，一般取0.65；
R——磁芯的外環(huán)直徑，cm；
r——磁芯的內(nèi)環(huán)直徑，cm；
h——磁芯的高度，cm。
所以Sc=(1／2)×D×（R－r）×h =(1／2)×0．65×（12－6）×4 =7．8cm2
由式（1）可得:N== =198匝考慮銅損，N選200匝。
2）驗證
為了驗證N=200匝時，磁導(dǎo)率μe是否在磁芯材料參數(shù)的范圍之內(nèi)，可利用式（3）N=104×（3）
式中：L——初級電感量，H；
lc——磁芯的平均磁路長度，cm。
因為 lc=1.57×(D＋d)=1.57×(12＋6)=28.26cm
L的計算如下:
在未繞成變壓器之前,初級電感量是不能測出的,但可以由式（4）推算出。=（4）
即可以先繞N1=10匝,測得L1=13mH，于是N=200匝時可得到L=L1×=13×=5.2H
由式（3）可得μe=×108=×108 =4×104
μe滿足μi=8×104的要求。說明變壓器初級匝數(shù)設(shè)計合理。
次級匝數(shù)可由電壓與匝數(shù)的變比求出，這里不再累述。

經(jīng)過實驗，這一理論計算可以帶起1kW負(fù)載，工作穩(wěn)定可靠。
3）設(shè)計時注意點
①Bm不能選的過高由于磁芯參數(shù)的分散性，使得在相同匝數(shù)下的電感量有差異,而且相差較多,若Bm取得太高,容易使磁芯飽和。②怎樣判斷磁芯已進(jìn)入飽和?
——在淺飽和狀態(tài)下，增加初級電壓,次級電壓不增加,增加的能量全部被磁芯損耗掉；負(fù)載加重后,輸出電壓迅速下跌,負(fù)載能力下降，能量被磁芯損耗。
——在深飽和狀態(tài)下，初級電壓加不到220V磁芯就很燙,而且初級電壓再升高,次級電壓也不變,能量全部被磁芯損耗。
3開關(guān)電源用磁芯
3．1單端式變換器用磁芯
單端式變換器主要要求磁芯剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度低，即Br/Bs較小。
采用鐵基超微晶低剩磁(Br/Bs≤0.2)材料的磁芯，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T，剩磁Br<0.2T,初始磁導(dǎo)率μi>2×104，最大磁導(dǎo)率μm=5×104，損耗P0.35（10kHz）<18W/kg。
這是因為單端式變換器磁芯工作在磁滯回線的第一象限,對材料的要求是具有大的ΔB(ΔB=Bm－Br)，鐵基超微晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,它無論經(jīng)過怎樣的磁場處理,都是不會變的,所以要使ΔB增大,只有采用低Br的磁芯。特別對于單端反激主變壓器,要求有足夠的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和合適的磁導(dǎo)率。因為單端反激電路中的主變壓器要求儲能,線圈儲能的多少取決于兩個因素:一是材料的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Be或電感量L；另一個是工作磁場Hm或工作電流I。儲能W=LI2,在一定的電流下,磁芯不能飽和。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm由材料決定,低Br的磁芯利于恒磁導(dǎo),使磁芯在一定的電流下不飽和。
3．2全橋、半橋、推挽式變換器用磁芯
對于這種雙端式變換器主要要求磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高。
雖然鐵基非晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm高，但是由于鐵基非晶材料的工作頻率較低（<15kHz），頻率高時，損耗增加，所以對于幾百kHz以上的逆變電源是不適用的。而采用鐵基超微晶中剩磁(Br/Bs≤0.6)材料的磁芯。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.2T,初始磁導(dǎo)率μi>8×104，最大磁導(dǎo)率μm=45×104。損耗P0.3/(100kHz)<300W/kg，工作頻率高。
因為全橋、半橋、推挽式變換器中的變壓器工作在雙端,對Br的要求不是很嚴(yán)格,它需要的是2Bm。但若選用高Br的磁芯,當(dāng)電源功率較大時，容易產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。為此，對于中、大功率的開關(guān)電源，可采用中Br磁芯，這樣還可使變壓器有一定的電感量。特別對于諧振電源，一定的變壓器電感可充當(dāng)諧振電感，使全橋、半橋、推挽式電路產(chǎn)生諧振，達(dá)到ZVS或ZCS軟開關(guān)的作用。
但對于有的大功率的開關(guān)電源,為防止偏磁,也采用低剩磁(低Br)磁芯。
3扼流圈用磁芯
扼流圈用磁芯要求有一定的儲能，所以要采用低剩磁，橫磁導(dǎo)率的材料。
采用鐵基非晶低剩磁(低Br)材料磁芯，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1.5T,剩磁Br<0.1T,恒磁導(dǎo)率250～1200。
扼流圈是阻止交流成份,只讓直流通過的電感元件，所以直流電流和交流電流加在磁芯上時的磁特性,即直流偏磁特性是很重要的。具體地說，電感值應(yīng)使得直流電流不易讓磁芯飽和,而對于交流成分確是足夠大的。為此作為材料特性,需要高飽和磁通密度Bm，磁導(dǎo)率恒定。
非晶扼流圈與坡莫合金、硅鋼片、鐵氧體相比可以提高工作頻率、增強(qiáng)耐直流電流的能力、高溫時仍保持高飽和磁通密度、降低功耗等優(yōu)點。
4非晶飽和磁芯
飽和磁芯主要是把磁芯當(dāng)作一個“磁開關(guān)”，當(dāng)磁芯不飽和時，電感很大，相當(dāng)于磁開關(guān)斷開；當(dāng)磁芯完全飽和時，電感很小，相當(dāng)于磁開關(guān)短路。
采用鈷基非晶合金磁芯，它具有高磁導(dǎo)率,低矯頑力,高矩比(Bs/Br),低損耗等特點。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=0.5～0.8T,矯頑力HC<2A/m。
1）自飽和電抗器
自飽和電抗器是希望磁芯做一個反應(yīng)很快的開關(guān),有一點電流就使磁芯很快飽和。所以應(yīng)采用高剩磁(高Br)材料,初始磁導(dǎo)率μi>5×104,最大磁導(dǎo)率μm>25×104,損耗P0.5(20kHz)<35W/kg。主要用于消除開關(guān)電源的二次寄生振蕩、消除尖峰等。
2）可飽和電抗器
可飽和電抗器是利用了磁芯未飽和與飽和后磁導(dǎo)率間的巨大差異來延遲電流以得到一段預(yù)置時間。這時可以將脈沖變壓器傳輸過來的脈沖進(jìn)行壓縮,根據(jù)電流的大小來調(diào)節(jié)脈寬,從而可改變輸出電壓。利用可飽和電抗器的這一特點,就可以實現(xiàn)多路調(diào)節(jié)。因為采用一般的脈寬調(diào)節(jié)的開關(guān)電源只能對一組輸出進(jìn)行脈寬調(diào)節(jié),改變輸出電壓，而不能做到幾路輸出電壓都可調(diào),利用可飽和電抗器,通過用電位器控制各輸出電路的電流來改變各電路的脈寬,從而實現(xiàn)多路調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在國外已做出了通過電位器使十幾路輸出都可調(diào)節(jié)的電路。
所以可飽和電抗器應(yīng)根據(jù)電流的大小和輸出脈寬壓縮情況來選擇磁芯。例如需要大電流下還有一定脈沖壓縮的，應(yīng)使用低剩磁(低Br)磁芯.總之要具體問題具體分析。