磁性元件及高频变压器设计..doc

磁性元件及高频变压器设计 成继勋 2009.12.31（2011.3.22修改） 1 磁性材料的磁化 1.1 磁化曲线 图1.1 图1.2 在交变磁场的作用下，形成磁滞回线。 （1.1） H-磁场强度，SI单位制A/mGS制：Oe（奥斯特），1A/m=4π×10-3OeSI单位制CGS制μ-磁导率，H/m（亨利/米）；μ0-真空磁导率，SI单位制中μ0= 4π×10-7H/mCGS制μ0=1。 μr-相对磁导率，无量纲 在均匀磁场中 （1.2） φ-磁通量，SI单位制：Wb（韦，CGS制Wb=10-8Mx S-面积，SI单位制 CGS制 （2）最大磁导率μm：磁化曲线上μm的最大值 （3）增量磁导率(脉冲磁导率) μΔ 图1.3 即在具有直流偏置磁场时，再加上一个交流磁场，这时测得的磁导率。 （4）幅值磁导率 μμa （5）有效磁导率μe 在磁路中存在气隙，即非闭合磁路条件下，测得的磁导率为有效磁导率 1.3 安培环路定律 图1.4 图1.5 （1.3） 对绕N匝线，电流为I的磁环 （1.4） 式中，l=2πr为磁路长度，H为磁芯中的磁场强度为 （1.5） （1.6） 称为磁（动）势，单位A，常称为安匝。 1.4 磁路 1.4.1磁路欧姆定律 （1.7） 或 （1.8） （1.9） Rm称为磁阻，（1.8）式称为磁路欧姆定律 电路 磁路 电动势 E 磁（动）势 F 电流 I 磁通量 φ 电阻 磁阻 电导 磁导 电压降 磁压降 电路欧姆定律 磁路欧姆定律 1.4.2有气隙的磁路 气隙磁阻 S 图1.6 式中，S为气隙截面积，设等于磁芯有效截面积。δ为气隙长度。设磁芯有效磁路长度为lc，则磁芯内磁阻 总磁阻 磁导 有效（相对）磁导率为 （1.10） 如果 μrlc/δ，则 （1.11） 1.5 磁芯材料性质与参数 磁芯材料主要参数有初始磁导率、饱和磁通密度、剩磁、矫顽力、损耗、电阻率、居里温度、初始磁导率比温度系数、比损耗因子和功率损耗、初始磁导率减落因子和比减落因子（表示μi 经磁扰动或机械冲击后的经时变化）等。 1.5.1初始磁导率与频率的关系 图1.7 1.5.2 初始磁导率与温度的关系 初始磁导率温度系数和比温度系数表征初始磁导率与温度的关系。 居里温度是磁性材料从铁磁性(亚铁磁性)到顺磁性的转变温度，或称磁性消失温度，表示方式有多种。天通材料标准中规定的确定居里温度的方法如下图： 图1.8图1.8 图1.9 1.5.4 磁芯损耗 损耗角正切（损耗因子）tgδm表示磁芯损耗与磁芯储能之比。磁芯损耗包括：①磁滞损耗②涡流损耗③剩余损耗（主要由磁后效引起，与粒子的扩散有关）。磁滞在低场下可以不予考虑，涡流在低频下也可忽略，剩下的就是剩余损耗。在低频弱场下，可用三者的代数和表示： tgδm=tgδh+tg δf+tgδr。 在磁感应强度较高或工作频率较高时，各种损耗互相影响难于分开。故在涉及磁损耗大小时，应注明工作频率f 以及对应的Bm（磁通密度幅值）值。剩余损耗和Bm的大小无关，但随频率增大而增大。而磁滞损耗随B的增加增大，涡流损耗则和频率成线性变化。 在大信号场工作时，用单位体积的功率损耗（比损耗）表示，总比损耗 Pcv=Ph+Pf+Pr Pcv =η fBm1.6