磁性元件培训教材.pptx

磁性元件培训教材硬件部 申大力 2011.3.10前言 几乎在说有的电源电路中,都要用到电磁元件(电感或变压器),例如:通信电源中的主变压器、PFC电感、LLC电感、输出滤波电感、辅助源反激变压器等。可以说磁性元件是电力电子技术重要组成部分之一。 磁性元件与其它电气元器件不同，很难从市场上采购到符合自己的要求的电感和变压器，都需要设计者自己设计。而磁性元件的分析和设计要比电路设计复杂的多，要直接得到唯一的答案是困难的，因为要涉及到许多因素，比如体积、成本、效率。正确的设计不只是一般电气参数的计算，还包含了结构、工艺和散热设计等。 即使对于输入、输出规格相同的开关变换器，不同人设计的磁性元件参数各不相同，但都能可靠个工作。 内容提纲1.磁的基本概念2.电磁基本定律3.器件主要参数--磁材4.磁性元件设计基本概念 组成磁性元件的基本部件是磁心，而组成磁心的基本材料是磁性材料。铁氧体磁芯 均匀气隙的粉芯 非晶类磁材 电磁元件骨架 磁性材料的分类物质按磁性分类1 抗磁性2 顺磁性3 铁磁性4 亚铁磁性5 反铁磁性磁性材料的分类强磁材料分类1 软磁2 硬磁3 旋磁4 矩磁5 压磁1.磁的基本定义 磁性材料是一种铁磁物质，该物质在外加磁场中会表现为一种铁磁特性，当磁场撤消后，该物质又恢复为常态而无磁性。 1. 饱和磁感应强度Bs 随磁芯中磁场强度的增加，磁感应强度B出现饱和时的值，称为饱和磁感应强度Bs。 Bs=μH 2. 剩余磁感应强度Br 磁芯从饱和状态去除磁场后，即H=0时铁芯仍有剩余的磁感应强度称为剩磁感应强度。 3 矫顽力Hc 磁芯从饱和状态去除磁场后，继续反向磁化，直至磁感应强度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽力Hc。B~H磁滞回线图 (基本磁芯曲线) ---代表磁材的主要磁性能1.磁的基本定义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 1.磁的基本定义 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) ； μD---在直流偏磁场上叠加一振幅较小的交变磁场作用下，交变磁场分量沿局部磁滞回线变化，此局部磁滞回线的斜率与1/μ0的乘积称为增量磁导率(滤波电感器的工作状态)； μe---含有气隙的磁芯的磁导率称为有效磁导率; 真空磁导率为μ0=4π*10-7， 磁芯单匝电感量值Al= μe μ0 Ae/l (mH/N2)--A/l单位为mm1.磁的基本定义5. 居里温度Tc 磁芯由铁磁性(亚铁磁性或反铁磁性)转变成顺磁性的温度称为居里温度。在μ~T曲线上，80%μmax与20%μmax连线与μ=1的交叉点相对应的温度，即为居里温度Tc。1.磁的基本定义6. 磁致伸缩 磁性体磁化状态的变化引起其形状、尺寸改变的现象称为磁致伸缩效应。在开关电源中磁致伸缩效应容易引起磁芯的机械共振，从而导致机械噪声和电磁噪声，可通过点胶固定、浸漆、工作频率增高等方法降低。1.磁的基本定义7. 磁心损耗 磁性材料的损耗Pc由磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr组成。 磁滞损耗是磁化所消耗的能量，正比于静态磁滞回线和磁心的体积 涡流损耗是交变磁场在磁心中产生环流引起的欧姆损耗 剩余损耗是总损耗中除去涡流损耗和磁滞损耗之后所剩余的损耗。在低频或弱磁场中，剩余损耗主要是磁后效损耗；在较高或高频情况下，剩余损耗主要有尺寸共振损耗，畴壁共振损耗，自然共振损耗。 磁心损耗与频率和磁通密度有关，在低频时，总损耗主要由磁滞损耗和涡流损耗构成， Pe=(5%~10%)Ph，剩余损耗可以忽略。高频时（200-300K），总损耗可近似为剩余损耗和涡流损耗。 1.磁的基本定义计算磁芯损耗通过厂家提供的数据计算1.磁的基本定义 磁场与磁感应强度的换算公式(国际单位制和实用单位制) 磁场强度 1奥斯特(Oe)=79.577A/m≈80A/m A/m:国际单位 Oe: 实用单位 磁感应强度 B的单位在国际单位制中是特斯拉(Tesla)，简称特，代号为T。在实 用电磁单位制中为高斯，简称高，代号为Gs。两者的关系为 1特斯拉(T)=1韦伯/米2 (1Wb/m2)=104高斯(Gauss) 1mT=10Gauss 磁通Φ1Wb = 108 Mx 1韦伯(国际单位) = 108麦克斯韦(实用单位)2