磁性材料基本参数课件

磁性参数与测量：磁损耗 （2）
1 损耗因子tanδ
气隙对损耗因子的影响 磁芯开制气隙后，可以增加磁场和温度的稳定性，损耗因 子有所下降 （tanδ）gap = tanδ·μe/μi 比损耗因子 ，与材料几何尺寸无关，表示小信号下材料 的损耗特性；
磁性参数与测量：磁损耗 （3）
2 品质因素 Q
磁性器件作滤波器的电感时，通常用品质因素Q来表示 它的质量； Q = 1/ tanδ Q与频率和绕组参数有关；
表示小信号下材料的损耗特性,由于磁 芯损耗引起信号相移; tanδ= Rs/ωLs Rs 磁芯及线圈损耗的等效电阻； Ls 装有磁芯的线圈的自感量；
tanδ称损耗因子，表示损耗功率与无 功功率的比值，其磁芯损耗包括磁滞损耗、涡流损 耗、剩余损耗即： tanδ= tanδn + tanδe + tanδr
磁性参数与测量：磁损耗 （4）
3 大信号下的功率损耗Pc
P = Ph + Pe + Pr (Ph、Pe、Pr表示磁滞、涡流、剩余损耗) 磁性材料在高磁通密度下的单位体积损耗。该磁通密 度通常表示为： Bm =E/4.44fNAe ×106（mT） 式中： Bm为磁通密度的峰值（mT） E为线圈两端的电压（V） f为频率（KHz），N为匝数 Ae为磁芯的有效面积（m2）
磁饱和性： B不会随H的增强而无限增强，H增大到 一定值时，B不能继续增强。 磁滞性和剩磁性 磁芯线圈中通过交变电流时，H的大 小和方向都会改变，铁心在交变磁场中反复磁化的过 程中，B的变化总是滞后于H的变化，这种现象称为磁 滞性；当H减为零时B并不为零。
磁性参数与测量：磁导率μ （1）
1 起始磁导率μ
起始磁化曲线
磁滞回线中H为 零时B并不为零 的现象说明铁 磁材料具有剩 磁性。
oa段是线性段
起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的 高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有 磁饱和性。
磁学常识：磁化曲线3
高导磁性 磁导率可达102~104，由软磁材料组成的
磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较
大的磁通。
铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子 电流圈流向一致，因此在这些极小的区域内 就形成了一个个天然的磁性区域—磁畴。
磁学常识：磁性来源2
B B
H
(A) (B)
H
B
B
H
(C)
H
(D)
Байду номын сангаас
磁学常识：磁化曲线1
磁路部分
B
Br
Bs
φ
u
Hc
I
H
电路部分
H 磁场强度 B磁感应强度 Bs饱和磁感应强度 Br剩磁 μ导磁率 Hc矫顽力
i
μ i是材料在弱场磁化过程中的一个宏观特性表示量。 是磁性材料的磁导率（B/H）在磁化曲线始端的极限值， 1 lim B μ i= B式中：
μ0
H→0
H
μ0为真空磁导率（4π×10-7H/m）; H为交流磁场强度（A/m）; B为交流磁通密度（T）(测试时应小于0.25mT)。
注：μi通常是用规定尺寸的环形磁芯测量而得；
磁性参数与测量：磁导率μ （2）
1 起始磁导率μ
μi计算
i
μi = L/(4.6N2hlg(D/d)) ×107 (适用于环形磁芯) 式中 N …… 测试线圈匝数(N) L …… 装有磁芯的线圈的自感量（mH） h …… 磁芯高度(mm) D …… 磁芯外直径(mm) d …… 磁芯内直径(mm)
磁学常识：磁性来源1
铁磁材料之所以具有高导磁 性，是因为在它们的内部具有一 种特殊的物质结构—磁畴。
（a）无外磁场情况 铁磁材料内部的 磁畴排列杂乱无章， 磁性相互抵消，因此 对外不显示磁性。
磁畴是怎么 形成的？
（b）有外磁场情况
磁畴因受外磁 场作用而顺着外磁 场的方向发生归顺 性重新排列，在内 部形成一个很强的 附加磁场。
测量方法
磁性参数与测量：磁导率μ （3）
2 有效导磁率μe
变压器或电感器磁芯中常用非闭合的E型、U 型等配对磁芯，其磁路各部分形状尺寸不同，而且 其配合面不可避免地仍有残余气隙； 此时，必须用有效导磁率μe来表示磁芯的导 磁率； μe = LC1/(4πN2) ×107
C1 …… 磁芯磁路常数(cm-1)
磁学常识：磁性材料分类
锰锌系材* 铁氧体磁芯 镍锌系材 镁锌系材 硅（矽）钢材 铁粉芯 合金类磁芯 铁硅铝合金 铁镍合金 钼坡莫合金 非晶、微晶合金
磁芯
磁学常识：磁性材料分类
A）锰锌系
组成约为：Fe2O3 71%, MnO 20%, 其他为：ZnO
电阻率高(10 ohm-cm) 磁心损耗低 居里温度高 形状：EE，EI，ER，PQ，RM，POT等型式。
用途：功率变压器、EMI共模滤波器、储能电感等
磁学常识：磁性材料分类
B）镍锌系 组成约为：Fe2O3 50%, NiO 24%, 其他为：ZnO 电阻率很高(107 ohm-cm)
工作频率高
铁心损耗较锰锌系高 居里温度高 型式：DR，R，环形等。 用途：常模滤波器、储能电感等
磁性参数与测量：磁导率μ （4）
3 振幅导磁率μα
作功率变换的开关电源变压器磁芯是工作在 高磁通密度下,因此必须引入振幅磁导率参数才能 真实反映出功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性; μα= 1/μ0
* B/H
(式中规定的B值比测时高出数百倍以上,例如:200mT)
磁性参数与测量：磁损耗 （1）
1 损耗因子tanδ
H=NI/Le B＝μH Φ=BAe
Le有效磁路长度 μ导磁率
磁学常识：磁化曲线2
软磁材料反复磁化一周 所构成的曲线称为磁滞 回线。
B c
b a 0
bc段是磁化曲线的膝部
磁滞回线中B的变化总 是落后于H的变化说明 铁磁材料具有磁滞性；
C点以后是饱和段 ab段是上升段 起始磁化 曲线反映 了什么？
H
饱和磁感应强度Bs是把足够大的磁 场Hs加到磁性体后的自发磁化，即是饱 和磁化强度Ms有以下的关系： Bs=Ms+μ0Hs 式中μ0表示真空磁导率， μ0=4π×10-7H/m。 大部分的软磁铁氧体的Ms处于200500mT范围之间，而且在103-104A/m 的磁场内饱和。因此，μ0Hs的值为110mT可忽视，饱和磁感应强度可看作 与饱和磁化强度几乎相等。
磁性参数与测量：磁损耗 （5）
3 大信号下的功率损耗Pc
为标准化PC的测量，通常情况下根据使用情况指定 测试频率与Bm，如： 16KHz 150mT; 25Khz 200mT ; 100KHz 200mT等
测量方法
磁性参数与测量：磁滞回线 （1）
1 饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、 矫顽力Hc