常見問題

磁性材料應用入門

因為要做6KW，0.9MHz高頻焊接機，必須要接觸磁學，目前高頻焊接機已經(jīng)初步完成，故把磁學的基本概念總結一下，一為自己今后復習，二為做開關電源方面的朋友提供參考，理清思路。
磁學因為大家接觸的不多，不常用，所以相對比較陌生，往往局限于開關電源行業(yè)，并且大部分設計開關電源的以參考別的電路為主，很少有自己設計的，所以往往對其理論理解不深，此為其一。磁學有兩套單位，如MKS（米-千克-秒）和CGS（厘米-克-秒）兩套單位制度，國內(nèi)教學一般采用MKS制，但工程實際采用CGS值，并且名詞太多，比較混淆，此為其二。磁性材料種類較多，并且參數(shù)測量不方便，也少有儀器測量，比如磁導率、感應磁感應強度等，最容易的電感值，一般的萬用表也沒有，都需要用專用儀器，此為其三。以上這些，制約了磁學的普及推廣。
根據(jù)實際工程需要，我們一般需要了解這么幾個指標
1、電感值，這個建議采用專業(yè)儀器直接測量，手持式的價格不貴
2、發(fā)熱損耗，這個建議用溫度槍來測量，價格也不貴，只要保證在工作范圍內(nèi)即可。
3、飽和磁感應強度，是不允許磁飽和的，否則此電感失效導致設備炸機，尤其是開關電源上，本文的核心就是為了獲取這個值。

本文基于CGS實用單位制，采用Gs（高斯）和Oe（奧斯特）為單位，討論的對象是均勻閉合類磁性材料，如磁環(huán)，E型變壓器。pi為圓周率
1、磁場的產(chǎn)生在實際中是基于閉合的電流，當一個磁環(huán)在有外部閉合線圈時，那么這個線圈產(chǎn)生的激勵磁動勢用mmf（等價于電場的電壓概念）表示：
mmf = 0.4π*NI，N指圈數(shù)，I是通過線圈的電流，這個是產(chǎn)生磁場的原動力
2、因為內(nèi)部微小電流產(chǎn)生的磁場會同步于外部，當外部磁場撤銷的時候，內(nèi)部的磁場還存在形成一個同方向的閉合大磁場，需要足夠長的時間才能被分子熱運動打亂，這
個就取決于不同的材料，可以分為軟磁性材料跟硬磁性材料，硬磁性材料當外部電流撤銷后，內(nèi)部的磁場還長期保留，形成了磁鐵。軟磁性材料一般當外部磁場撤銷后內(nèi)部磁場也馬上消失，但這個也需要一個時間，因為這個時間的存在，或者把內(nèi)部微小磁場與外部磁場同步需要時間，這個就產(chǎn)生了磁滯回路，也就是損耗，一般頻率越高，損耗越大。
3、具體磁場的大小也即磁場強度，受制于磁性材料的回路長度：
H = mmf / L(奧斯特) 當為磁環(huán)的時候，L = 2πR,R為磁環(huán)的半徑, 注意此處L單位為cm(厘米)
4、H是磁場的原動力，當碰到不同的材料，他們內(nèi)部的微型自閉合電流環(huán)會與外部的磁場方向一致，增強了其內(nèi)部的磁場，所以有了磁感應強度B和磁導率μ
B = μ*H（Gs高斯）
1T（特斯拉） = 10000Gs（高斯）
5、真空中的μ= 1，其他的材料一般都大于1
6、綜合以上:
B = 0.2μ*N*I/R
只要計算出來這個值不超過材料的飽和磁感應強度值即可
7、μ和Bmax，一般磁性材料廠家可以提供，并且根據(jù)材料的分類，我們也可以大概的知道范圍：
硅鋼錳鋅鎳鋅鐵粉芯鐵硅鋁
應用工頻 <1MHz >1MHz 高頻濾波高頻濾波
μ 1.5K 750~15K 15~1500 4~100 26~125
Bmax（T）1.5~1.8 0.3~0.5 0.3~0.5 0.5~1.4 1
8、材料說明
a、硅鋼片一般用于工頻變壓器及電機類設備，工作頻率在50Hz附近
b、錳鋅因為性價比高，大量應用于當前的開關電源功率變化級上，根據(jù)不同的損耗頻率，可以細分很多級別，一般的講，μ越高損耗越大，所以越高頻率的u值越低。
c、鎳鋅跟錳鋅形成互補，一般用于較高的頻率上，因為大于1MHz，大量應用于EMI器件，抗輻射干擾。鎳鋅的磁環(huán)基本上不導電，這個是最簡單的區(qū)別錳鋅（錳鋅磁環(huán)導電）的地方。
d、鐵粉芯因為性價比高，大量應用于開關電源輸出濾波環(huán)節(jié)，這個往往帶有很強的直流分量而交流分量不大，采用鐵粉芯的低導磁率可以抗磁飽和。
e、鐵硅鋁價格較高，但性能是鐵粉芯的2倍，功能跟鐵粉芯一樣，往往替代鐵粉芯為了降低發(fā)熱量的。

上一個：如何確定運用真空球閥的工況的工作溫度下一個：稀土和磁性材料是什么關系?