磁性材料基本參數(shù)詳解課件

內(nèi)容磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線磁性參數(shù)與測(cè)量磁性材料應(yīng)用磁性材質(zhì)介召SPINEL內(nèi)容磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類SPINEL1磁芯鐵氧體磁芯合金類磁芯錳鋅系材*鎳鋅系材鎂鋅系材硅（矽）鋼材鐵粉芯鐵硅鋁合金鐵鎳合金鉬坡莫合金非晶、微晶合金磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類SPINEL磁芯鐵氧體磁芯合金類磁芯錳鋅系材*鎳鋅系材鎂鋅系材硅（矽）鋼2A）錳鋅系組成約為：Fe2O371%,MnO20%,其他為：ZnO電阻率高(10ohm-cm)磁心損耗低居里溫度高形狀：EE，EI，ER，PQ，RM，POT等型式。用途：功率變壓器、EMI共模濾波器、儲(chǔ)能電感等磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類SPINELA）錳鋅系組成約為：Fe2O371%,MnO20%,3B）鎳鋅系組成約為：Fe2O350%,NiO24%,其他為：ZnO電阻率很高(107ohm-cm)工作頻率高鐵心損耗較錳鋅系高居里溫度高型式：DR，R，環(huán)形等。用途：常模濾波器、儲(chǔ)能電感等磁學(xué)常識(shí)：磁性材料分類SPINELB）鎳鋅系組成約為：Fe2O350%,NiO24%,4鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，因此在這些極小的區(qū)域內(nèi)就形成了一個(gè)個(gè)天然的磁性區(qū)域—磁疇。磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源1鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性，是因?yàn)樵谒鼈兊膬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。磁疇是怎么形成的？磁疇因受外磁場(chǎng)作用而順著外磁場(chǎng)的方向發(fā)生歸順性重新排列，在內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。（a）無(wú)外磁場(chǎng)情況（b）有外磁場(chǎng)情況SPINEL鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向5BHBHBHBH(A)(B)(C)(D)磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源2SPINELBHBHBHBH(A)(B)(C)(D)磁學(xué)常識(shí)：磁性來(lái)源26BHHcBsBr磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線1Iuφ電路部分磁路部分H=NI/LeLe有效磁路長(zhǎng)度B＝μHμ導(dǎo)磁率Φ=BAeH磁場(chǎng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Br剩磁Hc矯頑力

μ導(dǎo)磁率SPINELBHHcBsBr磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線1Iuφ電路部分磁路部分H7磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料具有磁飽和性。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說(shuō)明鐵磁材料具有磁滯性；軟磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線2SPINEL磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。8磁芯線圈中通過(guò)交變電流時(shí)，H的大小和方向都會(huì)改變，鐵心在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化的過(guò)程中，B的變化總是滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯性；當(dāng)H減為零時(shí)B并不為零。

磁導(dǎo)率可達(dá)102~104，由軟磁材料組成的磁路磁阻很小，在線圈中通入較小的電流即可獲得較大的磁通。

B不會(huì)隨H的增強(qiáng)而無(wú)限增強(qiáng)，H增大到一定值時(shí)，B不能繼續(xù)增強(qiáng)。高導(dǎo)磁性磁滯性和剩磁性磁飽和性：磁學(xué)常識(shí)：磁化曲線3

9磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（1）1起始磁導(dǎo)率μi1μ0

μi是材料在弱場(chǎng)磁化過(guò)程中的一個(gè)宏觀特性表示量。是磁性材料的磁導(dǎo)率（B/H）在磁化曲線始端的極限值，μi=

B式中：limH→0BHμ0為真空磁導(dǎo)率（4π×10-7H/m）;H為交流磁場(chǎng)強(qiáng)度（A/m）;B為交流磁通密度（T）(測(cè)試時(shí)應(yīng)小于0.25mT)。注：μi通常是用規(guī)定尺寸的環(huán)形磁芯測(cè)量而得；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（1）1起始磁導(dǎo)率μi1μ10磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（2）1起始磁導(dǎo)率μiμi計(jì)算μi=L/(4.6N2hlg(D/d))×107(適用于環(huán)形磁芯)

式中N……測(cè)試線圈匝數(shù)(N)L……裝有磁芯的線圈的自感量（mH）h……磁芯高度(mm)D……磁芯外直徑(mm)d……磁芯內(nèi)直徑(mm)測(cè)量方法磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（2）1起始磁導(dǎo)率μiμi計(jì)算測(cè)11磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（3）2有效導(dǎo)磁率μe變壓器或電感器磁芯中常用非閉合的E型、U型等配對(duì)磁芯，其磁路各部分形狀尺寸不同，而且其配合面不可避免地仍有殘余氣隙；此時(shí)，必須用有效導(dǎo)磁率μe來(lái)表示磁芯的導(dǎo)磁率；μe=LC1/(4πN2)×107

C1……磁芯磁路常數(shù)(cm-1)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（3）2有效導(dǎo)磁率μe12磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（4）3振幅導(dǎo)磁率μα作功率變換的開(kāi)關(guān)電源變壓器磁芯是工作在高磁通密度下,因此必須引入振幅磁導(dǎo)率參數(shù)才能真實(shí)反映出功率型磁芯在高磁通密度下的磁特性;μα=1/μ0*B/H

(式中規(guī)定的B值比測(cè)時(shí)高出數(shù)百倍以上,例如:200mT)磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率μ（4）3振幅導(dǎo)磁率μα13磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（1）1損耗因子tanδ

表示小信號(hào)下材料的損耗特性,由于磁芯損耗引起信號(hào)相移; tanδ=Rs/ωLsRs磁芯及線圈損耗的等效電阻；Ls裝有磁芯的線圈的自感量；tanδ稱損耗因子，表示損耗功率與無(wú)功功率的比值，其磁芯損耗包括磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗即：

tanδ=tanδn+tanδe+tanδr磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗（1）1損耗因子tanδ14氣隙對(duì)損耗因子的影響磁芯開(kāi)制氣隙后，可以增加磁場(chǎng)和溫度的穩(wěn)定性，損耗因子有所下降（tanδ）gap=tanδ·μe/μi比損耗因子，與材料幾何尺寸無(wú)關(guān)，表示小信號(hào)下材料的損耗特性；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（2）1損耗因子tanδSPINEL氣隙對(duì)損耗因子的影響磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗（2）15磁性器件作濾波器的電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素Q來(lái)表示它的質(zhì)量；

Q=1/tanδQ與頻率和繞組參數(shù)有關(guān)；磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（3）

2品質(zhì)因素QSPINEL磁性器件作濾波器的電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素Q來(lái)表示它16磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（4）

3大信號(hào)下的功率損耗PcP=Ph+Pe+Pr(Ph、Pe、Pr表示磁滯、渦流、剩余損耗)磁性材料在高磁通密度下的單位體積損耗。該磁通密度通常表示為：Bm=E/4.44fNAe×106（mT）式中：Bm為磁通密度的峰值（mT）E為線圈兩端的電壓（V）f為頻率（KHz），N為匝數(shù)Ae為磁芯的有效面積（m2）SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗（4）3大信號(hào)下的功率損耗PcP17磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗

（5）

3大信號(hào)下的功率損耗Pc為標(biāo)準(zhǔn)化PC的測(cè)量，通常情況下根據(jù)使用情況指定測(cè)試頻率與Bm，如：16KHz150mT;25Khz200mT;100KHz200mT等測(cè)量方法SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁損耗（5）3大信號(hào)下的功率損耗Pc18磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線

（1）

1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs是把足夠大的磁場(chǎng)Hs加到磁性體后的自發(fā)磁化，即是飽和磁化強(qiáng)度Ms有以下的關(guān)系：

Bs=Ms+μ0Hs

式中μ0表示真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7H/m。大部分的軟磁鐵氧體的Ms處于200-500mT范圍之間，而且在103-104A/m的磁場(chǎng)內(nèi)飽和。因此，μ0Hs的值為1-10mT可忽視，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可看作與飽和磁化強(qiáng)度幾乎相等。SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線（1）1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩19磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線

（2）

1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc由于軟磁材料在交變磁場(chǎng)中存在不可逆磁化而形成磁滯回線。如左圖：Bs為磁化到飽和狀態(tài)下的磁通密度；Br為從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩余的磁通密度；Hc為從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，磁芯繼續(xù)被反向的磁場(chǎng)磁化，直至磁通密度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力。SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁滯回線（2）1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩20磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性αμ定義為：由于溫度的改變而引起的被測(cè)量的相對(duì)變化與溫度變化之比。例：磁導(dǎo)率的溫度系數(shù)為：αμ=式中：μ1是T1溫度時(shí)的磁導(dǎo)率，μ2是T2溫度時(shí)的磁導(dǎo)率。因?qū)τ谕环N軟磁材料，其磁芯的αμ/μi值是一個(gè)常數(shù)。故常用αμ/μi來(lái)表示溫度特性。μ2－μ1μ1（T2－T1）SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性磁導(dǎo)率溫度穩(wěn)定性αμ定義21磁性參數(shù)與測(cè)量：截止頻率fr截止頻率fr由于軟磁材料疇壁共振和自然共振的影響，隨著頻率提高，使軟磁材料的μ值下降為起始值的一半且μ″值達(dá)到峰值時(shí)的頻率，稱為截止頻率。SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：截止頻率fr截止頻率fr由于軟22磁性參數(shù)與測(cè)量：居里溫度Tc居里溫度Tc

居里溫度是磁性材料從鐵磁性到順磁性的轉(zhuǎn)變溫度，在這個(gè)溫度磁性材料的磁性將變得很小或消失，它的表示方式有很多，我們一般按下圖進(jìn)行測(cè)量，即隨著溫度升高，磁導(dǎo)率下降到最大值的80%及20%時(shí)，兩點(diǎn)的聯(lián)線，延長(zhǎng)到與溫度軸的交點(diǎn)即為居里溫度。SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：居里溫度Tc居里溫度Tc居里溫23磁性參數(shù)與測(cè)量：其它參數(shù)

電阻率ρ

單位截面積和單位長(zhǎng)度的磁性材料的電阻；和磁芯的渦流損耗有關(guān)系。

密度d單位體積材料的重量d=W/V式中：W為磁性材料的重量，V為磁性材料的體積。磁芯的密度對(duì)Bs、μi等特性有一定影響。電感系數(shù)AL定義為具有一定形狀和尺寸的磁芯上每一匝線圈產(chǎn)生的自感量。

AL=L/N2

式中：L為裝有磁芯線圈的自感量（H），N為匝數(shù)。SPINEL磁性參數(shù)與測(cè)量：其它參數(shù)電阻率ρ密度dSPINEL24磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

以日本TDK公司的產(chǎn)品為代表，現(xiàn)代功率鐵氧體經(jīng)歷了四代： 70年代初開(kāi)發(fā)的HC35材料最高20KHz 80年代初的H7C1（PC30）材料最高100KHz 80年代的H7C4（PC40）材料最高300KHz 90年代中的H7F（PC50）材料500KHz中心SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展以日本TDK公司的產(chǎn)品為25磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

在PC50后，TDK相繼推出超低功耗材料PC44，PC45，PC46，PC47，其功率損耗較PC40降低了約1／4～1／3，主要差別就在于功耗最低點(diǎn)溫度不同，PC45為60-80℃，PC46為40-50℃，PC47則是100℃，它們有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，一旦偏離了功耗最低點(diǎn)，損耗值急劇上升。

2003年其推出的PC95則屬于寬溫低功耗功率鐵氧體新材料，起始磁導(dǎo)率為3300±25﹪；25℃時(shí)飽和磁通量密度為540mT，100℃時(shí)為430mT；25℃～120℃內(nèi)功率損耗均小于350Kw／m3（B=200mT，f=100KHz），在25℃和120℃時(shí)，功耗均為350Kw／m3，80℃時(shí)為280Kw／m3。這種材料是目前性能最為優(yōu)良的功率鐵氧體材料。SPINEL磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展在PC50后，TD26磁性材質(zhì)介召：材質(zhì)發(fā)展

日本TDK公司鐵氧體材料性能表（功率鐵氧體）注