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(2018-10-13 22:42:21)
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多种材料的磁导率 |
小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高;
损耗小。
铁氧体磁芯的电阻率高、频率范围宽、成本低,在小功率脉冲变压器中应用较多,但其Δ B 和m p 均较低,温度稳定性差,一般用于对顶降和后沿要求不高的场合
(3).电感器磁芯
铁芯电感器是一种基本元件,在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用 , 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点:
在一定温度下长期工作时,电感器的电感量随时间的变化率应保持最小;
在给定工作温度变化范围内,电感量的温度系数应保持在容许限度之内;
电感器的电损耗和磁损耗低;
非线性歧变小;
价格低,体积小。
电感元件与电感量 L 、品质因素 Q 、铁芯重量 W 、绕线的直流电阻 R 有着密切的关系。
电感 L 抗拒交流电流的能力用感抗值 Z L 来表示: Z L = 2 p fL , 频率 f 越高,感抗值 Z L 越大。
电感 L 与铁芯的关系为: L =4N 2 m SK /D′10-9,K为铁芯的填充系数,S为铁芯的截面积,D为铁芯的平均直径, m 为铁芯的磁导率, N 为绕组匝数。
电感中的磁能密度为: d w = m H m 2 / 8 p
电感铁芯的品质因素为: Q = w L /R = 8 p N 2 f m S /RD ′ 10 -9
在铁芯体积一定的情况下,要获得储能大的铁芯,应选恒导磁范围大的材料,即 H m 大的材料;要获得高品质因素的铁芯,应选导磁率 m 大的材料;要缩小铁芯体积和重量,应选 H m 大、m 大的材料。
电感器最常用的有电源滤波扼流圈和交流扼流圈(包括电感线圈)。电源滤波扼流圈用于平滑整流后的直流成分,减小其波纹电压,以得到平稳的直流电。滤波器一般都是在交直流叠加的状态下工作。利用电感元件对交流电的抵抗作用使交流电压大部分降落在电感上。要求电感器在很大的直流磁场范围内具有较大的恒电感量,以及较小的直流电压降。
交流扼流圈用于交流回路中,作为平衡、镇流、限流和滤波等感性元件来使用。交流扼流圈工作于交流状态,无直流磁化,铁芯中磁感应强度的确定取决于负载电流。
电感线圈多数用于高频电路中,如滤波器用电感线圈、振荡回路电感线圈、陷波器线圈、高频扼流圈、匹配电感线圈多数用于高频电路中,如滤波器用电感线圈、振荡回路电感线圈、陷波器线圈、高频扼流圈、匹配线圈、噪音滤波线圈等。多数工作于交流状态,铁芯以铁氧体磁芯使用最多。
(4).尖峰抑制器
开关电源最大的缺点就是容易产生躁声和干扰,这是开关电源的一个重要技术问题。开关电源的噪声主要是由开关功率管和开关整流二级管快速变化的高压切换和脉冲短路电流所引起。采用有效元件把它们限制到最小程度是抑制噪声的主要方法之一。可采用非线性饱和电感来抑制反向恢复电流尖峰。
此时铁芯的工作状态是从-Bs到+Bs。
五尖峰抑制器的性能特点:
A. 初始和最大电感值很高,饱和后残余电感值非线性级不明显。串联接入回路后,当电流升高
的一瞬间显示出高阻抗。作为所谓的瞬间阻抗元件使用。
B. 适合于防止半导体回路中瞬态电流峰值信号、冲击激励电路和由此而伴生的噪声、以及防止
半导体损坏。
C. 剩余电感极小,电路稳定时损耗很小。
D. 与铁氧体制品的性能绝然不同。
E. 只要避免磁饱和,可作为超小型、高电感的电感元件使用。
F. 可作为低损耗的高性能可饱和铁芯用于控制和振荡。
尖峰抑制器要求铁芯材料具有较高的磁导率,以得到较大的电感量;高矩形比可使铁芯饱和时,电感量应迅速下降到零;矫顽力小、高频损耗低
, 否则铁芯放热不能正常工作。
铁磁质的最主要特性是磁导率非常高,在同样的磁场强度下,与真空或弱磁材料相比,铁磁质中磁感强度的大小 要大得多。
铁磁质还具有一些不同于弱磁材料的特性:
(1)铁磁质的磁感强度B 与磁场强度H 的关系是非线性关系,一般用磁化曲线来描述。
(2)铁磁质的磁化过程是不可逆的,具有磁滞现象,整个磁化过程形成磁滞回线。
铁磁质的磁化机理需要用磁畴理论来说明。
(1)在铁磁质中存在着许多被称为磁畴的小的自发磁化区,它们决定了铁磁质的磁化性质。 (2)铁磁质被磁化时,其内部出现磁壁移动和磁畴转向的过程,可以使磁场极大地增强。 (3)铁磁质要保持其强磁特性,工作温度必须在"居里点"以下。
按铁磁质性能的不同,可将其分为两大类:即软磁材料和硬磁材料。
按铁磁质化学成分的不同,也可将其分为两大类:即金属磁性材料和非金属磁性材料--铁氧体。硅钢
硅钢是含硅量在3%左右、其它主要是铁的硅铁合金。是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金,亦是产量最大的金属功能材料,主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。它的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专利形式加以保护,视为企业的生命。
电工钢板的制造技术和产品质量是衡量一个国家特殊钢生产和科技发展水平的重要标志之一。目前我国冷轧电工钢数量、质量、规格牌号,还不能满足能源(电力) 工业发展的需求,在生产技术、设备、管理及科研等方面与日本相比,存在较大差距。
硅钢分类:
热轧硅钢片:
热轧硅钢片是将Fe-Si合金用平炉或电炉熔融,进行反复热轧成薄板,最后在800-850退火后制成。热轧硅钢片主要用于发电机的制造,故又称热轧电机硅钢片,但其可利用率低,能量损耗大,近年相关部门已强冷要求淘汰。
冷轧无取向硅钢片:
冷轧无取向硅钢片最主要的用途是用于发电机制造,故又称冷轧电机硅钢。其含硅量
0.5%-3.0%,经冷轧至成品厚度,供应态多为0.35mm和0.5mm厚的钢带。冷轧无取向
硅钢的Bs高于取向硅钢;与热轧硅钢相比,其厚度均匀,尺寸精度高,表面光滑平整,从而提高了填充系数和材料的磁性能。
冷轧取向硅钢片:
冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造,所以又称冷轧变压器硅钢。与冷轧无取向硅钢相比,取向硅钢的磁性具有强烈的方向性;在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造,所以又称冷轧变压器硅钢。与冷轧无取向硅钢相比,取向硅钢的磁性具有强烈的方向性;在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3,磁导率之比为6:1,其铁损约为热轧带的1/2,磁导率为后者的2.5倍。
高磁感冷轧取向硅钢片:
高磁感冷轧硅钢带皆为单取向钢带,主要用于电信与仪表工业中的各种变压器、扼流圈等电磁元件的制造。其应用场合有两个主要特点,一是小电流即弱磁场条件下,要求材料在弱磁场范围内具有高的磁性能,即高的μ0值和高的B值;第二个特点是使用频率高,通常都在400Hz以上,甚至高达2MHz。为减小涡流损耗和交变磁场下的有效磁导率,一般使用
0.05-0.20mm的薄带。
·磁性来源:
磁性来源于原子中电子的运动。
我们知道,物质是由原子组成的,而原子又是由原子核和核外电子组成的。原子核和电子均由于运动而产生磁矩,但原子核的磁矩远小于电子磁矩,所以原子磁矩主要来源于电子磁矩,并且电子磁矩有包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。见图示:
量子力学表明,原子的核外一般分布有若干个电子,并且当电子分布在几个层次上时,由于内层电子之间的磁矩相互抵消,所以只有外层电子才对原子磁矩起作用。而只有3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素在一部分电子磁矩抵消以后,还剩余一部分电子磁矩没有被抵消。这样,这些元素原子具有总的原子磁矩。
在此基础之上,由于"交换作用"的机理,这些原子磁矩得以按相同方向整齐排列起来,整个物体也就有了磁性。当然,抵消以后由于原子磁矩大小的不同,最终磁体显示的磁性强弱也不同。
·自发磁化:
当原子核外电子的自旋磁矩不能相互抵消时,便会产生原子磁矩。同时,如果在交换作用下,所有原子的磁矩能按一个方向整齐排列时,物体才会对外显示磁性,成为磁性材料。这种原子磁矩的整齐排列现象,就称为自发磁化。见图示:
·磁畴:
所谓磁畴,是指磁性材料内部的一个个小区域。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。磁畴内
原子磁矩一致整齐排列。在材料未被磁化时,磁畴之间原子磁矩方向各不相同。只有当磁性材料被磁化以后,它才能对外显示出磁性。实际的磁性材料中,磁畴形貌五花八门,如条形畴、树枝状畴等。
既然磁畴内部的磁矩排列是整齐的,那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢?在畴壁的一侧,原子磁矩指向某个方向,假设在畴壁的另一侧原子磁矩方向相反。那么,在畴壁内部,原子磁矩必须成某种形式的过渡状态。实际上,畴壁由很多层原子组成。为了实现磁矩的转向,从一侧开始,每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度,并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大,到另一侧时,磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同
的方向。见图示:
·N极:
小磁针被自由放置时,指向地磁场北极的磁极称为北极(N极)。
·顺磁性材料:
磁导率略大于1的材料。
·铁磁材料:
磁导率远大于1(几十到几千)且显示磁滞现象的材料。
·永磁材料:
具高矫顽力的磁性材料。永磁材料磁化时需较强的外磁场,且被磁化后磁
性不容易消失,可对外部空间提供稳定磁场。关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种:
具高矫顽力的磁性材料。永磁材料磁化时需较强的外磁场,且被磁化后磁性不容易消失,可对外部空间提供稳定磁场。关于钕铁硼永磁体常用的衡量指标有以下四种:
剩磁(Br)单位为特斯拉(T)和高斯(Gs) 1T=10000Gs
将一个磁体在外磁场的作用下充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁体表现的磁感应强度我们称之为剩磁。它表示磁体所能提供的最大的磁通值。从退磁曲线上可见,它对应于气隙为零时的情况,故在实际磁路中没有多少实际的用处。钕铁硼的剩磁一般是11500高斯以上。磁感矫顽力(Hcb)单位是奥斯特(Oe)或安/米(A/m) 1A/m=79.6Oe
磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力(Hcb)。但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。(对外磁感应强度表现为零)此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。钕铁硼的矫顽力一
般是10000Oe以上。
内禀矫顽力(Hcj)单位为奥斯特(Oe)或安/米(A/m)
使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度,我们称之为内禀矫顽力。内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量,是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。在磁体使用中,磁体矫顽力越高,温度稳定性越好。
磁能积((BH)max ) 单位为兆高·奥(MGOe)或焦/米3(J/m3)
退磁曲线上任何一点的B和H的乘积既BH我们称为磁能积,而B×H的最大值称之为最大磁能积,为退磁曲线上的D点。磁能积是恒量磁体所储存能量大小的重要参数之一。在磁体使用时对应于一定能量的磁体,要求磁体的体积尽可能小。
·各向同性磁体:
任何方向磁性能都相同的磁体。
·各向异性磁体:
不同方向上磁性能会有不同;且存在一个方向,在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体。
·取向方向:
各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。也称作"取向轴","易磁化轴"。
·磁滞回线:
铁磁材料在经过充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性变化时,所获得的关于磁感应强度(横坐标)相对于磁场强度(纵坐标)变化的闭合曲线。见图示:
·退磁曲线(即B-H曲线):
磁滞回线中,位于第二象限中的部分我们称之为退磁曲线。也即我们所说的B-H的曲线。如图所示:
·退磁曲线的膝点:
磁体退磁曲线上发生突变、明显发生弯曲的点。室温时退磁曲线呈直线的磁体,在温度升高到一定程度时都会出现膝点。如果磁体的工作点在膝点以下,磁体在动态磁路中工作时会产生不可逆损失。
·负载线:
连接工作点和退磁曲线坐标原点的一条直线(见上图)。
·磁化强度:
指材料内部单位体积的磁矩矢量和,用M表示,单位是安/米(A/m)。
·磁感应强度:
磁感应强度B的定义是:B=μ0(H+M),其中H和M分别是磁化强度和磁场强度,而μ0是真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度,即单位面积内的磁通量。单位是特斯拉(T)。 CGS 单位制中的单位为高斯(Gauss)。
·磁通:
给定面积内的总磁感应强度。当磁感应强度B均匀分布于磁体表面A时,磁通?的一般算式为? =B×A。磁通的SI单位是麦克斯韦。
·漏磁通:
磁体回路中未能通过工作气隙而被泄漏的那部分磁通。
·磁场强度:
指空间某处磁场的大小,用H表示,它的单位是安/米(A/m)。
·相对磁导率:
媒介磁导率相对于真空磁导率的比值,即μr = μ/μo。在CGS单位制中,μo=1。另外,空气的磁导率在实际使用中往往值取为1。
·磁导:
磁通Φ与磁动势F的比值,类似于电路中的电导。是反映材料导磁能力的一个物理量。·磁导系数,Pc :
即为导磁率,磁感应强度Bd与其磁化强度的比率,即Pc = Bd/Hd。也即我们所说的"负载线"或磁体的工作点。导磁率可用来衡量磁性材料被磁化的容易程度,或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。磁导系数可用来估计各种条件下的磁通值。在
磁路中,近似有:Bd/Hd = lm/Lg,其中lm是磁体的长度;Lg是相对应磁体气隙的长度。因此Pc是磁路设计中的一个重要的物理量。
即为导磁率,磁感应强度Bd与其磁化强度的比率,即Pc = Bd/Hd。也即我们所说的"负载线"或磁体的工作点。导磁率可用来衡量磁性材料被磁化的容易程度,或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。磁导系数可用来估计各种条件下的磁通值。在磁路中,近似有:Bd/Hd = lm/Lg,其中lm是磁体的长度;Lg是相对应磁体气隙的长度。因此Pc是磁路设计中的一个重要的物理量。
·居里温度:
对于所有的磁性材料来说,并不是在任何温度下都具有磁性。一般地,磁性材料具有一个临界温度Tc,在这个温度以上,由于高温下原子的剧烈热运动,原子磁矩的排列由有序变成无序。在此温度以下,原子磁矩一致排列,产生自发磁化,材料呈铁磁性。
·磁路:
磁通流经的回路称为磁路。永磁体和磁轭、气隙、极靴等构成闭合磁路。
·气隙:
磁回路中磁导率为1的间隙部分,一般为空气间隙,但是也可为其它介质。
·气隙长度-Lg:
磁路中气隙的长度。
·磁动势-F:
它是磁路中任意两点间磁势的差值,类似于电路中的电压。
·磁阻-R:
磁动势与磁通的比值称为磁阻,即R= F/? (类似于欧姆定律),其中F是磁动势,? 是磁
通(CGS单位制)。类同于电路中的电阻。
·磁轭:
放置在磁体回路或两磁极中心、引导磁力线通过以减少磁通损失的高磁导率材料,一般为软磁铁、纯铁或低碳钢。
·极靴:
放置在磁极处的用来约束磁束的分布及改变其流向的铁磁性材料。
·涡流:
当磁场发生变化时,传导电流之中所产生的环形电流称之为涡流。涡流能产生反向磁场。涡流对于转动速度或者其它大多数磁路设计都是有害的,故涡流应尽量降低到最小。
·磁饱和度:
任何可导磁材料在一定条件下都可达到饱和的状态。铁磁材料在将其磁化时会达到饱和。钢铁的磁饱和度为16000到20000高斯。
·稳定性:
是衡量磁体抗退磁能力的物理量;影响磁体稳定性的因素有温度或外磁场等。
·可逆温度系数:
一个衡量由温度变化引起的磁性能可逆变化的物理量。
·不可逆损失:
磁体由于外磁场或其它因素引起的局部退磁,这部分损失仅仅在重新磁化时才能被恢复。
高频通道的干扰及其防范
高频通道的干扰及其防范
近年来,随着微机型高频保护的广泛应用,设备抗干扰问题越来越重要。从1995年至1997年,系统共发生高频方向、高频闭锁出口误跳4
次,柘泉线高频相差误动4次。这些均是由于区外发生故障引起相差保护误动的。这些不明原因的误动对系统造成了很大危害。所以,对系统的干扰因素我们必须有一个
近年来,随着微机型高频保护的广泛应用,设备抗干扰问题越来越重要。从1995年至1997年,系统共发生高频方向、高频闭锁出口误跳4次,柘泉线高频相差误动4次。这些均是由于区外发生故障引起相差保护误动的。这些不明原因的误动对系统造成了很大危害。所以,对系统的干扰因素我们必须有一个
清晰的认识。
1干扰的种类和产生机理
作为电磁干扰主要是以感应形式存在,无外乎3种情况:
a.静电感应电压,Un∞jωC Us,式中Un为耦合感应电压;Us为干扰源电压。静电耦合感应主
要在无线电频率下由电气设备相互近距离而形成的感应,它与频率、耦合电容、干扰源电压成正比。
b.电磁感应Un=jωM Is,式中M为互感系数;Is为干扰电流。这种感应是由互感M引起的干
扰电压,在设备内部配线以及超近距离的设备外配线间均可引起干扰。
c.电导感应Un=ZcIs,在感应回路和被感应回路的共同阻抗流过干扰电流引起的干扰电压。电
源输出和接地线等阻抗均可引起干扰。
1.1电磁式继电器的电磁干扰
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