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电力电子电路常用磁芯元件的设计

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电力电子电路常用磁芯元件的设计 一、常用磁性材料的基本知识 磁性元件可以说是电力电子电路中关键的元件之一,它对电力电子装置的体积、效率等有重要影响,因此,磁性元件的设计也是电力电子电路系统设计的重要环节。磁性材料有很多种类,特性各异,不同的应用场合有不同的选择,以下是几种常用的磁性材料。 1.低碳钢 低碳钢是一种最常见的磁性材料,这种材料电阻率很低,因此涡流损耗较大,实际应用时常制成硅钢片。硅钢片是一种合金材料(通常由 97%的铁和 3%的硅组成),它具有很高的磁导率,并且每一薄片之间相互绝缘,使得材料的涡流损耗显著减小。磁芯损耗取决于材料的厚度与硅含量,硅含量越高、电阻率越大。这种材料大多应用于低频场合,工频磁性元件常用这种材料。 2.铁氧体 随着工作频率的提高,对磁芯损耗的要求更高,硅钢片由于制造工艺的限制,已经很难满足这种要求,铁氧体就是在这种形势下出现的。 铁氧体是一种暗灰色或者黑色的陶瓷材料。铁氧体的化合物是 MeFe2O4,这里 Me 代表一种或几种二价的金属元素,例如,锰、锌、镍、钴、铜、铁或镁。这些化合物在特定的温度范围内表现出良好的磁性能,但是如果超出某个温度值,磁性将失去,这个温度称为居里温度(Tc)。铁氧体材料非常容易磁化,并且具有相当高的电阻率。这些材料不需要像硅钢片那样分层隔离就能用在高频的应用场合。 高频铁氧体磁性材料主要可分为两大类:锰锌(Mn Zn )铁氧体材料和镍锌(NiZn )铁氧体材料。比较而言,NiZn 材料的电阻率较高,一般认为在高频应用场合下具有较低的涡流损耗。但是最近的研究表明,如果颗粒的尺寸足够小而且均匀,在几兆赫兹范围内Mn Zn 材料显示出较 NiZn 材料更为优越的特性,例如,TDK 公司的H7F 材料以及 MAGNETICS 公司的K 材料就是采用这种技术,适用于兆赫兹工作频率下工作的新型铁氧体材料。 3.粉芯材料 粉芯材料是将一些合金原料研磨成精细的粉末状颗粒,然后在这些颗粒的表面覆盖上一层绝缘物质(它用来控制气隙的尺寸,并且降低涡流损耗),最后这些粉末在高压下形成各种磁芯形状。 由于原料成分的不同,粉芯材料又可分为铁粉芯、钼坡莫合金粉芯(MPP)和高磁通粉芯(铁镍磁粉芯)等材料。 铁粉芯是所有粉芯材料中最为便宜的材料,磁导率一般在4~80 左右。由于颗粒之间相互都绝缘,与硅钢片相比虽然涡流损耗被大大地降低,但高频情况下由损耗导致的温升仍很高。所以铁粉芯一般用于较低...

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