軟磁性材料

軟磁性材料

軟磁性材料指的是當磁化發生在Hc不大於1000A/m,這樣的材料稱為軟磁體。軟磁性材料的剩磁與矯頑磁力都很小,即磁滯回線很窄,它與基本磁化曲線幾乎重合。這種軟磁性材料適宜作電感線圈、變壓器、繼電器和電機的鐵心。常用的軟磁性材料有矽鋼片,坡莫合金和鐵氧體等 。

原理

不同的鐵磁材料磁滯現象的程度不同,磁滯回線水平方向越寬的材料,也就是磁滯回線面積越大的材料,其磁滯現象越嚴重。

磁滯回線面積寬闊,材料的剩磁和矯頑磁力都大,其磁滯損失嚴重,不宜於作交變磁場中工作的鐵心,而適合於作永久磁鐵,這種材料稱為硬磁性材料。

磁滯回線瘦窄,而面積較小,這種材料稱為 軟磁性材料,它的磁滯損失較小,適於交變磁場工作。軟磁材料是電子工業中變壓器、電機等電磁設備所不可缺少的材料。

性能參數

飽和磁感應強度Bs:其大小取決於材料的成分,它所對應的物理狀態是材料內部的磁化矢量整齊排列。

剩餘磁感應強度Br:是磁滯回線上的特徵參數,H回到0時的B值。

矩形比:Br∕Bs

矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量,取決於材料的成分及缺陷(雜質、應力等)。

磁導率μ:是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值,與器件工作狀態密切相關。

初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈衝磁導率μp。

居里溫度Tc:鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降,達到某一溫度時,自發磁化消失,轉變為順磁性,該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。

降低磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc;降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關係為:總功率耗散(mW)/表面積(cm ) 。

分類

1. 矽鋼片

矽鋼片是電源變壓器、電機、阻流線圈和低頻電路的輸入輸出變壓器等設備最常用的材料。矽鋼片質量的好壞,通常用飽和磁感應強度B來表示。好的矽鋼片飽和磁感應強度可達10000高斯以上,看上去晶粒多、片子薄、質脆、斷面曲折。差的矽鋼片只有6000高斯,看上去呈深黑色、片子厚、韌性大、斷面平直。

有一種專供C型變壓器鐵心用的冷軋矽鋼片,它的導磁性能是有方向性的,使用時要沿導磁性強的方向製成狀,用卷繞法作成“C”型變壓器鐵心,其飽和磁感應強度比普通矽鋼片高很多,採用這種矽鋼片可大大提高磁感應強度,減小鐵心的體積和重量。

2. 坡莫合金

坡莫合金又叫鐵鎳合金,它在弱磁場(小電流產生的磁場)下具有獨特的優點,能滿足電信工程的特殊需要。例如超坡莫合金的初始導磁率μ0可達10萬以上。但坡莫合金中含有鎳,比較貴重,不宜廣泛地使用,只在一些要求靈敏度高、體積又必需小的電磁器件中,才採用這種材料,它是一種高級的軟磁性材料。

3. 鐵氧體

鐵氧體是通信設備中大量使用的磁性元件,可以用它作電感和變壓器鐵心。鐵氧體就其形狀來分有E型如圖3-19,罐形如圖3-20和環形如圖3-21所示。E形鐵氧體多用來作變壓器的鐵心,罐形鐵氧體多用來作電感線圈和某些變壓器的鐵心,環形鐵氧體用來作特殊要求的電感線圈。

軟磁性材料 軟磁性材料

鐵氧體是一種非金屬的磁性材料,其電阻率較高,在102~109歐姆—厘米之間,渦流損耗小,起始導磁率大,其值可由幾十到幾千。使用頻率範圍不同,則可選用不同類型的鐵氧體,其頻率可由幾百赫到幾百兆赫。這種磁性材料的主要缺點是機械性能脆,熱穩定性差,飽和磁感應強度低 。

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