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简述合成磁心

2005-09-07 08:54:43 来源:《国际电子变压器》第9期

1引言
磁心是电子变压器、电感器中不可缺少的重要元件,为了制造出高品质的变压器、电感器,选择和提高磁心的品质、形状至关重要。近几年来,磁心材料领域的发展神速,为变压器、电感器的发展奠定了基础。但是,由于电子设备的多样性,变压器、电感器的形式千差万别。虽然磁心的品种和形式很多,然而也是有限的。于是,我们常常采用磁心的合成来满足变压器、电感器的需要。磁心的合成大体分两类:一类是相同材质、相同性能的磁心合成;二类是不同材质、不同性能的磁心合成。我们把它们统称为合成磁心。
2两类合成磁心
2.1第一类相同材质、相同性能的合成磁心。
我们在设计中、大功率的各类变压器、电感器时,常常采用多块磁心并起来使用,我们称之并列式合成磁心。这样,既提高了变压器、电感器的功率容量,也提高变压器、电感器的散热表面积,也给磁心加工生产带来便利;同时也达到省铜的目的。在电子设备中应用也很广泛。如图1用两块(或多块)磁心合成的两种基本形式的合成磁心。
2.2第二类不同材质、不同性能的合成磁心。
在国外的电子设备中早已得到了应用,我国在这方面的应用比较滞后。于2002年,《国际电子变压器》第一届编委黄永富曾发表《关于开发合成磁心问题的想法》,他指出:“合成磁心是一种免开气隙磁心,在直流偏磁条件下,磁心不会饱和,而且可以做到不产生电磁干扰(EMI)。用它来制作变压器或电感器,是再好不过了。”(如图2)
图2的合成磁心是采用两种不同材质、不同性能的磁心合成,磁心A采用较低磁感应强度磁性材料制作而成(如1J79类等)。由于磁心A、B是由不同材质、不同性能的磁心合成,一般情况下,磁心A和磁心B的比例不一样,磁心A应大于磁心B。如果磁心A用1J79的磁性材料,磁心B用1J51的磁性材料,它们之间的比例大概为66%和33%。对于磁心B可以有气隙,也可以不要气隙。
3分析第二类合成磁心的优势
由不同材质、不同性能磁心合成的第二类合成磁心,由于其中一种磁心的磁性材料具有较高磁感应强度,使它比用相同材质、相同性能磁心合成的第一类合成磁心通过的磁能大,同时其产生的损耗也小。
3.1  磁路和电路的分析
这种合成磁心的等效磁路和电路如图3所示。
从合成磁心的等效磁路中分析:
Φ=B×S
因为磁心B的磁感应强度(B)较高,与同样截面的磁心A相比它通过的磁通量Φ要大,所以在制作合成磁心时,磁心B比例可以小一些。这样,第二类合成磁心比第一类合成磁心的体积要小一些。
从合成磁心的等效电路中分析:

因为磁心B的磁导率μ降低(一般情况下,磁心B有气隙),励磁电感L有所降低,它们的并联阻抗Z有所提高。所以变压器所需励磁电流Im有所减少。这样,第二类合成磁心比第一类合成磁心的损耗要小一些。
3.2磁滞回线比较
我们将不同材质、不同性能的合成磁心的磁滞回线与常用的非切割磁心、切割磁心的磁滞回线进行比较(如图4)。从磁滞回线的图中可以看出,第二类合成磁心比常用的非切割磁心更不容易饱和;同时,第二类合成磁心比常用的切割磁心损耗小很多。
3.3电流冲击比较
从图5的电流波形中可以看出,合成磁心的基本性能介于切割和非切割之间。非切割磁心所带来的电流冲击很大,切割后的磁心虽然所带来的电流冲击很小,但所带来的损耗是显而易见的,而且无论磁心端面磨得多平,损耗总是存在,机械噪声总是存在。合成磁心集这两种磁心的优势于一体,是一类较好的磁心。值得广大变压器设计师采纳和应用。

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