应力对铁氧体性能的影响
1引言
DSL等高速网络接入技术的发展需要高性能的变压器用铁氧体磁心。在变压器的绕线、胶封和封装的过程中都会产生应力,它们对铁氧体磁心的磁性能产生影响,从而最终影响变压器的性能。
为了测试初始磁导率μi对应力的敏感度,试验过程中对不同种类的宽带用铁氧体材料制备的环形磁心进行了测试。在测试过程中,用静压力来模拟磁心封装所受的应力,用单向加压来模拟磁心在胶封时所受的应力。
2静压力作用下的测试结果
图1示出了磁导率与静压力的关系,测试时选用了三种典型的磁导率不同的宽带铁氧体材料:T57、T38和T66。可以看出材料的初始磁导率越高,对应力越敏感。
可用下式来描述初始磁导率随应力的变化:
(1)
式中,μi0表示无外应力存在下铁氧体材料的初始磁导率;σ表示外应力;k是材料特性常数,它可以表示为饱和磁通密度Bs和磁致伸缩系数λS的函数:
(2)
对不同的材料,常数k可以用线性回归方法从图1中的数据得到。表1列出了用该方法得到的不同铁氧体材料的k参数和相关系数。
3单向压力作用下的测试结果
在单向压力作用下,铁氧体环形磁心受到一个沿z轴方向的作用力。单向压力作用下的测试结果表明,不同初始磁导率材料对该应力的敏感度不同,材料的k值与静压力作用情况下相比,大约大10倍,达到30×10-6MPa-1。借助于公式(2)可以看出,在静压力作用下,材料的磁致伸缩系数大约为10-7量级,在单向压力作用下,材料的磁致伸缩系数大约为10-6量级。
4特征损耗因子
图2示出了静压力对材料特征损耗因子的影响。试验发现,应力对特征损耗因子的影响与应力对材料初始磁导率的影响之间没有直接联系,应力对特征损耗因子的影响与无外应力作用下材料初始磁导率的大小也不直接相关。
在对称激励条件下,磁滞常数ηB与三次谐波直接相关,从而对变压器的谐波失真性能产生重要影响。磁滞常数对DSL应用中的宽带变压器非常重要。图3示出了静压力对磁滞常数ηB的影响。
5结论
选用三种不同铁氧体材料制成的环形磁心,在应力作用下,对小信号传输过程中三个主要参数初始磁导率、损耗因子和磁滞常数的变化情况进行了测试。测试时用静压力来模拟磁心封装所受的应力,用单向加压来模拟磁心在胶封时所受的应力。
结果表明,在两种应力作用的情况下,材料的初始磁导率μi都下降,磁滞常数ηB都增加。但与静压力作用下相比,在单向压力作用下初始磁导率的下降要大一个数量级。材料的初始磁导率越高,对应力越敏感。但是,应力对磁滞常数ηB的影响与材料初始磁导率的高低不存在直接的联系,而主要由材料的微结构决定。
当铁氧体磁环或罐型磁心胶封或封装时,要受到较大的应力作用。这些应力对磁心的磁导率是否产生影响,影响的程度有多大,有时候却要凭经验来判断。
参考文献:
[1]Helko Meuche, Detlef Lange, ANH Hung Nguyen. EPCOS Magazine Components. Issue, July 2005
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