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磁性材料與應用(3)
瀏覽次數:2219次 發布日期:2018-11-20

軟磁合金粉芯的基礎理論 (3)

                       (品質系數和損耗)
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引 言

前期已經說明了電和磁是有密切關系且共存的存在。

在開始學習磁性材料之前,先了解一下,解釋磁性能時出現頻率較多的,關于電和磁的主要特性及用語。


品質系數(Quality Factor)可以簡稱為Q Factor,一般會認為Q高就是損耗小,但是在實際產業中,根據使用的頻率,磁性體特性,銅線的條件等使用條件,實際損耗和Q出現不定性關系的情況也很多。

一般在交流磁界,磁芯的損耗由磁滯損耗(hysteresis loss), 渦流損耗(eddy current loss),剩余損耗(residual loss)三部分組成。image.png
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根據頻率的變化,測導磁率和Q會發現,隨著頻率提高,Q會逐漸變小,在一定頻率就測不到Q了。導磁率雖然無關頻率,數據穩定的,但是在無法測Q的頻率中導磁率也測不出,因此要根據磁芯的特性和材質,頻率要不同。

在應用到實際電路的時候,要掌握好各個頻率中的Q特性和損耗,選擇適合的材質使用。在低頻環境中,效率可能沒有多大差異,但隨著頻率提高,渦流損耗的影響會越大,所以要掌握好各個頻率中的損耗。磁滯損耗是相對于B-H曲線面積的值,是指供給到磁界的能量因為磁滯現象,除去磁場也不會返還到全部電路,成為熱而消耗的損耗,這種損耗受磁性材質的成分或不純物的影響。

像金屬粉末磁芯,粉末粒子越小,結晶粒越大,Q值越大,因為粉末粒子或者結晶粒越小,越能更好地控制渦流損耗。


以上講的是品質因素Q和損耗的關系。在下面再整理一下,磁性物體最重要的特征之一—損耗。

1)磁滯損耗

因為磁性物體的磁滯而發生,電流增加時,開始磁速會慢慢產生,逐漸會以大比例增加,到達一定程度后磁速的增加率逐漸減少,直到飽和不再增加。關于B-H曲線,以后會單獨細講。

磁性物體的B-H曲線,因為磁性物體固有的特征,在使用交流的時候,損耗相當于曲線面積,磁速不再增加的磁飽和現象是將磁性物體適用到變壓器時,會是一種很有用的特性。

換言之,在變壓器1側的電流即使變得再大,因為磁飽和現象,發生的磁速會被限制,所以在2側只有限定的電流。

2)渦流損耗

有磁界存在,就能產生電流。磁界根據右手螺旋法,會向螺旋方向,磁性物體會發生電流。因為發生電流,有電流的物體會有電阻,所以會產生熱,造成能量的損耗。

為了減少此類渦流損耗,有必要減少螺旋式電流的路徑,為此合金粉末的磁芯需要減小粉末大小,為了防止金屬粉末之間有電流,導致路徑變大,還要將金屬粉末表面絕緣,防止金屬粉末表面有電流。



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