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    磁性器件中磁芯的選用及設計


      脈沖變壓器的漏電感Ls=4βπ N21 lm/h

      脈沖變壓器的初級勵磁電感Lm=4μπp Sc N2/l×10-9

      渦流損耗Pe=Um d2td lF/12 N21 Sc

      β為與繞組結構型式有關的系數,lm為繞組線圈的平均匝長,h為繞組線圈的寬度,N1為初級繞組匝數,l為鐵芯的平均磁路長度,Sc為鐵芯的截面積,μp為鐵芯的脈沖磁導率,ρ為鐵芯材料的電阻率,d為鐵芯材料的厚度,F為脈沖重復頻率。

      從以上公式可以看出,在給定的匝數和鐵芯截面積時,脈沖寬度愈大,要求鐵芯材料的磁感應強度的變化量ΔB也越大;在脈沖寬度給定時,提高鐵芯材料的磁感應強度變化量ΔB,可以大大減少脈沖變壓器鐵芯的截面積和磁化繞組的匝數,即可縮小脈沖變壓器的體積。要減小脈沖波形前沿的失真,應盡量減小脈沖變壓器的漏電感和分布電容,為此需使脈沖變壓器的繞組匝數盡可能的少,這就要求使用具有較高脈沖磁導率的材料。為減小頂降,要盡可能的提高初級勵磁電感量Lm,這就要求鐵芯材料具有較高的脈沖磁導率μp。為減小渦流損耗,應選用電阻率高、厚度盡量薄的軟磁帶材作為鐵芯材料,尤其是對重復頻率高、脈沖寬度大的脈沖變壓器更是如此。

      脈沖變壓器對鐵芯材料的要求為:

      ①高飽和磁感應強度Bs值

      ②高的脈沖磁導率,能用較小的鐵芯尺寸獲得足夠大的勵磁電感

      ③大功率單極性脈沖變壓器要求鐵芯具有大的磁感應強度增量ΔB,使用低剩磁感應材料;當采用附加直流偏磁時,要求鐵芯具有高矩形比,小矯頑力Hc。

      ④小功率脈沖變壓器要求鐵芯的起始脈沖磁導率高

      ⑤損耗小。

      鐵氧體磁芯的電阻率高、頻率范圍寬、成本低,在小功率脈沖變壓器中應用較多,但其ΔB和μp均較低,溫度穩定性差,一般用于對頂降和后沿要求不高的場合。

      近年來發展起來的新型逆變弧焊電源單端脈沖變壓器,具有高頻大功率的特點,因此要求變壓器鐵芯材料具有低的高頻損耗、高的飽和磁感Bs和低的Br以獲得大的工作磁感B,使焊機體積和重量減小。常用的用于高頻弧焊電源的鐵芯材料為鐵氧體,雖然其電阻率高而具有低的高頻損耗,但其溫度穩定性較差,工作磁感較低,變壓器體積和重量較大,已不能滿足新型弧焊機的要求。由于納米晶環形鐵芯其具有高的Bs值(Bs>1.2T),高的ΔB值(ΔB>0.7T),很高的脈沖磁導率和低的損耗,頻率可達100kHz,采用它可使鐵芯的體積和重量大為減小。近年來逆變焊機已應用納米晶鐵芯達幾萬只,用戶反映用納米晶變壓器鐵芯再配以非晶高頻電感制成的焊機,不僅體積小、重量輕、便于攜帶,而且具有電弧穩定、飛濺小、動態特性好、效率高及可靠性高等優點。這種環形納米晶鐵芯還可用于中高頻加熱電源、脈沖變壓器、不停電電源、功率變壓器、開關電源變壓器和高能加速器等裝置中??筛鶕_關電源的頻率選用磁芯材料。

      環形納米晶鐵芯具有很多優點,但它也有繞線困難的不利因素。為了在匝數較多時繞線方便,可選用高頻大功率C型非晶納米晶鐵芯。采用低應力粘結劑固化及新的切割工藝制成的非晶納米晶合金C型鐵芯的性能明顯優于硅鋼C型鐵芯。目前這種鐵芯已批量用于逆變焊機和切割機等。逆變焊機主變壓器鐵芯和電抗器鐵芯系列有:120A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A。