Banner
首页 > 技术支持 > 内容
高频变压器和共模电感等磁性元器件有关磁导率计算方法
- 2019-07-12-

高频变压器和共模电感等磁性元器件有关磁导率计算方法:

1、磁介质的磁导率 

        电流可以产生磁场,但电流在不同的介质中产生的磁感应强度是不同的。例如,在相同条件下,在铁磁介质中所产生的磁感应强度比空气介质中大得多。为了表述这种特性,将不同的磁介质用一个系数μ来表示,μ称为介质磁导率,表征物质的导磁能力。在介 质中,μ越大,介质中磁感应强度B就越大。

        真空中的磁导率一般用μ0表示。空气、铜、铝和绝缘材料等,磁材料的磁导率和真空磁导率大致相同。而铁、镍、钴等铁磁 材料及其合金的磁导率都比μ0大10~100倍。

        最初,将真空磁导率μ0定为1,其他材料的磁导率 实际上是真空磁导率的倍数。沿用了很多时间,并影响到一些基本关系式 的表达,就是在公式中经常使用的4π,现在英美还在应用,这就是非合理化单位制(CGS制)的来由。

但是,近代物理经过测试,实际真空磁导率:

        因此其他材料的实际磁导率应当是原先磁导率乘以μ0。因为在μ0中包含了4π,这样在所有表达电磁关系的公式中没有了4π,形成了所谓合理化单位制(MKS制)。这里将其他材料磁导率高于真空磁导率的倍数称为相对磁导率μr。 也称为绝对 磁导率:

为了比较介质导磁性能,通常以真空磁导率为基准,定义介质的磁导率μ与真空磁导率μ0之比为相对磁导率μr,即:

        磁性材料料的相对磁导率不是一个常数,因μ是 B-H曲线上任意一点的B和H的比值,即

2、最大磁导率μm

        下图μ曲线表示了μr值是随磁场强度变化的曲线。在某一磁场强度下,相对磁导率达到最大值,称为最大磁导率μm。

3、初始磁导率μi

        一般规定:材料样件是环形的闭合磁路。当激励磁场强度H→0时的磁导率称为初始磁导率μi:

        初始磁导率μi与温度和频率有关。例如在DIN IEC401中规定:软磁铁氧体材料的μi测试条件为f≤10kHz,B<0.25mT,T=25°C。

4、增量磁导率μ∆
        在一个直流磁场上,叠加另外一个交流磁场时交流分量的磁导率即为增量磁导率μ∆ : 

        若交流分量与直流分量比较小,小到可以忽略,则增量磁导率称之为可逆磁导率(μrev)。该值和直流磁场大小,磁芯的⼏何 形状及温度有关。

5、有效磁导率μe
电感的磁芯采用低磁导率环形磁芯外, 有时还采用gap(μr=1)的高磁导率(μi>>1磁材料)磁芯。高磁导率磁芯存储能量很少,主要用空气隙存储能量。

如果是带有GAP为0的环形磁芯,截⾯面积Ac,有效磁路度为Lc,线圈匝数为N,线圈电流为I,假设气隙δ相对于 截面的尺寸很小,忽略磁通。根据全电流定律律有:

其中Hδ和Hc分别为GAP和磁芯中的磁场强度。因为气隙很小,不考虑GAP的边缘磁通,则有:

又因为忽略了边缘磁通,故磁芯磁通密度Bc=Bδ-GAP磁通密度,因此近似有:

 

μe为有效磁导率。当磁芯带有GAP后,等效的磁导率降低了。如果μr>>lc/δ,则有效磁导率近似为:


则上式可以改为:

式中Hc=Bc/μ0μr。带有GAP的磁芯产生与无GAP时相同的磁通密度,磁场强度分为两个部分:磁芯中的Hc和等效的气隙磁场 强度H’δ=μrδ/lc,带有GAP磁芯磁化曲线是磁芯磁化特性与气隙磁化特性的集成,如上图所示,合成磁 化曲线的线性度比材料 磁化曲线好很多。磁阻大得多的线性气隙把磁芯材料特性的非线性掩盖了。而且可通过改变GAP的深浅,可以很方便地改变磁芯的有效磁导率。其次,由于GAP的去磁作用,磁芯的剩磁感应(Br)大大下降了,这个性能对单向磁化应用非常有价值。

6、振幅磁导率(μa)

没有增加直流偏置时,交变磁场强度的幅值与磁通密度幅值的关系称为振幅磁导率μa:

 磁化曲线是线性的,幅值磁导率与峰值磁场强度有关。