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- 艇 吕
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1 高频磁性元件与磁性材料 陈为博士 福州大学电气工程与自动化学院教授, 博导中国电源学会常务理事, 专家委员会副主席, 变压器与电感器专委会主任委员 第十一届电源网技术交流大会上海 年 7 月 日
2 主要内容 磁性材料的分类 软磁材料的主要参数和特性 高频磁性元件对磁材特性的要求 主要的高频磁性材料及其特点 磁性材料的损耗测量 磁性材料的发展
3 磁性材料的分类 软磁材料 H c H μ r 大, 易磁化 易退磁 ( 起始磁化率大 饱和磁感应强度大, 矫顽力 (Hc 小, 磁滞回线的面积窄而长, 损耗小 (Hd 面积小 H c 导磁作用, 用于继电器 电机 以及各种功率变换器高频磁件的磁芯 硬磁材料 H c H 矫顽力 (Hc 大 (> A/m, 剩磁 r 大, 磁滞回线的面积大, 损耗大 H c 偏磁作用, 磁电式电表 扬声器和永磁电机中永磁铁 矩磁材料 r 接近 S,H c 小, 磁滞回线呈矩形, 损耗小 H c H 用于两态记忆元件,+/- 脉冲 H>HC/H<- HC, 使得磁芯呈 +/- 态, 可做为二进制的两个 H c 态 做磁放大器 (Magamp 磁芯
4 电气参数 磁材料的基本参数 r: Residual Flux Densiy s: Sauraion Flux Densiy Hc: Coercive Force Normal Magneizaion Curve { Minor Loop Slopeμmax: Max. Permeabiliy Slopeμi: Iniial Permeabiliy H SlopeμΔ: Incremenal Permeabiliy 起始磁导率 : μ i μi μ ΔH ΔH Δ 幅值磁导率 : μ a μ a Hˆ Δ 3 增量磁导率 : μ μδ μ ΔH H DC μ 4 复数磁导率 : μ s μ s μ s jμ s ˆ Ls Rs m: Max. Flux Densiy μ p μ ' p j μ '' p Lp Rp α β 损耗参数 K f ( C + C T + C P CV T 机械物理参数 磁滞伸缩系数 弹性模量, 热伸缩系数, 导热系数等 音频噪声的主要来源
5 磁性材料的电气特性参数 Ferrie-3F3 Frequency Complex permeabiliy wih fs Temperaure DC bias Iniial permeabiliy wih T Incremenal permeabiliy wih HDC
6 磁性材料的损耗特性参数 损耗的频率和磁密特性 损耗的温度特性 (Ferrie
7 铁芯的损耗 ( 磁滞损耗 c H b b e P in ( i u d ( ( NAe d Ae le H d a c b a H l N d d P ( i u d A l H d ou e e b b c b a d a e u i u( a b T/ i( c e T d 磁滞损耗大小取决于铁磁材料本身的品质 磁滞损耗大小与激磁工作频率成正比 磁滞损耗大小与磁通密度大小的平方成正比
8 铁芯的损耗 ( 涡流损耗 J eddy source σ π ρ π ρ π ρ π ρ π π ρ π ρ π π π φ _ leae f le Ae f dz dr r f drdz r f P drdz r f drdz r r f S l r f dr U dp r f d d U face r le eddy, f Ae le σ π Ae le f P ddy e 涡流损耗大小取决于铁磁材料本身的电导率 涡流损耗大小与激磁工作频率的平方成正比 涡流损耗大小与磁通密度大小的平方成正比
9 磁芯损耗模型 -Seinmez Model P CV C m f α β ( C + C T + C T Core loss is relaed o: Maerial grade Frequency Temperaure Flux densiy DC bias Exciaion waveform
10 磁芯损耗的温度特性 温度对铁氧体的损耗影响很大 不同材料有不同的温度特性曲线 注意设计工作温度的范围
11 磁芯带气隙特性 l c Β i l c Β i μ c u l a μ c u m m 磁化曲线 r Hc IN r Hc IN 磁导率 μ c μ e μ c + la μ l a c 剩磁密度 r ' r + l l a c H r c μ + la l c μc μ r μe μ c
12 磁性材料的性能因子与材料选择 P hr N A I ( f f. : Maerial performance facor p e p 5 EPCOS Pcv5 kw/m3 f*(hzt Pcv kw/m3 Pcv3 kw/m3 N49 5 N97 f(khz
13 磁性材料的储能特性与材料选择
14 T w d d d min max ( 加权平均磁密变化率 sin min max sin ( f w π + + k k k k k warb min max ( ( w + + k k k k k f min max sin ( π e ac m s c V T C T C C f C f P + + ( sin β α v( V PWM 波形激励下的磁芯损耗 D Pc_pulse Pc_sin k Power loss facor, k, wih same m and fs α.7 α.4 D.83 D
15 直流偏磁对磁芯损耗的影响 Core loss model Kdc ac 3ac P ( + K e K ac ac fs ( K τ + K τ + K 3 c dc dc ac K K -H fskhz, acmt, To k.75 k.75 k H k 9 3 H k 9 3 H k 9 Hdc, Pc54 (kw/m 3 Hdc6.93A/m, Pc56( kw/m 3 Hdc3.85A/m, Pc56 (kw/m k.75 k.75 k H k 9 3 H k 9 3 H k 9 Hdc.77A/m, Pc584 ( kw/m 3 Hdc7.69A/m, Pc65 (kw/m 3 Hdc34.6A/m,Pc647 ( kw/m 3
16 铁粉芯的老化问题 铁芯损耗随时间的变化曲线 %Q 随时间变化曲线 电感失效
17 铁粉芯的老化机理 Micro eddy currens in each paricle Macro eddy currens among paricles Core losses Eddy-curren losses Hyseresis losses Micro eddy curren losses Macro eddy curren losses
18 高频磁元件与磁性材料考虑 TX SR L CMC DMC PFC DA TX Pcv s r μ i (f μ Δ (Id c μ a (
19 高频磁芯损耗的测量 - 交流 I*V 法信号发生器高频功率放大器 DUT 通讯 u( i( 示波器 ( 数据采集 电流采样 Chamber 计算机 cv e Ts e e Ts e e Ts core P V d H l A d N l H d d N A Ts d i u Ts P ( ( ( ( ( ( ( i K l N i H H e + + T T e d u K d u A N ( ( (
20 高频磁芯损耗测量的误差分析与困难 P U I cos θ i( ΔP P ΔU U + ΔI I + g ( θ Δθ u( High-frequency Large Δθ Δ*f Large signal Large Δ Low Loss θ approaches o 9 u( i( 6 g (θ π 8 i(*u( θ 9 π
21 磁芯损耗测量 v.s. 气隙 / 磁粉芯 铁氧体高磁导率材料 有气隙铁氧体或低磁导率磁粉芯 cos θ P U I Β i u Β i u U 保持不变, 不变, P 不变, 但由于电感大,I 很小, 所以 cosθ 较高, 误差较小 U 保持不变, 不变, P 不变, 但由于电感降低,I 增大, 所以 cosθ 降低, 误差增大 Maerial Magneics HF6 (T. f(kh z 5 μ r 6 Pcv(kW/m3 4 θ ( o 88.9 Powder Magneics XFlux6 Magneics KM Magneics MPP Ferrie Ferroxcube 3C96 Ferroxcube 3C
22 软磁磁芯材料概述 粉芯磁材料 ( 粉材 Fe ( 铁粉芯 MPP ( 高通铁镍合金 High Flux ( 高通铁硅铝合金 Kool Mu ( 铁镍钼合金 Fe-Si ( 铁硅合金 铁氧体磁材料 ( 块材 Mn-Zn Ni-Zn 非晶磁材料 ( 带材 Silicon seel ( 硅钢片 Permalloy ( 玻膜合金 Amorphous ( 非晶
23 粉芯磁材料的结构 Alloy paricle Flux uneven higher core loss Min. polymer needed for forming Lower μ Inorganic coaing (oxide, SiO, ec Polymer binder Powder congluinaion more eddy curren Polymer Lower max. emperaure (4-7 Force sress Poor μ consisency (>% Disribued air-gap Lower winding losses Disribued air-gap Larger Hdc
24 粉芯磁材料的饱和特性比较 s Pure iron High flux Kool m MPP Ferrie
25 粉芯磁材料的损耗特性比较
26 非晶带材磁材料 保护层 Thin hickness (.5-5 mils Lower eddy curren losses Crispy Difficul in making and winding Annealing needed o reduce sress by ape winding Very poor μ consisency (>-% High permeabiliy High sauraion level (.6-.5T Tape maerials: Permalloy ( 玻莫合金 8%Ni+%Fe Amorphous: 非晶 -- 铁基 (.4-.7T, 钴基 (s:.6-.8t Fe-based nanocrysalline: 纳米晶 Crysalline Amorphous Nanocrysalline
27 非晶带材磁材的基本制程 Maerial 3 Waer cooled wheel Cooling speed: M Kelvin/S Speed: Km/h Thickness: 7-5μm
28 铁氧体磁材料 是由 Fe O 3 和其他二价的金属氧化物 ( 如 NiO,ZnO 等粉末混合烧结而成 具有高磁导率 高电阻率 适合于高频应用 Mn-Zn Ferrie (FeO3 + MnO + ZnO: High-permeabiliy, Lower resisiviy, More eddy curren loss Ni-Zn Ferrie (FeO3 + NiO + ZnO: Low-permeabiliy, Higher resisiviy, More hysereic loss
29 铁氧体磁材料的发展 High s PC8x Under Developmen PC33 44mT Mn-Zn ferries for power applicaions High s & Low Loss Qualiy consancy 4mT PC3 PC9 PC4 45 mt 3 kw/m 3 Nano-Tech PC44 4 kw/m 3 PC47 3 kw/m 3 Low Loss PC9x 5 kw/m 3 Under Developmen.5MHz,5mT PC5 PC MHz 5-mT PCx High Freq Under Developmen High Field PC46 45 Qualiy consancy new! PC Temp. endency
30 Thanks! Q & A
Material
东磁 MnZn 铁氧体材料主要应用 Application Area Frequency Range Material Main Features μi Bs Bs 1 Pcv Pcv 1 Tc( ) 28
(2/24) 使用注意事项 请务必在使用本产品前仔细阅读 本产品目录中记载的产品是指在通用标准用途意义上使用于一般电子设备 (AV 设备, 通信设备, 家电产品, 娱乐设备, 计算机设备, 个人设备, 办公设备, 计测设备, 工业机器人 ), 并且该一般电子设备要在通常的操作和使用方法下使用 对于需
January 28 Mn-Zn 系铁氧体 材质特性 开关电源用铁氧体传输用铁氧体大功率用铁氧体 (2/24) 使用注意事项 请务必在使用本产品前仔细阅读 本产品目录中记载的产品是指在通用标准用途意义上使用于一般电子设备 (AV 设备, 通信设备, 家电产品, 娱乐设备, 计算机设备, 个人设备, 办公设备, 计测设备, 工业机器人 ), 并且该一般电子设备要在通常的操作和使用方法下使用 对于需要高度安全性和可靠性的,
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Soft magnetic materials of TOHO ZINC *Dust core? *Use dust core efficiently Toho Technical Center TOHO ZINC CO., LTD. Typical soft magnetic materials Comparison of dust core and ferrite Ferrite HK: Sendust
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其它尺寸和外形请参考相关厂家产品手册 表 10-7 铁氧体磁性材料的部分牌号和重要性能 初始磁导率 μ i 比损耗系数磁导率比温度比磁滞损耗系数 牌 号 10-6 H/m G/Oe 频率 f 1 (MHz) tgδ 1 /μ i 1/0.4π 频率 f 2 (MHz) tgδ 2 /μ i 1/0.4π R 25 4 250 75 0 0~30 R60 75 60 2 80 25 850 0~35
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表1
深圳市金核科技股份有限公司简介 深圳市金核科技股份有限公司是由深圳中核集团有限公司与长沙金瑞新材料科技股份有限公司 ( 股票代码 :639) 合资成立的深圳市高新技术企业 工厂位于深圳市宝安区大浪街道华荣路金瑞中核高科技工业园 公司联合国内外知名高校和科研机构的研发团队, 研发 生产和销售高磁导率 宽频 宽温 高阻抗等特性的软磁铁氧体磁芯 产品广泛应用于网络连接器 滤波器 变压器等行业 自 1999
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《分析化学辞典》_数据处理条目_1.DOC
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网络分析仪
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例15
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Microsoft Word - P SDFL series.DOC
片式铁氧体电感 SDFL 系列 Chip Ferrite Inductor SDFL Series Operating Temp. : -40 ~ +85 特征 迭层独石结构 高度可靠性 体积小 良好的磁屏蔽, 无交叉耦合 无引线结构, 适合表面安装 良好的可焊性和耐焊性 适合于流焊和回流焊用途 可用来抑制电子设备中的电磁干扰, 广泛的运用于通讯 视频 / 音频 计算机 遥控器等领域 FEATURES
Hz 10MHz 0.5V 5V 0.01% 10s 2 0.5V 5V 1Hz 1kHz 10% 90% 1% 3 1Hz 1MHz 1% EPM7128SLC84-15 LM361 LM361 Zlg
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毕业设计题目
电机及拖动基础 长安大学电机及拖动基础教学组负责人 : 巨永锋联系方式 :029-82334555;13088998803 电子邮件 :yfju@chd.edu.cn 第一章磁路绪论 主要内容 第一节磁路的基本规律第二节常用的铁磁材料及其特性第三节直流磁路的计算第四节交流磁路的特点 2 绪论 一 电机的定义及特点 1. 定义 电机就是一种将机电能量进行转换的电磁装置 包括机械能 电能 ; 电能 机械能
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第 期 朱永红 等 软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究 磁性材料是二战后对科技进步和社会发展贡献仅次于半导体的功能材料 软磁材料是磁性材料工 & 业的重要组成部分 磁性材料最基本的参数大都定义在磁滞回线上 所以通常的磁性测量就是磁滞回线的测绘 它们的基本磁性参数测量结果的唯一性 可比性和准
第 卷 第 期金属功能材料 年 月! "# $#%& ' '###!!&(#) 软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究 朱永红 虞志书 向礼雄 扶春燕 瞿清昌 # 湖南省永逸科技有限公司 湖南娄底 ) # 浙江省计量科学研究院 浙江杭州 # 中国计量科学研究院 北京 ( 摘 要 目前国内外测试设备供应商和国内相关磁性材料检验机构 大都采用软件控制的扫描法测量磁滞回线 在测试矫顽力较高的材料磁滞回线及相关磁特性参数上有一定的参考意义
8 8 Β Β : ; Χ; ; ; 8 : && Δ Ε 3 4Φ 3 4Φ Ε Δ Ε > Β & Γ 3 Γ 3 Ε3Δ 3 3 3? Ε Δ Δ Δ Δ > Δ # Χ 3 Η Ι Ι ϑ 3 Γ 6! # # % % # ( % ( ) + ( # ( %, & ( #,.
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PowerPoint 演示文稿
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第9章 排队论
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