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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划软磁材料常见的有软磁材料基本概念所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。所谓的软，指这些材料容易磁化，在磁性上表现“软”。软磁材料的用途非常广泛。因为它们容易磁化和退磁，而且具有很高的导磁率，可以起到很好的聚集磁力线的作用，所以软磁材料被广泛用来作为磁力线的通路，即用作导磁材料，例如变压器、传感器的铁芯，磁屏蔽罩，特殊磁路的轭铁等。这里，介绍几种常用的软磁材料和用它们做成的常见元器件。常用软磁材料：硅钢片：硅钢是含硅量在3左右、其它主要是铁的硅铁合金。硅钢片大量用于
2、中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。硅钢的特点是具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度，因此作为变压器铁芯使用时可以在很高的工作点工作。但是，硅钢在常用的软磁材料中铁损也是最大的，为了防止铁芯因损耗太大而发热，它的使用频率不高，一般只能工作在20KHz以下。硅钢通常是薄片状的，这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。所谓热轧硅钢，是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制，然后再进行退火。由于轧制温度高，所轧制出来的硅钢片都是各向同性的，也就是说硅钢片的磁性在各个方向上相同。这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。无取向硅钢大量应用在电机中的定子或者转子。因
3、为要制造电机定子和转子，就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。这时总是希望硅钢片沿圆周方向磁性一致，所以要用无取向硅钢。为了获得更好的磁性能，后来人们发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。冷轧取向硅钢片是其中的代表。冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化，这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好，也就是说磁性能和方向有关，因此被称为取向硅钢。在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样便可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。例如，在变压器中，铁芯材料的磁力线是沿一个方向通过的，如果把硅钢片适当裁剪，然后卷绕
4、成铁芯，使得铁芯周长方向恰好是硅钢片磁性能最好的方向，那么铁芯的导磁率就会很高，容易磁化，能量损耗小，最终提高了变压器效率。我国对硅钢片的编号是：热轧硅钢片D；冷轧硅钢片DT；高磁感取向硅钢片Q和QG。这些材料的磁性能可以从相关的书籍和手册中得到。坡莫合金：坡莫合金指铁镍合金，其含镍量的范围很广，在3590之间。坡莫合金的最大特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱和磁感应强度一般在之间。最简单的坡莫合金是铁镍两种元素组成的合金，通过适当的轧制和热处理，它们能够具备高导磁率，同时也可以合理搭配铁和镍的含量，获得比较高的饱和磁感应强度。但是，这种坡莫合金的电阻率低，力学性能不好，所以实际应用并不很
5、多。目前大量应用的坡莫合金是在铁镍的基础上添加一些其它元素，例如钼、铜等。添加这些元素的目的是增加材料的电阻率，以减小做成铁芯后的涡流损失。同时，添加元素也可以提高材料的硬度，这尤其有利于作为磁头等有磨损的应用。坡莫合金的生产过程比较复杂。例如，板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料最终的磁性能有很大影响。我国的坡莫合金牌号是1JXX。其中，J表示“精密合金”，“1”表示软磁，后面的数字为序号，通常表示合金中的含镍量。例如1J50、1J851等。坡莫合金具有高的导磁率，所以常常用在中高频变压器的铁芯或者对灵敏度有严格要求的器件中，例如高频开关电源变压器、精密互感器、漏电开关
6、互感器、磁屏蔽、磁轭等。软磁铁氧体：铁氧体是一系列含有氧化铁的复合氧化物材料。铁氧体的特点是饱和磁感应强度很低，但导磁率比较高，而且电阻率很高，因此非常有利于降低涡流损耗。正因为如此，铁氧体能够在很高的频率下使用，而它的饱和磁感应强度低，因此不适合在低频下使用。铁氧体最广泛的用途是高频变压器铁芯和各种电感铁芯。常用软磁元器件：变压器：所谓变压器，就是利用电磁感应实现交流电压变换的器件。变压器的原理已经在“电磁感应”中说明。因为变压器的铁芯处于不断变化的电磁场中，铁芯材料的磁化强度和磁感应强度也是不断改变的。这就自然要求铁芯材料对这种变化的阻力小，变化足够灵敏。所以，几乎对所有的变压器铁芯，都要
7、求导磁率高。同时，交变的电磁场必然会在铁芯中产生能量损耗，所有还要求材料的铁损低，以降低铁芯的温升，提高变压器效率。变压器的形式和品种繁多。在不同的场合，变压器的工作方式大不相同，所以对变压器铁芯的具体要求也存在很大差别。低频变压器：工作频率较低一般地，工作点较低时电流和电压都是正弦波。由于频率低，铁芯损耗不大，所以铁芯的工作磁感可以设计得比较高。因此这时需要高饱和磁感的软磁材料作铁芯，例如硅钢。硅钢片作为配电变压器铁芯时，工作磁感可以达到以上。铁基非晶合金作为变压器铁芯时，工作点可以达到。为了提高变压器效率，要求铁芯材料的铁损低，同时要求材料导磁率高，以减小初级线圈的激磁电流，降低因线圈电阻
8、带来的损耗。高频变压器：随着技术的进步，高频电源已经大量应用。之所以发展高频电源，是因为传统的工频电源效率不高。从电磁感应原理不难推出，变压器铁芯所能够传输的功率与磁通变化的频率成正比。因此，如果提高变压器的工作频率，那么变压器铁芯的体积便可以大幅度缩小，重量减轻，并且提高电源的效率，降低各种损耗。所以，自从七十年代以来，高频电源的发展非常迅猛。但另一方面，工作频率的提高会导致变压器铁芯铁损的急剧增大。要解决这个问题，一是降低铁芯的工作磁感，二是采用更好的软磁材料。通常，高频变压器铁芯不能再使用硅钢片，而是要用损耗更小的铁镍合金、铁氧体或者非晶合金滤波电感、扼流圈及电抗器：在稳压电源和开关电源
9、中，为了消除晶体管整流产生的巨大纹波、得到平滑的直流输出而使用的器件。我们知道，电感就是一个通交流电的螺线管线圈。由于线圈在通电的瞬间会产生感应电压，而该感应电压的反向是反抗所通电流形成的磁通，因此电感器件对变化的电流存在一种阻碍作用，使其不能通过，这称为感抗。所通信号变化越快，感抗就越大，因此电感器件的特点是信号的频率越高，器件对该信号的阻碍就越强。如果对电感通上一个直流信号，那么器件对信号没有阻碍。电感器件对交流电的阻碍作用使用在电源上，安装在整流后的电路中，可以挡住交流信号，而让直流信号通过，仿佛是把交流信号过滤掉了。所以，电感又称为滤波器。因为电感铁芯工作在交直流叠加状态，所以铁芯不但
10、要承受交流信号的磁化，而且还有直流电流的磁化。这时，铁芯既要有较高的导磁率，用来产生电感量，以阻止交流信号的通过，又要防止因直流信号的偏磁导致铁芯被磁化到饱和。为了做到这一点，经常采用的手段是把铁芯切口，这样可以使铁芯在较大直流电流磁化时不饱和。另外就是采用粉末做的铁芯。粉末铁芯一般是用软磁材料的粉末和粘接剂、绝缘剂压制成的。由于粉末颗粒之间被粘接剂和绝缘剂隔离开来，铁芯虽然被压制成了一个整体，但实际上磁路是断开的，就好象在铁芯的磁路上开了许多小小的切口，这样也就防止了铁芯被磁化饱和。软磁材料的种类、特点及应用一软磁材料的发展软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开
11、始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料非晶态软磁合金。二常用软磁磁芯的
12、种类铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。按制品形态分类：(1)粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯、坡莫合金粉芯、铁氧体磁芯(2)带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金三常用软磁磁芯的特点及应用(一)粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小，又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导
13、磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。磁芯的有效磁导率e及电感的计算公式为：e=DL/4N2S109其中：D为磁芯平均直径，L为电感量，N为绕线匝数，S为磁芯有效截面积。(1)铁粉芯常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在左右；磁导率范围从22100；初始磁导率i随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。(2).坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯及高磁通量粉芯。MPP是由81%Ni、2%Mo及Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在
14、7500Gs左右；磁导率范围大，从14550；在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等,在AC电路中常用,粉芯中价格最贵。高磁通粉芯HF是由50%Ni、50%Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在15000Gs左右；磁导率范围从14160；在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等,在D
15、C电路中常用，高DC偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP。(3)铁硅铝粉芯铁硅铝粉芯由9%Al、5%Si,85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低80%，可在8kHz以上频率下使用；饱和磁感在左右；导磁率从26125；磁致伸缩系数接近0，在不同的频率下工作时无噪声产生；比MPP有更高的DC偏压能力；具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。2.软磁铁氧体软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低，为110欧姆-米，一般在100kHZ以下的频率使用。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的电阻率为102104欧姆-米，在100kHz10兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。磁芯形状种类丰富，有E、I、U、EC、ETD形、方形、罐形及圆形等。在应用上很方便。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率，粉末冶金方法又适宜于大批量生产，因此成本低，又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感，在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定，在150kHz以下
