多种材料的磁导率.docx

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多种材料的磁导率

非铁磁性物质的μ近似等于μ0。

而铁磁性物质的磁导率很高，μ>>μ0。

铁磁性材料的相对磁导率μr=μ/μ0如铸铁为200～400；硅钢片为7000～10000；镍锌铁氧体为10～1000；镍铁合金为2000；锰锌铁氧体为300～5000；坡莫合金为20000～200000。

空气的相对磁导率为；铂为；汞、银、铜、碳（金刚石）、铅等均为抗磁性物质，其相对磁导率都小于1，分别为、、、、。

铁粉心

磁导率10左右材料以优良的频率特性和阻抗特性良好的温度特性是雷达和发射机滤波用电感器最佳材料；

磁导率33材料最适合在几十A到上百A的大电流逆变电感器，如果对体积和温升要求不高，可以使用其做频率底于50KHz的开关电源输出电感器，APFC电感器；

磁导率75材料是做差模电感器和频率在20K左右的滤波电感器储能电感器的高性价比材料。

铁镍50

该材料最适合用做差模电感器但是价格很高，由于原来国内能做铁镍钼的厂家做的铁镍钼性能很差，所以一些开关电源厂家和军工客户都使用铁镍50材料做储能电感器，其实这是错误的选择，因为这种材料的损耗仅好于铁粉心，是铁硅铝的2倍左右，是铁镍钼的三倍左右，但是该材料同样磁导率下，直流叠加特性好于铁硅铝材料，

虽然它的Bs值达14000Gs，但是由于磁滞回线的形状不一样，所以它的直流叠加特性并不好于铁镍钼材料（只是原来国内能做的厂家做的性能较差）。

铁硅铝

高性价比材料，是铁粉心的替代品（不包括低磁导率铁粉心）。

铁镍钼

价格与铁镍50相当（我公司），损耗最低材料，频率特性最好的材料，如果将您正在使用的国内公司的铁镍50材料换成我公司的铁镍钼材料将大大提高您的模块效率。

不信您可以索要样品适用。

四种金属磁粉心性能和价格对比

磁粉心类型

项目

铁粉心

铁硅铝

铁镍50

铁镍钼

初始磁导率

6～125

26、60、75、90、125

60、75、90、125

60、75、90、125、147、160

饱和磁通密度Bs（mT）

1000

1050

1400

700

尺寸（仅以环型为例，外径mm）

φ～φ102

φ～φ

损耗（100kHz,100mT,mW/cm2）

5000

（磁导率为60）

900

1100

700

工作温度范围（℃）

-65~125

-55~200

居里温度（℃）

＞400

产品形状

环、E、U、棒、SMD等

环、E、SMD

环

直流叠加特性

（50Oe的有效磁导率的%）

磁导率33

77%

磁导率60

63%

72%

90%

80%

磁导率75

53%

65%

87%

73%

磁导率90

45%（磁导率85）

52%

80%

68%

磁导率125

37%

75%

55%

价格因子

（相同尺寸产品）

1~2（10低磁导率材料）

金属磁粉心与铁氧体材料应用对比

应用之功率变压器

材料

典型频率范围（Hz）

工作温度范围（℃）

尺寸类型极限

功率容量

价格

优（劣）特性

MnZn铁氧体

NiZn铁氧体

10k～1M

50k～1G

-55～150

Gu、环、E等

极限尺寸为500cm3

Gu、环、E等

极限尺寸为250cm3

低

中

高磁导率、高频低损耗（饱和磁通密度低）

适中的磁导率和高频低损耗（饱和磁通密度低）

高磁导率铁粉心

中磁导率铁粉心

低磁导率铁粉心

—

25k～1M

1M～1G

—

-55～125

—

极限尺寸为350cm3

—

中

—

低

（高损耗，低磁导率）

低损耗，良好的稳定性（磁导率低）

铁镍钼磁粉心

铁镍50磁粉心

铁硅铝磁粉心

5k～200k

5k～50k

5k～200k

-55～200

环型极限外径到φ

中

高

中

非常稳定（低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上）

非常稳定、高BS（低的磁导率限定该材料只能用到单端反激变压器上）

应用之RF变压器

材料

典型频率范围（Hz）

工作温度范围（℃）

尺寸类型极限

功率容量

价格

优（劣）特性

MnZn铁氧体

NiZn铁氧体

1M～5M

50k～1G

-55～150

大多为环、Gu和其他小类型

环、Gu和其他小类型

低

中

高磁导率、可调、高Q（稳定性很差）

适合的磁导率、可调、在高频具有高Q值

高磁导率铁粉心

中磁导率铁粉心

低磁导率铁粉心

—

1M～10M

25k～1M

—

-55～125

—

极限尺寸为350cm3

—

中

—

中

（高损耗）

良好的稳定性

低损耗，良好的稳定性（磁导率低）

铁镍钼磁粉心

铁镍50磁粉心

铁硅铝磁粉心

5k～200k

—

-55～200

—

环型极限外径到φ

—

低

—

高

—

非常稳定（与铁氧体相比具有低的磁导率，低的Q值）

—

应用之精密变压器

材料

典型频率范围（Hz）

工作温度范围（℃）

尺寸类型极限

功率容量

价格

优（劣）特性

MnZn铁氧体

NiZn铁氧体

10k～5M

—

-55～150

—

Gu、环、E等

极限尺寸为500cm3

—

中

—

低

—

高磁导率、高频低损耗（饱和磁通密度低）

（低磁导率）

高磁导率铁粉心

中磁导率铁粉心

低磁导率铁粉心

—

（低磁导率）

铁镍钼磁粉心

铁镍50磁粉心

铁硅铝磁粉心

DC～500k

—

-55～200

—

环型极限外径到φ

—

非常低

—

高

—

低磁导率有益于高频下、高电叠加小信号传感器应用

—

应用之纯电感

材料

典型频率范围（Hz）

工作温度范围（℃）

尺寸类型极限

功率容量

价格

优（劣）特性

MnZn铁氧体

NiZn铁氧体

10k～5M

50k～1G

-55～150

Gu、环、E等

极限尺寸为500cm3

Gu、环、E等

极限尺寸为250cm3

低

中

低

中

高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差）

适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低）

高磁导率铁粉心

中磁导率铁粉心

低磁导率铁粉心

1k～50

50k～2M

25k～1M

-55～125

环型极限外径到φ

极限尺寸为350cm3

高

低

中

高Bs、低价格

（损耗高，磁导率低）

低损耗，良好的稳定性（磁导率低）

铁镍钼磁粉心

铁镍50磁粉心

铁硅铝磁粉心

DC～300k

DC～100k

DC～300k

-55～200

环型极限外径到φ

高

极高

高

中

非常稳定、高BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的

低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）

应用之纯电感

材料

典型频率范围（Hz）

工作温度范围（℃）

尺寸类型极限

功率容量

价格

优（劣）特性

MnZn铁氧体

NiZn铁氧体

10k～5M

50k～1G

-55～150

Gu、环、E等

极限尺寸为500cm3

Gu、环、E等

极限尺寸为250cm3

低

中

低

中

高磁导率、高频低损耗、可调（饱和磁通密度低，稳定性很差）

适中的磁导率和高频低损耗、可调（饱和磁通密度低）

高磁导率铁粉心

中磁导率铁粉心

低磁导率铁粉心

1k～50

50k～2M

25k～1M

-55～125

环型极限外径到φ

极限尺寸为350cm3

高

低

中

高Bs、低价格

（损耗高，磁导率低）

低损耗，良好的稳定性（磁导率低）

铁镍钼磁粉心

铁镍50磁粉心

铁硅铝磁粉心

DC～300k

DC～100k

DC～300k

-55～200

环型极限外径到φ

高

极高

高

中

非常稳定、高BS、低磁滞损耗，是金属磁粉心中损耗最低的

低损耗、良好的稳定性（低的磁导率）

第一章直流电路

　　本章内容是在已学过的物理学基础上，介绍电路的基本物理量、电阻的基本知识、欧姆定律、电气设备的额定值、电路的几种状态及电容器的充放电。

并进一步研究直流电路的分析方法：

如电源的等效变换法、支路电流法、叠加原理法、戴维南定理法。

　　通过本章的学习，应达到以下要求：

（1）能正确地理解电路的基本概念、基本定律和电容充放电电路中电压、电流与时间之间的函数关系。

（2）能用所学过的分析方法对简单和复杂的直流电路进行分析计算。

　　第一节电路及基本物理量

　　一、电路与电路模型

　　1．电路

　　电路是电流所流经的路径，实际电路的种类很多，形式和结构也各不相同，但其作用不外乎有以下两个方面：

一是应用电路进行电能的传输和分配，以实现与其他形式的能量的相互转换，例如：

从发电、输电、配电到用电的过程；二是应用电路进行信号的传输、交换和处理，例如：

生产过程的自动控制，电视、广播的发射和接收，各种信号、数据的储存和处理等。

　　图1—1所示的是两种典型的电路框图。

　　2．电路模型

　　在研究电路的工作原理时，通常是用一些规定的图形符号来代表实际的设备和器件，并用连线表示出这些设备和器件之间的连接关系，构成电路模型来进行分析。

图l-2是几种常用的理想电路元件。

　　每个电路不论其作用如何、结构多么复杂，都是由以下几个基本部分组成的。

　　电源：

是供应电能的装置，如发电机、电池、信号源等。

　　负载：

负载是指用电的装置或设备，如电灯、电动机、空调、电冰箱等。

　　中间环节：

简单电路的中间环节是由连接导线、开关组成，而复杂电路的中间环节是由各种控制设备、监测仪表等组成的网络，电源接它的输入端，负载接它的输出端。

　　图1—3是一个最简单的电路模型，其实际电路是一常用的手电筒电路，实际元件有干电池、电珠、开关和筒体。

在电路模型中电阻RL就是电珠，电源电动势E和其内阻R。

就是干电池，导线和开关这一中间环节就是简体。

第1页

无论是电能的传输或转换电路，还是信号的传递和变换电路，其中电源或信号源的电压、电流输入称为激励，它能够推动电路工作。

激励在电路各部分所产生的电压和电流输出称为响应。

电路分析实质就是分析激励和响应之间的关系。

为此，我们必须对电路的物理量有一个明确的认识。

　　二、电路中的基本物理量

　　1．电流

　　电流强度：

电流的强弱是用电流强度来表示。

如果电流的大小和方向均不随时间变化，这种电流称为恒定电流，简称直流。

其电流强度用单位时间内通过导体横截面的电流来度量，即

　　I=Q/t　　（1-1）

　　电流的方向：

习惯上把正电荷的运动方向规定为电流的实际方向，但在复杂电路分析中，往往很难事先判断电流的实际方向，因此需要引入参考方向（即正方向）的概念。

其方法是：

任意假设某一支路中的电流参考方向，把电流看作代数量，若计算结果为正，则表示电流的正方向与实际方向相同；若计算结果为负，则表示电流的正方向与实际方向相反，如图1-4所示。

　　电流用I来表示。

　　电流的单位：

电流的标准单位是安培（A），计量微小电流时，可采用毫安（mA）或微安（uA）来表示，其换算关系如下

　　1A=10mA=10uA

　　2．电位

　　与物体在某一位置上具有一定的位能相类似，正电荷在电路的某一点上具有一定的电位能。

要确定电位能的大小，必须在电路上选择一参考点作为基准点，该点称为零参考点。

　　如图1-3所示，把A点作为零参考点（用“上”符号来表示），那么正电荷在。

点所具有的电位能Fs与正电荷所带电量Q的比值，称为电路中。

点的电位，用y。

表示，即

第二章交流电路

　　第一章我们讨论了直流电路，知道了该电路的电动势、电压、电流大小与方向是不随时间的变化而变化的。

本章主要讨论大小、方向均随时间作正弦规律变化的电动势、电压和电流，这种电动势、电压和电流称为正弦电动势、正弦电压和正弦电流，统称为正弦交流电。

　　通过本章的学习要达到以下要求：

（1）深入理解单相交流电和三相交流电的特征，特别是有效值、初相位和相位差。

（2）熟悉正弦量的各种表示方法和相互关系。

　　（3）熟练掌握三种单一参数电路的电压、电流关系及能量转换关系。

　　（4）了解交流电路的频率特征，重点是谐振电路。

　　（5）具备分析和计算简单的单相和三相交流电路的能力。

　　第一节单相正弦交流电的基本概念

　　一、正弦交流电的产生

　　正弦交流电通常由交流发电机产生的，如图2-l表示最简单的交流发电机的构造。

在静止的磁极N和s间放着一个能转动的圆柱形铁心，在它一面紧绕着一匝绝缘的线圈。

线圈的两端分别接到两个钢制的滑环上，滑环固定在转轴上，并与转轴绝缘。

每个滑环上安放着一个静止的电刷，用来把线圈中感应出来的正弦交变电动势和外电路接通。

　　由铁心、线圈、滑环等所组成的转动部分叫做电枢。

　　电枢被原动机拖动后，线圈的a′b′边和a"b"扩边分别切割磁力线而感应出电动势e（e=BLV）。

当线圈处在如图2—1所示的位置时，概据右手定则，可以判定出线圈中感应电动势e的方向是由／指向。

’的。

但是，当电枢转到使线圈的a′b′边处在S极之上，而另一边a"b"处在N极之下时，线圈中的感应电动势e的方向就变成由a′指向a"。

　　如此，电枢不停地旋转，线圈中便产生了方向交变的电动势。

交变电动势的大小是按怎样的规律变化呢?

实验指出，由于电枢表面上各点的磁场强弱是按正弦规律变化的，即

　　B=Bmsina

　　所以进一步可知对于具有N匝线圈的发电机，则电动势应为

此电动势即为正弦交流电动势，正弦交流电的波形如图2-2所示。

第22页

　　二、正弦交流电的三要素

　　交流电的特征表现在变化的快慢、大小及初始值三个方面，而它们分别由频率f或周期

　　T、电角速度o）、幅值Em（Um、Im）和初相位100（或相差＼b）来确定。

因此，频率、幅值和初相位是确定交流电的三要素。

现分述如下：

　　1．周期、频率

　　交流电完成往复变化一周所需的时间叫周期，用T表示，其单位是时间的单位秒（s），如图2-3所示。

交流电在单位时间内变化的次数叫频率，用／表示，其单位是赫兹（Hz）。

我国规定电力系统供电的标准频率是501-Iz，世界上除少数国家规定60Hz为标准频率外，大多数国家都以50Hz为标准频率。

但在通信系统里，使用频率范围就十分广泛了，许多电信号的频率都远高于50Hz，因此常用的单位还有千赫（L1h）和兆赫（MHz），它们的换算关系是

　　1MHz=10HzlkHz=10Hz

　　表示正弦交流电的快慢除用周期和频率外，还可以用电角速度（角频率）o来表示，交流电在单位时间内变化的电角度定义为电角速度，即

　　w=a/t　　（2-3）

　　由于交流电经历一个周期的时间，角度变化了2v弧度，所以电角速度

　　例2-1已知交流电的电角速度是w=314rad／s，求周期r和频率f。

　　2．幅值（最大值）

　　交流电在任意瞬间的值称为瞬时值，用小写字母i、u、e分别来表示瞬时电流、电压和电动势。

在交流电变化的过程中，出现的最大瞬时值称为幅值（最大值），用带有下标“m”的大写字母来表示，如电压幅值Um、电流幅值Im，电动势幅值丑Em。

　　根据图2-2所示，则有

　　e=Emsinwt

第三章磁路和常用电器

　　在电气工程中广泛使用的变压器、低压电器、电动机等器件与设备中，磁路是它们的主要组成部分之一。

本章将在介绍磁路的基本物理量、基本定律以及磁性材料的磁性能的基础上，主要介绍变压器及常用低压电器的结构、原理与使用等。

　　通过本章的学习，要达到以下要求：

（1）掌握磁路的基本知识、交流铁心线圈的特性、变压器及常用低压电器的结构和工作原理。

（2）具有简单磁路、电磁铁、变压器分析和计算的能力。

　　（3）能熟练使用变压器和各种低压电器。

　　第一节磁路及霍尔效应

　　一、磁场的基本物理量

　　磁场的基本性质与特征可用磁感应强度B、磁通O、磁导率u、磁场强度"等物理量来描述。

　　1．磁感应强度B

　　磁感应强度B是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，是个矢量。

其值可用下式衡量

　　式中：

△l——位于磁场内某点与磁场方向垂直的导体的长　　度；

　　I——通人该导体的电流；

　　△F——导体所受的电磁力。

　　如图3-1所示。

　　磁感应强度B的方向与产生磁场的励磁电流方向满足右手螺旋定则。

在国际单位制中，磁感应强度B的单位为特斯拉，简称特，以符号y表示。

　　2．磁通O

　　磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积s的乘积，称为穿过该面积的磁感应强度的通量，简称磁通。

在匀强磁场中，可用数学式表示为

　　在国际单位制中，磁通O的单位为韦伯，以符号Wb表示。

式（3-2）可改写成

第52页

　　B=o/s（3-3）

　　式（3—3）表明，磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通，因此，磁感应强度B又称为磁通密度，简称磁密。

　　3．磁导率u

　　通过实验表明，通电导体产生的磁场，其磁感应强度除了与通电导体的形状、电流的大小以及相对位置有关外，还与磁场中的物质有关。

例如，在同一通电螺旋管里放入不同的物质（如铜、铁等），在同一点所得到的磁感应强度不相同。

　　磁导率u是用来衡量物质导磁能力的物理量，其国际单位为亨利／米，以符号H／m表示。

物质按导磁性能的不同分为铁磁物质（铁、钴、镍及其合金）和非铁磁物质两类。

非铁磁物质的磁导率卢与真空的磁导率uo。

相差很小，通常认为两者相同。

实验测得真空的磁导率uo=4gx10—7H／m，且为一常数。

　　铁磁物质的磁导率u要比真空的uo大许多倍（几百—几万倍不等）。

为了比较各种物质的导磁能力，通常把某种物质的磁导率u和真空的磁导率uo的比值叫做该物质的相对磁导率，用ur，表示，即

对于非铁磁物质来说，ur≈

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