打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
消除电源中的变压器和电感等磁性元器件困惑

对基础定理和概念的透彻理解是我们逐步消去疑云的最好法宝,下面我们就来验证这句话吧,耐心看完,必有帮助!

1、磁场

电流产生磁场-H,这是基本的自然现象,也是我们电源中磁性元器件设计应用的基础。这里我们先不量化磁场,因为我们希望在实际电源磁性元器件设计中,我们能通过直观的方式简化它,专攻我们涉及到的磁场,把复杂问题简单化。

2、怎样认识材料的磁导率

看不见摸不着的空气也是一种磁性材料介质,只不过导磁比较弱罢了,所以磁性材料是广泛而存在的。

(1)怎样理解磁导率,它的含义是什么?

你想过吗?假如我们不用导磁良好的磁性材料,当你需要绕制一个电感,在以空气为介质的情况下,你会得到一个空心电感,但当你测量电感量时,你会惊讶地发现,电感量远远达不到你的设计值,这是因为以空气或真空这类弱导磁材料的磁导率μ实在是太低了,磁场感应遇到了巨大的阻力,没法给你想要的电感量。

电感本质是什么,还不是表征产生磁场或磁感应强度的能力嘛

类比电学中的电导率σ

在电学中,我们衡量某种物质的导电性质时,常用电导率σ去衡量(σ=1/ρ,ρ是材料的电阻率),电导率越大,意味着这种材料导电性越好,这个参数是材料本身的特性,单位是“西门子/米-s/m”,比如铜和铝导体分别对应着不同的电导率。

真空中的磁导率μ0

国际单位制下真空磁导率如下:

这个只是真实的真空磁导率测量值,表征真空这种材料介质的导磁特性,也就是真空的属性,是自身的。不仅真空如此,任何材料的磁导率都是自身的属性,正如铜、铝等导体的电导率一样。

真空磁导率μ0单位或量纲的含义

单位H/m,中文是“亨/米”,其含义是单位长度的真空距离上,对应这段长度的真空电感量是4*3.14159*10-7亨-H

设计中由于“亨-H”这个单位太大了,这里也可以表示为纳亨-nH,也就是大约12nH/cm。常用单位的还有毫亨-mH和微亨-uH。

※在这里,你会不会想到,有些文献在衡量一截导线时,尤其是我们使用的示波器,某些厂家会给出地线夹对应的电感量,通常会给10nH/cm这个值,也是接近我们真空磁导率这个值的。

(2)良导磁材料或磁性材料

非磁性或弱磁性材料的磁导率和真空磁导率大致相同,如空气、铜、铝以及一些绝缘材料等。

注:没有绝对的绝缘体,更没有绝对的绝磁材料或介质,导体和导磁材料没有关联。

我们就以电源中常用的磁性材料切入,无非是这么几种,如,硅钢片、铁氧体、非晶、纳米晶、磁粉芯大类,这些是我们设计制作磁性元器件最为常用的磁性材料。关于常用磁性材料的分类,包含了合金类、粉芯类、铁氧体。

3、为什么我们要用相对磁导率μr

为什么?当然是为了方便书写和记忆,我们的大脑总是偏爱规整的东西嘛。我们清楚地看到,真空或空气磁导率:

包含一项10-7的幂,这可是一串小数。比如我们常用铁氧体的磁导率,我们会说常温25℃,特定频率下是2300,对是2300,我们并没提及它的量纲或者单位,所以这是个相对磁导率μr

也就是说某种铁氧体材料介质,相对空气或者真空,它的磁导率是空气或真空的2300倍,咋一看是很大,但是在巨大的负幂次方下,依旧是一串小数,不信你可以用2300乘以真空磁导率,所以我们借助相对磁导率μr来规整磁导率。

4、为什么要用导磁良好的磁性材料做为磁性元器件的导磁介质?

在电源设计中,我们涉及到的多数磁性元器件,如变压器和电感,为了权衡获得一定的电感量和合适的磁性元器件体积,我们在线圈中插入了良好的磁材料介质

你不用绕制很多匝线圈,就可以得到你想要的的电感量。

很多匝线圈,暂且不考虑铜损,匝数带来的体积增大也是你无法接受的。

所以,至少,磁性材料做为磁芯是兼顾电感量和元件体积的不二选择。

5、我们怎样简化对磁场的认识?

磁学复杂吗?当然,我数学不好,很难!

电源工程师以什么角度切入,才不会感觉迷茫呢?

我这里定义一个自悟的定义也好吧,对,是规则磁场的概念,这是我的理解,大家也可以根据描述自行理解它!

认识规则磁场,我这里怎样去定义规则磁

如下,假设一个环形电感

当电流通过线圈时,电流产生的磁场导入磁芯中,并且都被限制在磁芯介质中,磁芯牢牢地把磁场或磁场的描述量,如磁力线限制在其内部,这相当于给磁场一个确定的边界,这个边界是规则的环或者像EE磁芯那种规则形状。

磁芯规则了,并且对磁场带有强有力的束缚力,使其无法脱离磁芯(忽略散掉的磁),为什么能够产生这么大的束缚力,这就类似电学中,电流总是流过电阻R最小的地方,在磁学中这就是磁阻Rm的作用,良好的磁性材料相对周围空气,磁阻Rm最小,磁场最喜欢穿越这些路径了。

规则让分析问题就简单了,我们利用安培环路定理,那就是简单的线性计算,就可以让我们轻松设计磁性元器件的参数了,这里我们把这种磁场被限制在确定边界规则的情况,称为规则磁场,电源中是不是几乎都是这样的

对了,连接电流和磁场的桥梁是什么?

答案:安培环路定理 

安培环路定理能干什么?

答案:设计电感的核心量化公式

下次再说其它问题吧

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
20190127---工程师必懂磁性元件专业术语:初始磁导率、有效磁导率、品质因数、矫顽力、电感因数...
磁芯的特性理解
从磁化机理去认识什么是变压器的饱和,要防止出现饱和的必要性
工品汇系列小课堂之电工学丨第十讲 电感元件
安培环路定理对电感开气隙的意义2——气隙对磁通密度的“稀释”
开关电源磁芯特性
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服