大家好,今天我們來(lái)簡(jiǎn)單聊一聊磁芯。

之所以說(shuō)磁芯,是因?yàn)榇判緦?duì)于電感來(lái)說(shuō),就相當(dāng)于是電容的中間絕緣介質(zhì)。磁芯決定了電感的很多特性。比如大家都知道,

①電感線圈里面加個(gè)磁芯,電感值會(huì)增大很多,這是為什么呢?

②還有電感有飽和電流,那電感為什么會(huì)飽和呢?

③磁滯回線又是什么呢?

④磁導(dǎo)率又是個(gè)啥?

物質(zhì)的磁性

首先來(lái)說(shuō)下物質(zhì)的磁性是怎么來(lái)的。所有物質(zhì)的磁性都是電流產(chǎn)生的,永久磁鐵的磁性就是分子電流產(chǎn)生的。所謂分子電流就是磁性材料原子內(nèi)的電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)形成的。

電子運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)個(gè)小的磁鐵,這些小的磁體在晶格中排列在一個(gè)方向,形成一個(gè)個(gè)小的磁區(qū)域,也就是磁疇。正是磁鐵里面的磁疇整體排列有方向,因此宏觀上我們看到磁鐵有磁性。

我們使用的磁芯一般是軟磁鐵,如果沒(méi)有磁化過(guò),里面的磁疇是亂序的,所以對(duì)外不顯示磁性。

磁芯如何使電感值增大

為什么電感線圈里面加個(gè)磁芯,電感值會(huì)增大很多?

在線圈沒(méi)有磁芯的時(shí)候,給線圈通過(guò)一定的電流,根據(jù)電生磁原理,這時(shí)會(huì)有磁場(chǎng)穿過(guò)線圈,假定這時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H。

如果這時(shí)候線圈中有磁芯,磁芯中的部分磁疇會(huì)在磁場(chǎng)強(qiáng)度H的作用下有序排列,這些磁疇會(huì)產(chǎn)生與原磁場(chǎng)方向相同的磁場(chǎng),并且比H大的多,所以總的磁場(chǎng)會(huì)增大很多,二者疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為B。

這種增大磁場(chǎng)的能力,有一個(gè)參數(shù),叫磁導(dǎo)率?,B=?H。前面的解釋是為了便于理解。

事實(shí)上?的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x是這樣的。在相同條件下,鐵磁介質(zhì)中所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度比空氣介質(zhì)中大得多。為了表征這種特性,將不同的磁介質(zhì)用一個(gè)系數(shù)?來(lái)考慮, ?稱(chēng)為介質(zhì)磁導(dǎo)率,表征物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。在介質(zhì)中, ?越大,介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越大。

為什么電感有飽和電流

前面說(shuō)到,因?yàn)榇判纠锩娲女牭挠行蚺帕?使得電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被大大加強(qiáng)。電流越大,有序排列的磁疇也越多,產(chǎn)生的磁場(chǎng)也越大,穿過(guò)線圈的磁通量也越大,基本是和電流成正比的。電感定義就是線圈的自感系數(shù),等于磁通量與電流的比值,所以正常情況下,電感L為常量。當(dāng)電流達(dá)到一定程度,這個(gè)時(shí)候磁芯里面所有的磁疇已經(jīng)都有序排列了,即使再增大電流,已經(jīng)沒(méi)有多余的磁疇能有序排列來(lái)增加磁場(chǎng)了,所以,磁場(chǎng)強(qiáng)度基本不增加。這個(gè)時(shí)候,我們就說(shuō)電感已經(jīng)飽和了,電流增大,而磁通量不再增加,電感值等于磁通除以電流,所以電感值下降。通常,我們實(shí)際用的電感,飽和電流一般定義為電感值相對(duì)初始值下降30%時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。

B-H磁滯回線理解

橫坐標(biāo)是磁場(chǎng)強(qiáng)度H,縱坐標(biāo)為磁感應(yīng)強(qiáng)度B,僅從字面上難以理解它們之間的區(qū)別。磁場(chǎng)強(qiáng)度H通常是通電電流產(chǎn)生的,所以可以理解為通電線圈本身,沒(méi)加任何介質(zhì)材料時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。而B(niǎo)呢,就是填充上磁性材料是總的磁感應(yīng)強(qiáng)度。H主要與電流大小相關(guān),而B(niǎo)與磁性材料相關(guān)。B-H磁滯回線描述的是磁性材料反復(fù)磁化的特性。

我們先看OS這一段,磁性材料如果先前沒(méi)有磁化過(guò),那么初始磁性為0,就在O點(diǎn),這時(shí)如果進(jìn)行磁化,增大H,那么會(huì)沿曲線到達(dá)S點(diǎn),S點(diǎn)處,完全磁飽和。這個(gè)時(shí)候如果減小H到0,并不會(huì)回到O點(diǎn),只會(huì)回到Br點(diǎn),Br為剩磁,這是因?yàn)椴糠执女牥l(fā)生了剛性偏轉(zhuǎn)。因?yàn)槭４诺拇嬖?理論上磁性材料再也回不到O點(diǎn)了,除非加熱到居里溫度。這種磁化曲線與退磁曲線不重合,B的改變滯后H的現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。

到達(dá)Br后,繼續(xù)施加反向的磁場(chǎng),到達(dá)-Hc處,此時(shí)B才能為0。Hc也叫矯頑磁力。意義就是,由于磁滯現(xiàn)象,要使磁介質(zhì)中的B為0,需要一定的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。

繼續(xù)增大反向的磁場(chǎng),到達(dá)-Hs處,此時(shí)發(fā)生反向磁飽和。如果此時(shí)減小反向的磁場(chǎng)到0,就會(huì)到-Br點(diǎn),再增大正向磁場(chǎng)會(huì)到達(dá)Hc點(diǎn),繼續(xù)增大會(huì)會(huì)到S點(diǎn)。這就是一個(gè)完整的磁滯回線。

我們理解這個(gè)磁滯回線有什么用呢?

很容易想到,永磁體就是那種剩磁Br比較大的,屬于硬磁材料。

而我們使用的電感,磁芯應(yīng)是軟磁性材料,剩磁比較小。為什么呢?可以這樣理解,我們理想的電感是儲(chǔ)能元件,有電流時(shí)儲(chǔ)存能量,沒(méi)電流時(shí)能量被釋放,本身并不消耗能量,并且這個(gè)能量是磁場(chǎng)能。而實(shí)際的磁芯,電流流過(guò)時(shí),產(chǎn)生磁場(chǎng),有了磁場(chǎng)能,然后電流變?yōu)?,因?yàn)榇艤F(xiàn)象,磁芯會(huì)有剩磁,也就是說(shuō)磁芯沒(méi)有把磁場(chǎng)能全部還回來(lái),自己留了一部分,這一部分其實(shí)就是磁芯的磁滯損耗了。所以說(shuō),磁滯越大,那么損耗也就越大,為了減小損耗,電感磁芯自然就選擇軟磁鐵材料了。

另外,我們可以推斷出,電流達(dá)到一定值之后,電感感量會(huì)隨電流的增大也減小。因?yàn)锽=uH,所以磁導(dǎo)率u是這個(gè)曲線的斜率?？梢钥吹?整個(gè)曲線類(lèi)似于S型,在電流比較小時(shí), H與B基本是線性的,磁導(dǎo)率u基本不變,那么電感感量也不變。而電流比較大時(shí),H與B是非線性的,斜率逐漸變低,也就是說(shuō)u逐漸變小,那么電感的感量也是慢慢變小的。相信到這里,你就能明白,為什么電感規(guī)格書(shū)手冊(cè)中,電感與電流的曲線是那樣的了。

總結(jié)

總結(jié)一下,電感的磁芯決定了電感的飽和電流,也決定了電感值與電流的變化曲線,磁滯損耗等等。所以對(duì)于常用的磁芯,我們對(duì)其特性應(yīng)該有一些了解。