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磁飽和

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  • 發(fā)布時間:2013/9/17 10:43:51
  • 作者:量值溯源

一、概述

  在電流互感器的測量中,我們經(jīng)常碰到互感器發(fā)生磁飽和現(xiàn)象,這是由于電磁型電流互感器是利用電磁感應(yīng)原理制成的,通過鐵芯進行能量傳遞,將一次繞組中的大電流,轉(zhuǎn)變?yōu)槎卧O(shè)備可以直接利用的小電流。由于鐵芯特性,當磁場能量達到一定水平后會達到磁通飽和,從而限制了電流的傳變。

  磁飽和是一種鐵磁材料的物理特性。當外界磁場強度慢慢加強時,鐵磁材料內(nèi)部的磁通密度也會慢慢加強。當磁場強度達到一定程度,再加強時,鐵磁材料的磁通密度增強的速度越來越慢。這時,我們可以把這種現(xiàn)象理解為磁飽和。

  變壓器線圈內(nèi)有鐵磁材料的鐵心,鐵心內(nèi)的磁感應(yīng)強度(主磁通)隨勵磁電流增加而增加,達一定程度后,勵磁電流增加,鐵心內(nèi)的磁感應(yīng)強度不再變化,即達到磁飽和。

二、原理

  電子在原子外層繞著數(shù)層軌道旋轉(zhuǎn),每一層電子旋轉(zhuǎn)都會依愣次定律產(chǎn)生一微弱的磁場,每一層的磁力不同、方向也不同,但合力為零,沒有磁性。當一線圈通電流,同樣的依愣次定律產(chǎn)生一磁場,磁力線穿過磁性材料(鐵心),磁性材料內(nèi)原子的電子旋轉(zhuǎn)軌道開始轉(zhuǎn)向,以抵消線圈產(chǎn)生的磁力線,線圈電流越大,越多磁性材料電子的旋轉(zhuǎn)方向改變,最后所有磁性材料電子旋轉(zhuǎn)方向都相同時,就是磁飽和。

  有磁芯的電感器有磁飽和問題, 在電感器中加鐵氧體或其他導磁材料的磁芯, 可以利用其高導磁率的特點, 增大電感量減少匝數(shù)減小體積和提高效率. 但是由于導磁材料物理結(jié)構(gòu)的限制, 通過的磁通量是不可以無限增大. 通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數(shù)量將不再增加, 不管你再增加電流或匝數(shù), 就達到磁飽和了。

  磁飽和是一種磁性材料的物理特性,磁飽和產(chǎn)生后,在有些場合是有害的,但有些場合有時有益的。比方磁飽和穩(wěn)壓器,就是利用鐵心的磁飽和特性達到穩(wěn)定電壓的目的的。電源變壓器,如果加上的電壓大大超過額定電壓,則電流劇增,變壓器很快就會發(fā)熱燒毀。

磁飽和B-H曲線

磁化B-H曲線

三、應(yīng)用

  電感的磁飽和問題,在開關(guān)電源應(yīng)用中,電感有允許其飽和的,有允許其從一定電流值開始進入飽和的,有不允許其飽和的,下面一些器件就是應(yīng)用磁飽和原理產(chǎn)生的。

  1,通常的濾波電感,如EMI濾波器中的共模電感、差模電感,直流輸出前LC濾波電路的電感.這些電感是不允許飽和的,但這些電感萬一飽和了,除了會影響電源的指標外,一般不會造成特別嚴重的問題。

  2,電路拓撲結(jié)構(gòu)需要的電感,如BOOST、BUCK拓撲中的電感,這些電感也是不允許飽和的.一旦飽和,電路的工作狀態(tài)將異常,容易造成比較嚴重的后果。

  3,可飽和電感,這類電感在電路中有其特別的功能.一般采用磁滯曲線矩形度好、磁導率高的材料制作.在未飽和時,電感量很大,對高頻信號來說是開路,飽和后電感量為零,相當為短路.常用于尖峰抑制、磁放大電路和作為磁開關(guān)的電路。

  4、磁飽和穩(wěn)壓器:飽和穩(wěn)壓器是利用鐵心的磁化曲線的非線性特性制成的。它的主要部分是一個飽和變壓器,其鐵心截面與一般變壓器不同,初級線圈的截面積大,為非飽和線圈;次級線圈的鐵心截面積小,為飽和線圈。當穩(wěn)壓器工作時,隨著電源電壓的增加,鐵心內(nèi)磁通也隨之增加。當次級鐵心內(nèi)磁通達到飽和點時,電源電壓再增加,增加的磁通只能漏到空氣中,而次級鐵心內(nèi)磁通基本上不再增加,所以次級線圈所產(chǎn)生的輸出電壓也就基本不變了,起到了穩(wěn)壓作用。

 


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