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磁芯建模提供了洞察行为,操作范围,饱和度

2015年9月9日
理解磁芯从线性到饱和的转变是一个挑战;该分析和模型提供了对B-H曲线行为和渗透率问题的深入理解。
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这种文件类型包括高分辨率的图形和原理图(如适用)。

通常有必要了解磁性元件在操作期间的行为,主要是当应用于用于磁能存储和随后释放的扼流圈或电感器时。由于这些部件大多利用了磁芯的磁性特性,如果不知道磁性材料在由电感线圈产生的磁场中如何表现,就很难制造出高效可靠的电子设备。

任何磁芯都可能饱和,由于饱和边界不尖锐,第一步是确定一个饱和点。有些设备可以提供更高水平的核心饱和,其他有一个非常低的,和一些设备使用饱和。因此,一个用于评估岩心饱和模式的分析工具将节省大量的设计时间。

该分析采用解析表达式,通过密切描述磁芯饱和过程来模拟B-H曲线图。它基于磁芯充磁和退磁过程的一般原理,但不能考虑电子工业中使用的磁性材料的所有特性。

我们努力寻找一个能近似表示B-H曲线的函数,结果得到方程1。这部分的分析旨在模拟具有可忽略矫顽力的材料的行为,如软铁氧体:

B (Hx)是模拟B-H磁化曲线的函数;B为磁性材料饱和磁通密度;Hx为磁场强度的电流值,H0是一个参考磁场强度,这还有待发现。它定义了磁化曲线的斜率。

1.B-H曲线用于建模。

在相应的B-H曲线中(图1), B-H磁曲线的斜率(即材料的全磁导率),通过微分式1 / H得到x.斜率清楚地显示了H的值0

表示导数为:

定义B-H曲线在H = 0处的斜率,就可以得到H的缺失值0


同时,我们有:


因此,利用式4,我们得到:


结果:

然而:


因此:

在公式1中,我们有:


不幸的是,这个公式几乎是可用的,因为设计者主要感兴趣的是电感对磁化电流的依赖。相反,我们将从经典的B-H曲线(稍后也将绘制)转向所需的L(I)函数。自:

式中,L为电感;年代玛格为磁芯截面积;l玛格是磁芯中心磁线的长度;和Nt是感应器的匝数。

第一个分数是参数:

一个l为电感系数:

因此:


A的值l可以在磁芯数据表中找到。第二个分数是斜率:


简化,我们得到:


因此:

根据安培定律,我们有:


我在哪里为磁化电流,利用式8,可以得到:


这个表达式描述了电感与磁化电流的关系。简化它的收益率:


由式10可知磁化电流和饱和开始时的值:


一些例子和图表说明了这些方程是如何应用的。

例1:基本B-H曲线

使用mT:= 0.001T;尼克-海德菲尔德:= 109H;µr: = 2500;和B:= 0.25T,加上方程:


得到图1的B-H曲线。

示例2:电感与磁场强度

假设l:= 4204 nH和Nt: = 4,:

得到图2中电感与磁场强度的关系。

2.图示电感与磁场的关系。

例3:电感对电流的影响

假设我玛格:= 0.103 m

图3中的图表显示了电感器在磁场强度和应用电流方面的行为。在铁心磁导率或电感最大值的-3 dB处设置饱和边界是合理的。

3.这说明了电感器在磁场中的行为。

例4:渗透率等于B-H曲线的斜率

表达式:

定义在-3分贝处的边线位置(图4)

,边界(Hx): =边界。

4.在这个例子中,渗透率等于B-H曲线的斜率。

例5:岩心饱和度图

5.定义岩心饱和度的边界显示在这张图中。

对于电感,定义铁心饱和的边界如图5所示,使用µ-法r: = 2500;l玛格: = 103毫米;S:= 138毫米2;Nt: = 4;B: = 0.25 t;L1: = Nt2•一个L1= 6.735 x 10-5H;边境(我): =边界l;和:

对饱和电流进行求解,得到:

和我= 1.241。

总之,这种建模方法使估计磁芯的工作范围成为可能,并有助于避免不必要的行为。

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