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磁饱和

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  • 发布时间:2013/9/17 10:43:51
  • 作者:银河电气

一、概述

  在电流互感器的测量中,我们经常碰到互感器发生磁饱和现象,这是由于电磁型电流互感器是利用电磁感应原理制成的,通过铁芯进行能量传递,将一次绕组中的大电流,转变为二次设备可以直接利用的小电流。由于铁芯特性,当磁场能量达到一定水平后会达到磁通饱和,从而限制了电流的传变。

  磁饱和是一种铁磁材料的物理特性。当外界磁场强度慢慢加强时,铁磁材料内部的磁通密度也会慢慢加强。当磁场强度达到一定程度,再加强时,铁磁材料的磁通密度增强的速度越来越慢。这时,我们可以把这种现象理解为磁饱和。

  变压器线圈内有铁磁材料的铁心,铁心内的磁感应强度(主磁通)随励磁电流增加而增加,达一定程度后,励磁电流增加,铁心内的磁感应强度不再变化,即达到磁饱和。

二、原理

  电子在原子外层绕著数层轨道旋转,每一层电子旋转都会依愣次定律产生一微弱的磁场,每一层的磁力不同、方向也不同,但合力为零,没有磁性。当一线圈通电流,同样的依愣次定律产生一磁场,磁力线穿过磁性材料(铁心),磁性材料内原子的电子旋转轨道开始转向,以抵消线圈产生的磁力线,线圈电流越大,越多磁性材料电子的旋转方向改变,最后所有磁性材料电子旋转方向都相同时,就是磁饱和。

  有磁芯的电感器有磁饱和问题, 在电感器中加铁氧体或其他导磁材料的磁芯, 可以利用其高导磁率的特点, 增大电感量减少匝数减小体积和提高效率. 但是由于导磁材料物理结构的限制, 通过的磁通量是不可以无限增大. 通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加, 不管你再增加电流或匝数, 就达到磁饱和了。

  磁饱和是一种磁性材料的物理特性,磁饱和产生后,在有些场合是有害的,但有些场合有时有益的。比方磁饱和稳压器,就是利用铁心的磁饱和特性达到稳定电压的目的的。电源变压器,如果加上的电压大大超过额定电压,则电流剧增,变压器很快就会发热烧毁。

磁饱和B-H曲线

磁化B-H曲线

三、应用

  电感的磁饱和问题,在开关电源应用中,电感有允许其饱和的,有允许其从一定电流值开始进入饱和的,有不允许其饱和的,下面一些器件就是应用磁饱和原理产生的。

  1,通常的滤波电感,如EMI滤波器中的共模电感、差模电感,直流输出前LC滤波电路的电感.这些电感是不允许饱和的,但这些电感万一饱和了,除了会影响电源的指标外,一般不会造成特别严重的问题。

  2,电路拓扑结构需要的电感,如BOOST、BUCK拓扑中的电感,这些电感也是不允许饱和的.一旦饱和,电路的工作状态将异常,容易造成比较严重的后果。

  3,可饱和电感,这类电感在电路中有其特别的功能.一般采用磁滞曲线矩形度好、磁导率高的材料制作.在未饱和时,电感量很大,对高频信号来说是开路,饱和后电感量为零,相当为短路.常用于尖峰抑制、磁放大电路和作为磁开关的电路。

  4、磁饱和稳压器:饱和稳压器是利用铁心的磁化曲线的非线性特性制成的。它的主要部分是一个饱和变压器,其铁心截面与一般变压器不同,初级线圈的截面积大,为非饱和线圈;次级线圈的铁心截面积小,为饱和线圈。当稳压器工作时,随着电源电压的增加,铁心内磁通也随之增加。当次级铁心内磁通达到饱和点时,电源电压再增加,增加的磁通只能漏到空气中,而次级铁心内磁通基本上不再增加,所以次级线圈所产生的输出电压也就基本不变了,起到了稳压作用。

 

  作者:量值溯源

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