磁滯損耗的理解
發(fā)布時(shí)間:2020-12-16 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】我們先前有講過電感的損耗,分為銅損和鐵損,銅損指直流導(dǎo)通電阻,一般不會(huì)大。而鐵損就是指磁芯損耗了,主要包括磁滯損耗和渦流損耗。而這兩者主要與磁芯的材質(zhì)種類有關(guān)。下面來(lái)看看磁珠是怎么利用磁滯損耗和渦流損耗來(lái)工作的。
磁珠在電路中也是用得非常多的,下面是一些經(jīng)常會(huì)看到的知識(shí)點(diǎn),或者說(shuō)是經(jīng)驗(yàn)吧。
①電感的單位是亨 H,磁珠的單位是歐姆Ω
②電感是儲(chǔ)存能量的,磁珠是通過發(fā)熱來(lái)消耗能量的
③磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號(hào),多用于信號(hào)回路及 EMC 對(duì)策
不知道同志們想過沒有,這些結(jié)論是怎么來(lái)的呢?要理解這些,就需要知道磁珠的工作原理,而知道了磁珠的工作原理,這些也就是理所當(dāng)然的事情了。
磁珠的工作原理
總的來(lái)說(shuō),磁珠跟電感的原理基本是一樣的,很多廠家也把磁珠歸為電感一類。那么他們的區(qū)別在哪兒呢?
先來(lái)看我們使用兩者器件的目的:我們一般使用電感,總希望他是理想電感,損耗越小越好。而我們使用磁珠,就是要利用其損耗,來(lái)消掉我們不需要的高頻分量。
我們先前有講過電感的損耗,分為銅損和鐵損,銅損指直流導(dǎo)通電阻,一般不會(huì)大。而鐵損就是指磁芯損耗了,主要包括磁滯損耗和渦流損耗。而這兩者主要與磁芯的材質(zhì)種類有關(guān)。下面來(lái)看看磁珠是怎么利用磁滯損耗和渦流損耗來(lái)工作的。
下面是最簡(jiǎn)單的磁珠模型:
dsPIC33 DSC參考設(shè)計(jì)的主要電路組件
電流流過導(dǎo)線,會(huì)產(chǎn)生圍繞導(dǎo)線的環(huán)形磁場(chǎng),在導(dǎo)線上套上一個(gè)磁導(dǎo)率比較大的磁環(huán),磁環(huán)內(nèi)部就會(huì)有比較大的環(huán)形磁場(chǎng) B。如果電流是變化的,那么磁場(chǎng) B 也是變化的。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),并且這個(gè)電場(chǎng)是環(huán)形的電場(chǎng)。如上圖所示,會(huì)在紅色截面上產(chǎn)生環(huán)形的電場(chǎng)。這是如果磁環(huán)的電阻率不是無(wú)窮大,那么環(huán)形的電場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生環(huán)形的電流,也就是產(chǎn)生熱量了,這個(gè)損耗叫渦流損耗。
我們實(shí)際中常用的磁珠是上面這種貼片式結(jié)構(gòu)的,一樣也是會(huì)有渦流損耗,道理跟上面差不多。
磁滯損耗如何理解呢?
磁芯在外磁場(chǎng)的作用下,材料中的一部分與外磁場(chǎng)方向相差不大的磁疇發(fā)生了‘彈性’轉(zhuǎn)動(dòng),這就是說(shuō)當(dāng)外磁場(chǎng)去掉時(shí),磁疇仍能恢復(fù)原來(lái)的方向;而另一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng),即當(dāng)外磁場(chǎng)去除時(shí),磁疇仍保持磁化方向。因此磁化時(shí),送到磁場(chǎng)的能量包含兩部分:前者轉(zhuǎn)為勢(shì)能,即去掉外磁化電流時(shí),磁場(chǎng)能量可以返回電路;而后者變?yōu)榭朔Σ潦勾判景l(fā)熱消耗掉,這就是磁滯損耗。
上圖為典型的磁滯曲線,從前面磁滯損耗的理解來(lái)看。剩磁 Br 越小,那么磁疇的剛性轉(zhuǎn)動(dòng)越少,損耗就越小。或者說(shuō)磁滯損耗正比于磁滯回線包圍的面積。
關(guān)于磁珠的損耗,我請(qǐng)教過相關(guān)電感生產(chǎn)廠家,磁滯損耗占大頭。
小結(jié)
其實(shí),上面說(shuō)的渦流損耗,磁滯損耗,在前幾期講電感,講磁芯時(shí)已經(jīng)介紹過了,電感的損耗也是這些。電感和磁珠,本質(zhì)上沒什么區(qū)別。電感和磁珠的曲線,其實(shí)是差不多的,都是倒“V”型的只不過因?yàn)槭褂媚康牡牟煌?,電感我們一般讓其工作在感性區(qū)域,也就是遠(yuǎn)離諧振頻率的頻段,因此,它的單位是 H。而磁珠工作在阻性區(qū)域,也就是諧振頻率附近,因此他的單位是歐姆。
或者這么說(shuō),電感和磁珠,如果用數(shù)學(xué)公式表示阻抗的話,都是 Z=R+jX。
電感,工作在 X 遠(yuǎn)大于 R 的頻段,也就是 X 占大頭,此時(shí) X 主要是感抗,那么單位不就是亨了么。既然 X 分量占大頭,R 分量很小,因?yàn)橹挥?R 才能消耗能量,那就主要是儲(chǔ)能的作用了。
磁珠,主要工作在 R 大于 X 的頻段,R 占大頭,那么單位不就是歐姆了么。因?yàn)?X 分量占小頭,儲(chǔ)能很少,所以我們說(shuō)磁珠主要是通過發(fā)熱消耗能量的。
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