前面已經(jīng)指出,軟磁合金在交流應(yīng)用時(shí)的能量損耗主要來自磁滯損耗和渦流損耗。由于磁滯損耗和材料的磁滯回線的面積成正比,因此降低磁滯損耗的關(guān)鍵是如何降低材料的矯頑力,而降低矯頑力的途徑和前面所討論的提高初始磁導(dǎo)率的途徑在大多數(shù)軟磁合金中是一致的,因此這里不再細(xì)述。關(guān)于如何降低渦流損耗的問題,正航儀器設(shè)備有限公司根據(jù)上一節(jié)討論的內(nèi)容歸納如下:
1.采用疊片鐵芯并使疊片與疊片之間有良好的絕緣
采用疊片鐵芯,使疊片與疊片之間互相絕緣可以保證渦流在每一疊片內(nèi)流動(dòng).這在軟磁合金中,對(duì)降低渦流損耗是十分有利的.在一些高功率額定值的大型變壓器中,除了要設(shè)法降低疊片材料本身的渦流損耗外,還必須提高疊片的有效表面絕緣電阻.在正常情況下渦流損耗本身己很高,因此很容易使疊片之間的絕緣層擊穿.為了提高疊片鐵芯的有效表面絕緣電阻,常常需要采取一些特殊的措施.例如在硅鋼片生產(chǎn)中,可以將疊片放在輕微氧化的氣氛中進(jìn)行退火處理,使其表面形成一層氧化鐵薄膜,或者預(yù)先在疊片表面涂復(fù)一層氧化鎂薄層,然后經(jīng)高溫退火,使這層氧化鎂和材料表面的二氧化硅(因材料含硅)化合成玻璃狀的硅酸鎂涂層.后面我們將要談到,這樣一層硅酸鎂涂層的形成,不僅可有效地提高表面絕緣涂層,而且還可在材料中造成有利的張應(yīng)力,進(jìn)一步降低渦流損耗.
2.提高材料本身的電阻率
在軟磁合金中,電阻率這一指標(biāo)很重要.為了提高軟磁合金的電阻率,一般可以通過在鐵中添加少量硅、鋁等元素,以使臺(tái)金的渦流損耗下降到可以容許的程度.
但是,作為大塊材料,當(dāng)使用頻率升高時(shí),渦流損耗必將越來越大,以至于到達(dá)不可應(yīng)用的地步.這時(shí),可以將軟磁合金制成直徑為幾微米至幾十微米的微細(xì)顆粒,然后用高頻絕緣漆(如酚醛樹脂等)混合壓成所需形狀的元件.這些通常稱為“鐵粉芯”的元件,由于顆粒與顆粒之間有很好的絕緣性能,因而可在高達(dá)幾兆赫的頻率下使用.
3.減小疊片厚度
對(duì)疊片鐵芯來說,疊片的厚度越小,渦流損耗就越低.目前己可軋制出薄到只有幾微米的軟磁合金薄帶材料了,但疊片越薄,相應(yīng)的成本就越高,因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須兼顧電磁性能和制造成本兩方面的因素.對(duì)于頻率為50Hz的應(yīng)用,疊片厚度通常取0.23—0.50mM;工作頻率上升到400Hz時(shí),疊片厚度可取0.10—0.15Mm;工作頻率高于IMHz的變壓器鐵芯,則必須采用厚度小于o.025mM的薄帶材料了。
應(yīng)該指出,在某些軟磁合金,例如含硅量為3.15%的鐵硅臺(tái)金中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn),隨著厚度的下降,雖然渦流損耗也可降低,磁滯損耗卻會(huì)升高.其原因可能是當(dāng)材料很薄時(shí),某些晶粒的易磁化方向不再平行于薄片或薄帶表面,從而導(dǎo)致較高的靜磁能所引起的.由于這一因素,最后可使這種軟磁合金在50Hz下的總鐵芯損耗在某一厚度(非取向材料為0.25Mm、單取向材料為o.13mm財(cái)出現(xiàn)極小值。
4.改善晶體取向
對(duì)于純鐵的單晶試樣,由于磁晶各向異性的緣故,沿其易磁化方向E100 3磁化時(shí)所需的能量最小(見圖3—8).可以想見,對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的多晶材料,如果在制造過程中能設(shè)法使各晶粒的U o01方向沿同一方向整齊排列起來,那末沿該方向使用時(shí)一定可以得到較好的磁性能,包括較低的鐵芯損耗.材料的晶粒取向越完善,沿易向的鐵芯損耗就越低.這一點(diǎn)己為硅鋼的發(fā)展歷史所證明,我們將后面作比較詳細(xì)的說明。
最后,需要特別指出的是,在各種專業(yè)書籍和文獻(xiàn)中,有關(guān)鐵芯損耗的單位各不相同,以至于很難進(jìn)行比較.例如,在美國(guó),工頻下的鐵芯損耗多用60Hz時(shí)的瓦/磅(w/Ib)作為單位,而在其它許多國(guó)家則多用50Hz時(shí)的瓦/公斤(w/k8)作為單位.這兩者之間的轉(zhuǎn)換不能簡(jiǎn)單地用1kg=2.21b的關(guān)系來進(jìn)行,從50Hz的損耗轉(zhuǎn)換到50Hz的損耗,依賴于磁感應(yīng)強(qiáng)度和材料的質(zhì)量高低。對(duì)于常用的鐵硅合金,下面列出的轉(zhuǎn)換關(guān)系是很有用的。
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