磁芯

磁芯磁化实验结果讨论

发布时间：

2023-08-24

磁芯磁化实验结果讨论

伏秒积

伏秒积 (voltage second product ， VSP) 是脉冲磁元件设计过程中最重要的参数之一，其定义为对于一个时变电压，磁材料能够提供磁通量的持续时间。伏秒积的数值通过测量得到，工程实践中，对特定磁芯，一般通过约定某一磁感应增量 ΔB 得到磁芯的伏秒积，而由于磁芯饱和分界点难以确定，有学者以 B 探针测量脉冲波形上升沿的 5% 作为饱和起始点 [2] ，但并不适合作为式 (33) 中饱和时刻 t s 的定义。由 1.1 节和 1.2 节的非线性电感分段线性化分析可知， t 2 时刻之后磁芯才进入饱和阶段。同时，根据分析，图 6 和图 8 中电压波形转折点 t 1 仅是非饱和阶段与趋近饱和阶段的分界点，因而按式 (33) 计算磁芯伏秒积时应取 t s =t 2 。

此外，受空间磁化特性的影响，由单绕组和双绕组测量结果得到的伏秒积必不相同。单绕组伏秒积反映非线性电感的饱和特性，而双绕组伏秒积则反映磁芯饱和特性。考虑伏秒积的定义，重新定义由单绕组电路测量得到的伏秒积应为磁芯的视在伏秒积 (apparent voltage second procduct ， AVSP) 或非线性电感伏秒积，而双绕组伏秒积为磁芯伏秒积。分别将 u(t) 和 u m (t) 代入式 (36) ，单绕组时AVSP=1.48 mV⋅s ，双绕组时 VSP=1.25 mV⋅s ，AVSP>VSP 。进行磁开关等单绕组饱和磁元件设计时，采用 AVSP 更合适；设计脉冲变压器等双绕组元件时，则应采用 VSP 。

平均饱和电感

饱和电感是磁开关的重要参数，其值决定了磁开关的陡化性能。饱和电感可采用以下公式计算：2o rso i o i2 ( ) / ln( / )wsN ALr r r rμ μ=π −(38)式中 μ rs 为磁芯的饱和相对磁导率。磁芯饱和后，相对磁导率仍会随着磁场强度的增加继续下降，如表 1 所示，其中前 4 行饱和相对磁导率均为对应磁场强度处双绕组测得磁化曲线的斜率，最后一行中取磁场强度变化量 ΔH=6~ 12 kA/m ，由 μ rs =ΔB/( μ 0 ΔH) 计算得到平均饱和相对磁导率。

由不同磁场强度下饱和相对磁导率计算得到的饱和电感有明显差距，因此考虑采用平均饱和电感描述磁开关的饱和特性。平均饱和电感是磁芯饱和后线圈的等效电感，其数值大小与脉冲电流幅值有关，不能仅由某一磁场强度下磁芯饱和磁导率计算。为计算平均饱和电感，将 t=t 2 代入式 (15) 、 (18) ，有2232 23 2U CLI i=−(39)L 3 即为平均饱和电感。将图 6 数据代入式 (39) ，得到 L 3 =275 nH 。计算结果与表 1 中由平均饱和相对磁导率得到的饱和电感值吻合。因此，考察磁开关饱和特性时，若采用双绕组测量，则应首先根据测得磁化曲线得到磁芯平均饱和相对磁导率，再由式 (38) 计算；若采用单绕组测量，则可直接根据测量波形按式 (39) 计算。