【摘要】 为了设计应用于工业应用的磁性部件，应该分析磁性材料的主要特性

磁性材料是电源转换器和无线电能传输系统等各种应用中磁能存储所必需的材料。由于工作频率较低(50Hz/60Hz) ，硅钢片材料广泛应用于各行业的电力变压器或杆式变压器[1]。

 

另一方面，大多数电气设备都是基于高频磁性材料设计的，在几十千赫的高工作频率下工作，以实现磁性元件的紧凑尺寸[2]。一般来说，高频铁氧体磁芯由于具有高频特性、低磁芯损耗和易于制造等优点而备受青睐。近年来，由多层叠层岩心形成的非晶质岩心也成为60Hz-100kHz 工作频率应用的替代解决方案。这种非晶磁芯具有高饱和磁场 Bsat (≈1.5 T) ，可以减少由于超薄层合铁基板引起的涡流损耗。为了使磁性材料小型化，通常由 Fe，Si，B 与其他化学组合组成的纳米晶合金可以在1kHz-100kHz 的工作频率应用中使用。上述磁性材料在各种应用中各有优缺点。因此，根据磁性材料的固有磁性特性，应根据其应用的工作频率选择最合适的磁性材料。

 

为了设计应用于工业应用的磁性部件，应该分析磁性材料的主要特性，例如饱和磁通密度、初始磁导率、居里温度、功率损耗[mW/cm3]等。作为重要因素之一，磁导率是确定磁性部件尺寸和分析磁芯损耗的基线设计参数。尽管数据表中已经描述了所选磁芯的主要特性，但如果磁导率没有详细揭示，则需要进一步研究工作频率下的复杂磁导率特性。

 

特别是，数据表中通常没有描述假想渗透率，这意味着岩心损失；因此，研究虚磁导率对于估计磁芯损耗和管理磁芯的散热变得重要。作为研究复磁导率的典型方法，基于高分辨率的kHz范围的LCR计[3]、MHz GHz的微波发生器、GHz范围的矢量网络分析仪（VNA）和GHz范围的毫米波光谱仪可用于推导复磁导率以及电感和电阻。

 

尽管已经为各种目的提出了几种研究复磁导率的特殊测量方法，例如超宽带磁导率测量、传输桥方法和使用矩形波导内部的棒样品，但它们仅限于用于毫米波频率范围。由于这种测量设备不能提供适当的AC测试电流水平，因此复数磁导率的测量结果对于指定的频率范围可能不准确；因此，由于磁性部件中的AC测试电流极低，它们不适用于电力应用中应用的一般磁性部件。

 

此外，前面提到的文献需要复杂的实验环境，这使得电力工程师很难研究磁性材料的主要特性。因此，需要基于适当交流电源的复数磁导率计算测量，以便将适当的交流测试电流施加到磁性部件。

 

1.Azuma, D.; Hasegawa, R. Audible Noise From Amorphous Metal and Silicon Steel-Based Transformer Core. IEEE Trans. Magn. 2008, 44, 4104–4106.

2.Zhang, J.; Liu, J.; Yang, J.; Zhao, N.; Wang, Y.; Zheng, T.Q. A Modified DC Power Electronic Transformer Based on Series Connection of Full-Bridge Converters. IEEE Trans. Power Electron. 2019, 34, 2119–2133.

3.Shin, K.H.; Kim, Y.; Lim, S.H. AC Permeability of Fe-Co-Ge/WC/Phenol magnetostrictive composites. IEEE Trans. Magn. 2005, 41, 2784–2786.

 

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