2非晶、纳米晶入门及设计应用

入门及应用设计

(第二版)易明

第二版序

在第一版电子版发布时，本人报着学习和探求知识的态度，在日常工作之余为大家做出一点小小贡献，由于能力有限，特别是有关非晶类资料和信息较为单薄。从第一版到现在已有3年时间，特别是近几年非晶行业高速发展，产品、设备和应用日新月异，此次将第一版的内容进行修改并补充是非常必要和及时的。主要增加了非晶软磁材料的国内现状及产品补充，当前非晶行业的人员储备与发展已经远滞后于行业的发展，本书籍的出现如果能对非晶软磁行业的发展有一定贡献和推动作用的话，本人将深感欣慰。

非晶合金变压器的推广和普及将成为国家电网在2013年重点推进领域,市场规模将在2012年40-50亿基础上翻倍至90-100亿。从国家和发展来看，非晶行业在3013年将有爆发式增长，同时进一步推动其他非变压器行业发展，非晶行业的发展步入高速之路。

在此次编写中，本着真实严谨的态度，让读者对国内非晶行业的现状和发展有一个清晰的认识。更为重要的是，让刚刚接触非晶行业的朋友能更为直接的认识非晶软磁材料，所以在很多公式和段落中有备注和说明，希望对读者们有所帮助。

非晶软磁由于产品设计没有统一和标准化可循，更多时候靠的是设计人员的理论基础和实际操作的累积；如何把客户参数转变为非晶软磁产品的磁性能参数是有相当难度，所以一个优秀的设计工程师是要精通电学和磁学2个领域的知识，需要相当时间的学习和积淀，同时这也是目前国内非晶软磁行业发展的瓶颈所在。加强行业交流、学习，共同提高自身能力和竞争力是提高非晶软磁行业的必行之路，本书籍本着抛砖引玉的目的，希望能有更多的行业精英参与和编写非晶软磁资料。

本资料主要针对于非晶入门和设计参考，引用公式理论以简单实用为根本，以便非晶行业和新入门朋友和设计人员可以简单快速的得出结果。

谨以此书献给在学习过程中给我帮助的每一位朋友、同事和老师，同时献给我的妻子和刚出生的孩子易境，表达我的感激之情。

Jimmy

2013-2-22

目录

1.磁的基本概念1.1磁的基本概念1.2磁场和磁力线1.3电磁现象

2.磁性材料的特性和定义2.1基本磁学量定义2.2软磁材料分类2.3磁路和电感3磁化和磁化曲线3.1磁性材料的磁化3.2磁化曲线

4.非晶、纳米晶态软磁合金4.1非晶态软磁合金介绍4.2纳米晶态软磁合金介绍4.3纳米晶态软磁合金性能及应用4.4国内非晶行业现状及发展

4.5非晶行业主要产品、检测仪表及检测方法4.6非晶行业各工序生产设备及工艺介绍5.非晶、纳米晶应用及设计5.1输出滤波电感5.2共模电感5.3饱和电抗器

5.3.1磁放大器（此处为最初磁放大器的使用和设计）5.3.2磁调节器（目前市面上所称磁放大器）5.3.3磁开关5.3.4尖峰抑制器5.4变压器5.4.1高频变压器5.4.2脉冲变压器5.4.3配电变压器5.4.4C型变压器5.5互感器

5.5.1普通电流互感器5.5.2抗直流分量互感器

5.5.3VAC抗直流分量互感器（单铁芯抗直流）5.5.4漏电保护互感器5.6PFC电感及气隙电感5.7非晶焊料

6.非晶、纳米晶新型市场应用简介6.1非晶、纳米晶粉末喷涂6.2非晶、纳米晶粉芯6.3大块非晶发展

1.磁的基本概念

1.1磁的基本概念

自然界中有一类物质，如铁，镍和钴，在一定的情况下能相互吸引，这种性质我们称它们具有磁性。使他们具有磁性的过程称之为磁化。能够被磁化或能被磁性物质吸引的物质叫做磁性物质或磁介质。能保持磁性的磁性物质称为永久磁铁。磁铁两端磁性最强的区域称为磁极。

将棒状磁铁悬挂起来，磁铁的一端会指向南方，另一头则指向北方。指向南方的一端叫做南极S，指向北方的一端叫做北极N。如果将一个磁铁一分为二，则生成两个各自具有南极和北极的新的磁铁。南极或北极不能单独存在。

注：磁场总是有N和S极，即有输出端和输入端，而且两者的磁能量相等

1.2电磁现象

如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作用力－同性相斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间转递的，这里存在着磁力作用的特殊物质，我们称之为磁场。磁场与物体的万有引力场，电荷的电场一样，都具有一定的能量。但磁场还具有本身的特性：(1)磁场对载流导体或运动电荷表现作用力；(2)载流导体在磁场中运动时要做功。

运动电荷或载流导体产生磁场。根据实验归纳为安培定则，即右手定则，如图1-2所示。右手握住导线，拇指指向电流流通方向，其余四指所指方向即为电流产生的磁场方向，如图1-2(a)所示；如果是螺管线圈，则右手握住

螺管，四指指向电流方向，则拇指指向就是磁场方向，如图1-2(b)所示。

注：磁场本身是不能被绝缘的，但可以被短路，这就是高导材料漏磁较小的原因；磁力线本身是不存在的，由于磁场无法直观表达，只能用磁力线的方式来表现磁场大小和分布；磁极附近的磁力线较密集，远处磁力线就稀疏。

1.3电磁现象

刚才我们看到图形中，载电流电线周围有磁场存在，磁场大小和电流大小成正比关系。在螺旋管内部，同样产生磁场，磁场大小和电流、匝数大小成正比关系。

如果把螺旋管两头接一个高精度电流计，在不通电情况下，电流和磁场均为零。然后用一根条形永磁体快速插入螺旋管，电流计会有显示，当磁体停止运动，电流就消失。

固定永磁体不动，将螺线管快速的套入永磁体，同样能产生电流。此实验说明，电磁之间可以相互转换的，磁生电的公式为E=NSµ0而发电机正是利用此原理进行发电。

dHdt2.磁性材料的特性和定义

2.1基本磁学量定义

磁感应强度（B）

用单位长度的导线，放在均匀的磁场中，通过单位电流所受的力的大小（B=F/Iｌ）表示磁场的强弱――磁感应强度，单位为（Tesla）注：由于磁性材料有饱和磁感应强度，所以B有最大值，在H相同情况下，μ越大，B越大，但同时满足于B≤Bmax磁通（Φ）

垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通量，单位为（Wb）

Φ=∫B×cosα×dS（原公式）

sΦ=B×S(简化公式)

注：从公式可以看出，B值相同情况下，S越大，磁通量越大磁导率（μ）

为介质磁导率，表征物质的导磁能力。在介质中，μ越大，介质中磁感应强度就越大。

注：磁导率是介质对磁力线响应情况，高的磁导率对磁力线短路越厉害，所以H一样情况下，μ越高反应出来的B就越大。磁场强度（H）

在任何介质中，磁场中某点的B与该点的μ的比值定义为该点的磁场强度注：在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量；单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量。在没有磁介质情况下，空气相对导磁率=1，所以B=H磁路长度（l）

在磁路中磁通流过的闭合路径的长度，单位为（m）

备注：由于磁路长度计算复杂，工程中一般采用估算法计算效磁路长度，而有效磁路长度有2种计算方法（环形磁心）

1.环的内径与外径比接近1，认为环内磁场是均匀的，可以用平均磁路

长度代替

2π(r2−r1)l=2.环的内外径相差较大，可以用以下公式计算

rln2

真空磁导率μ0r1

−7−8

µ=4π×10H/m=0.4π×10H/cm此为常数0

2.2软磁材料分类

1硅钢片

在低频场合，硅钢带是最广泛应用的磁芯材料。通常采用一定厚度定向碾轧晶粒取向的带料。此材料的特点是饱和磁通密度Bs高，价格低廉。磁芯损耗取决于带的厚度和硅的含量。硅含量越高，电阻率越大，则损耗越小。

2铁镍软磁合金

铁镍合金通常称为坡莫合金，或皮莫合金。具有极高的磁导率、极低的矫顽磁力和磁化曲线高矩形比的软磁材料。表4-3列出了几种常用的坡莫合金的磁性能。

虽然坡莫合金具有优良的磁特性，但是由于其电阻率比较低，而磁导率又特别高，很难在很高频率场合应用。同时价格比较昂贵，一般机械应力对磁性能影响显著，通常卷绕成环状，并装在非磁的保护壳内。早期通常用在磁放大器中。坡莫合金还在工作环境温度高，要求体积严格的军工产品中获得广泛应用。物理性能（IJ85）:密度d=8.75g/cm3，居里温度Tc=400℃由于目前非晶材料的发展和应用，坡莫合金的市场和生存受到很大的制约，在一些特殊的工作环境和军工产品中还有见到它的身影，在民用级产品中，由于价格昂贵，很难有大的市场。

3非晶合金和微晶合金

非晶态金属与合金是20世纪70年代问世的一种新兴的材料。其制备技术完全不同于传统的晶态工艺方法，而采用冷却速度大约106℃/秒的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型。由于超急冷凝固，合金凝固时的原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，故称为非晶态合金。这种结构类似于玻璃，因此也称为金属玻璃。

铁基非晶性能表

材料密度：d=7.3g/cm3电阻率ρ＝1.3×10-4Ωm

非晶合金分成铁基、铁镍基、钴基和超微晶合金四大类。分类如表4-4。各自具有不同的特点，应用场合也不同。钴基非晶合金的磁导率极高，而矫顽磁力也极低。高频下磁芯损耗在前三类非晶中最低，适用于几十到几百千赫兹的工作频率。饱和磁致伸缩系数接近零，受到机械应力后磁化曲线几乎不发生变化。但饱和磁感应Bs(0.5～0.8T)比较低，价格昂贵适用于双极性磁化的小功率变压器，以及磁放大器磁芯和尖峰抑制磁珠。铁基非晶合金的Bs(1.4T~1.8T)高，磁芯损耗比硅钢低得多（1/3~1/5），价格比硅钢高，适用于制造中频和工频变压器。特别是代替硅钢磁芯做配电变压器，可大大节约能源。

由于1K107铁基纳米晶材料的快速发展，特别是价格因素，目前市场上主要用量是铁基非晶和铁基纳米晶两类，钴基和铁镍基的市场由于价格昂贵，比较局限。关于更多的非晶材料内容，将在第四章给大家详细介绍。

4.宽恒导磁合金

这类材料的特点是在很宽的磁场强度范围内有恒定的磁导率，而且损耗小，适合作为高频电感磁芯。恒导金属合金磁芯主要是铁镍合金。其静态磁化曲线如图所示。材料具有高饱和磁感应和扁平的磁化曲线，所以作为电感磁芯可以不开气隙就能在较宽的磁场强度下获得稳定的磁导率。由于磁导率稳定，设计简便。闭合磁路对周围的电磁干扰小。电阻率高，磁芯损耗小。作为电感磁芯和反激变压器磁芯的理想材料

5.磁粉芯

磁粉芯通常将磁性材料极细的粉末和作为粘结剂的复合物混合在一起，通过模压、固化一般形成环状的粉末金属磁芯。由于磁粉芯中存在大量非磁物质，相当于在磁芯中存在许多非磁分布气隙，在磁化时，这些分布气隙中要存储相当大的能量，因此可用这种磁芯作为电感和反激变压器磁芯。但是能量不存储在磁粉芯中高磁导率的金属合金磁材料部分。带气隙磁芯特性产生偏斜，即有效磁导率降低。可以通过改变颗粒尺寸、磁性材料与复合材料比例不同，获得不同的有效磁导率。按磁芯的磁导率制造和分类，磁芯有效磁导率范围从15到550。

磁粒之间的易通路径典型的磁粉芯的磁滞回线

由于磁粉芯是磁粉和粘结物的复合体，首先这些细小的非磁气隙的分布磁阻引起磁通和磁通在整个磁芯中分布是不均匀的和无序的，而不是象无气隙理想化的环形合金磁芯内部的磁化－从环的内径向外径有规则地磁化边界移动。其次，在低磁通密度时，磁通趋向集中于最容易通过的路径（低磁阻）,磁粒相互间靠近的部分。当磁通密度增加时，这些容易经过的路径区域首先饱和。这些首先饱和的磁粒部分的磁导率变成μ0，磁阻加大，相当于气隙加宽了，增量磁通增加移动到磁材料尚未饱和的路径。这个过程继续着，随着磁通的增加，增量气隙有效宽度增加。增量磁导率（或电感系数）进一步减少，可看到B-H曲线不再象在磁芯达到饱和前有良好的线性，而是缓慢进入饱和。在粉芯金属磁芯中，这种μe的非线性特性是不可避免的，除非磁通密度远小于Bs。在某些电感器中，希望电感随直流激励变化而变化，可以利用μe的非线性做成非线性电感。磁粉芯根据含磁性材料粉末的不同有4类：铁粉芯，铁硅铝(Koolmu)，高磁通密度（铁镍磁粉），坡莫合金磁粉芯（MPP）。

四种磁芯特点如下：1.铁粉芯

a)成分是极细的铁粉和有机材料粘合；b)磁导率在10～75之间；c)低成本；

d)材料很软，甚至可用小刀在磁芯上切开缺口；e)磁芯损耗相当高。

2.Sendust磁芯（铁硅铝）－市售名称Arnold称为MSS，Magneticsa)合金组成成分为铝6％，硅9％和铁85％；b)损耗较低；c)材质硬；

d)磁导率为26，60，75，90和125。3.高磁通密度－铁镍磁粉芯

a)合金粉末由镍50％和铁50％组成；

b)因为镍成本高，所以比铁粉芯和铁铝硅粉芯贵；

c)在所有磁粉芯中，磁通密度最高；d)磁芯损耗高于铁铝硅，而低于铁粉芯；e)磁导率从14到200。4.Mpp-钼皮莫合金－粉末

a)合金粉末成分为钼2％，81％镍和铁17％。b)所有磁粉芯中损耗最低。c)饱和磁通密度最低。d)因为镍含量高，价格昂贵。e)温度稳定性最好。f)磁导率由14到550

在开关电源频率因铁粉芯损耗最大，铁粉磁芯很少应用，是磁粉芯中最差的。铁硅铝较好，坡莫合金最好,但价格最高。在滤波电感或连续模式反激变压器中（这里将电感能量存储在磁芯内的非磁区域），如果ΔI或磁通摆幅足够小，允许损耗低到可接受的情况下可以使用这些复合材料磁芯。铁镍和坡莫合金磁粉芯价格较高，一般用于军工或重要的储能元件。但应当注意到磁粉芯的磁导率随着磁芯的磁场强度变化较大，如果这种电感量变化对电源系统质量造成影响较大时，应当慎用。在电源中常用于EMC滤波电感。

6软磁铁氧体材料

在开关电源中，应用得最多的材料是软磁铁氧体。主要有两类：锰锌铁氧体和镍锌铁氧体。

1.铁氧体的组成和基本特性

铁氧体是深灰色或黑色陶瓷材料，质地既硬又脆，化学稳定性好。铁氧体成分一般是氧化铁和其它金属组成－MeFe2O3。其中Me表示一种或几种2价过渡金属，如锰(Mn)，锌(Zn)，镍(Ni)，钴(Co)，铜(Cu)，铁(Fe)或镁(Mg)。最普通的组合是锰和锌(MnZn)，或镍和锌(NiZn)。再加入其它金属，达到所希望的磁特性。例如Philipps的MnZn铁氧体3C85的成分含Fe2O3为71%，含MnO为20%，其余为ZnO。又如NiZn铁氧体4A11的成分含Fe2O3为50%，含NiO为24%，其余为ZnO.氧化铁。将这些金属的极细的粉末，加入

适当的粘合剂经均匀混合、成型，再在高温(1000℃以上)烧结，形成各种形状的磁芯。如果

不是环形和柱形，有时配合端面还需经过研磨。这些材料在居里温度(Tc)下，表现出良好的磁特性。它们能够很容易地被磁化，并具有很高的电阻率，因此可工作在很高的频率，而不必做成象硅钢片那样叠片。镍锌(NiZn)铁氧体具有更高的电阻率，因此它适合工作在1MHz以上的场合；而锰锌(MnZn)铁氧体电阻率较低，通常工作在1MHz以下。但具有很高的磁导率(μi)和较高饱和磁感应(Bs)，对于某些特殊的应用，铁氧体可做成单晶。但通常主要做成多晶体陶瓷。铁氧体磁芯根据不同的原料的配比，获得不同的性能：如电阻率，初始磁导率，饱和磁感应，居里温度，磁感应的温度特性，损耗的温度特性，剩磁特性等等。也就有各个公司的各种牌号的材料。由于材料中含有非磁黏合剂，铁氧体材料的初始磁导率比磁合金低得多，同时磁化曲线和磁粉芯一样，具有缓慢饱和特性。但这种逐渐饱和特性对于推挽型变换器的变压器倒是有利的，可减少磁偏的影响。软磁材料的选用原则

绝大多数的软磁材料是在交变磁场下工作的.在选用软磁材料时,重要考虑的因素是工作磁通密度,磁导率,损耗大小,工作环境及材料的价格等.钴基非晶比铁氧体有更高的饱和磁感应和相对较高的损耗，高的居里温度和温度稳定性，但价格比较贵，同时磁芯规格不完善，特别适宜用大功率或耐受高温和冲击的军用场合。磁粉芯一般比铁氧体有更高的饱和磁感应，目前铁硅铝磁芯在大电流输出电感应用有非常广泛的用途，但是由于模具大小的，在几十安培和几百安培的电流的输出电感还是采用非晶、纳米晶磁芯。铁氧体价格低廉，材质和磁芯规格齐全，高频性能好，材质脆，不耐冲击，温度性能差；但是在单端变换电路和几百K以上的开关电源中有着不可替代的优势。

2.3磁路和电感

磁路的概念

从磁场基本原理知道，磁力线或磁通总是闭合的。磁通和电路中电流一样，

总是在低磁阻的通路流通，高磁阻通路磁通较少。所谓磁路指凡是磁通(或磁力线)经过的闭合路径称为磁路。

Rm—称为磁路的磁阻，与电阻的表达式相似，正比于路的长度l，反比于截面积A和材料的磁导率μ；其倒数称为磁导

Rm=

lµA磁阻的单位在SI制中为安/韦，或1/亨；在CGS制中为安/麦。

磁导的单位是磁阻单位的倒数。同理，在磁阻两端的磁位差称为磁压降Um，即

Um=φRm=BA×

l=HlµS注：磁阻概念对于闭合环形磁芯(包括纳米晶和非晶磁芯)的计算和设计时可以不引用，但在开气隙磁芯及非环形磁芯中会有很大作用。

注：上图显示了环形磁芯线圈的等效电路，当开气隙后，磁路中将增加一个很大的空气磁阻，并且串联于磁芯本身的磁阻，所以等效电阻大大增加，同时电感量也大为降低。由于磁路的计算十分复杂，在此文章中不再做深入讨论和研究，如果希望了解的朋友可以和我联系。自感系数（L）

通常磁通或磁链是流过线圈的电流i产生的。如果线圈中磁介质的磁导率μ是常数时，ψ(φ)与i成正比关系，即ψ=Li

如果磁通(φ)匝链全部激励线圈匝数N，则

L=

ψNφ=ii式中L－称为线圈N的自感系数，通常简称为自感或电感。由式得到电感L的定义为单位电流产生的总磁通链。对于给定线圈磁路，线圈电流越大，产生的磁链越多。

注：由于磁性材料有Bs，故有最大φ，从公式可以看出，当磁芯饱和，Φ不再变化，如果电流继续增加，L会变小，这就是解释了为什么磁芯饱和电感量变小的原因。特别是非晶电感的抗偏流特性，当接近B的拐点时（即接近Bs时），此时B的增加小于I的增加，L会程下降变化，但磁芯并未饱和，通常设计时，一般不超过Bs的0.7-0.8。

流过电感线圈电流在1s内均匀地变化1A时，如果产生感应电势正好为1V，则此电路中线圈电感量定义为1亨利，简称为亨，代号为H。即

L=

1V×1S=1(H)1A亨利是伏秒/安培，故电感单位也可表示为欧·秒

注：电感和时间也是有关系的，S可以视为1/F，这也解释了为什么频率越高，L下降的原因。

电感量的单匝推算公式（但高导磁芯和加磁磁芯存在虚导部分，从数据上未必完全遵循此计算，但实数部分理论上是遵循的）

L=N2AL电感量和导磁率关系公式，根据此公式，可以通过电感量换算磁芯导磁率，当然由于电感量的本身虚实部分不确定，有一定偏差

µr=

LlN2Aµ0

0.4π×10−9µeN2AeL=(H)

le注：非晶电感部分一些问题和解决办法

对于大部分做纳米晶磁芯的朋友，特别是做电感的朋友，有很多类似的困惑

和问题，就是磁芯做出来，电感量十分不稳定，磁芯本身的变化很大，甚至空放置于桌面都会出现变化，在此个人建议引用材料行业较常说法的K值。在后面的文章，将更多的用K值来引诉其它各类参数和内容，将不再另作说明，此K值并未等同于材料学里K值概念。

首先我们对此K值做一个大概的描述，对于材料内部的各项异常参数，包括晶粒异向特性、物理内应力及其它异常参数等统入到K值。我们只要明白如何解决此类问题，至于问题的根本原因不做研究和深入。

磁芯的电感量变化大，我们可以看做为K值大，此类问题一般有2个原因，材料本身和热处理，当然，最好的办法还是从材料本身解决，热处理本身只能是弥补和改善。

常用公式：

集肤深度∆=

ρπµ0µrfU2

B==k2U2(T)

4.44fAN2

L=N2ALF=NI=Hl=

Rm=

lµABlΦ=l=ΦRmµµA3.磁化和磁化曲线

3.1磁性材料的磁化

物质的磁化需要外磁场。相对外磁场而言，被磁化的物质称为磁介质。将铁磁物质放到磁场中，磁感应强度显著增大。磁场使得铁磁物质呈现磁性的现象称为铁磁物质的磁化。铁磁物质之所以能被磁化，是因为这类物质不同于非磁物质，在其内部有许多自发磁化的小区域—磁畴。在没有外磁场作用时，这些磁畴排列的方向是杂乱无章的(如图)，小磁畴间的磁场是相互抵消的，整个磁介质对外不呈现磁性。如给磁性材料加外磁场，例如将铁磁材料放在一个载流线圈中，在电流产生的外磁场作用下，材料中的磁畴顺着磁场方向转动，加强了材料内的磁场。随着外磁场加强，转到外磁场方向的磁畴就越来越多，与外磁场同向的磁感应强度就越强。这就是说材料被磁化了。

3.2磁化曲线

如将完全无磁状态的铁磁物质放在磁场中，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度B，得到磁通密度和磁场强度H之间关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线，如图4-2(e)曲线C所示。没有磁化的磁介质中的磁畴完全是杂乱无章的，所以对外界不表现磁性（图4-2(a)）。当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的增加，与外磁场方向相差不大的那部分磁畴逐渐转向外磁场方向(图4-2(b))，磁感应B随外磁场增加而增加(图4-2（e）中oa段)。如果将外磁场H逐渐减少到零时，B仍能沿ao回到零，即磁畴发生了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。当从磁场继续增大时，与外磁场方向相近的磁畴已经趋向于外磁场方向，那些与磁场方向相差较大的磁畴克服“摩擦”，也开始转向外磁场方向（图4-2(c)），因此磁感应B随

H增大急剧上升，如磁化曲线ab段。如果把ab段放大了看，曲线呈现阶梯状，说明磁化过程是跳跃式进行的。如果这时减少外磁场，B将不再沿ba段回到零，过程是不可逆的。

磁化曲线到达b点后，大部分磁畴已趋向了外磁场，从此再增加磁场强度，可转动的磁畴越来越少了，故B值增加的速度变缓。这段磁化曲线附近称为磁化曲线膝部。从b进一步增大磁场强度，只有很少的磁畴可以转向(图4-2（d）)，因此磁化曲线缓慢上升，直至－基本上停止上升(c点)，材料磁性能进入所谓饱和状态，随磁场强度增加B增加很少，该段磁化曲线称为饱和段。这段磁化过程也是不可逆的。铁磁材料的B和H的关系可表示为B=J+μ0H(4-1)式中μ0—真空磁导率；J—磁化强度。上式表示磁芯中磁通密度是磁性介质的磁感应强度J(也称磁化强度)和介质所占据的空间磁感应强度之和。当磁场强度很大时，磁化强度达到最大值，即饱和(图4-2(e)曲线B)，而空间的磁感应强度不会饱和，仍继续增大(图4-2(e)中曲线A)。合成磁化曲线随着磁场强度H增大，B仍稍有增加(图4-2(e)曲线C)。从材料的零磁化状态磁化到饱和的磁化曲线通常称为初始磁化曲线。

如果将铁磁物质沿磁化曲线OS由完全去磁状态磁化到饱和Bs（如图4-3所示），此时如将外磁场H减小，B值将不再按照原来的初始磁化曲线(OS)减小，而是更加缓慢地沿较高的B减小，这是因为发生刚性转动的磁畴保留了外磁场方向。即使外磁场H=0时，B≠0，即尚有剩余的磁感应强度Br存在。这种磁化曲线与退磁曲线不重合特性称为磁化的不可逆性。磁感应强度B的改变滞后于磁场强度H的现象称为磁滞现象。如要使B减少，必须加一个与原磁场方向相反的磁场强度-H，当这个反向磁场强度增加到-Hc时，才能使磁介质中B=0。这并不意味着磁介质恢复了杂乱无章状态，而是一部分磁畴仍保留原磁化磁场方向，而另一部分在反向磁场作用下改变为外

磁场方向，两部分相等时，合成磁感应强度为零。如果再继续增大反向磁场强度，铁磁物质中反转的磁畴增多，反向磁感应强度增加，随着-H值的增加，反向的B也增加。当反向磁场强度增加到-Hs时，则B=-Bs达到反向饱和。如果使-H=0,B=-Br，要使-Br为零，必须加正向HC。如H再增大到Hs时，B达到最大值Bs，磁介质又达到正向饱和。这样磁场强度由Hs→0→-HC→-Hs→0→HC→Hs,相应地,磁感应强度由Bs→Br→0→-BS→-Br→0→Bs，形成了一个对原点O对称的回线(图4-3)，称为饱和磁滞回线，或最大磁滞回线。

在饱和磁滞回线上可确定的特征参数（图4-3）为：1.饱和磁感应强度BS

是在指定温度(25℃或100℃)下，用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的软磁材料,在μr=100处)对应的B值。

注：软磁材料的Bs和配方有关，带材供应商能提供。2.剩余磁感应强度Br

铁磁物质磁化到饱和后，又将磁场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。3.矫顽力Hc

铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，要使磁介质中B为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁场强度称为矫顽磁力H.c。

如果用小于Hs的不同的磁场强度磁化铁磁材料时，此时B与H的关系在饱和磁滞回线以内的一族磁滞回线。各磁滞回线上的剩磁感应和矫顽磁力将

小于饱和时的Br和Hc。如果要使具有磁性的材料恢复到去磁状态，用一个高频磁场对材料磁化，并逐渐减少磁场强度H到0，或将材料加到居里温度以上即可去磁。

应当指出的是材料的磁化曲线是环形等截面试样特性，各种磁芯型号尽管磁芯材质与试样相同，但磁化特性因结构形状不同而不相同。

如果磁滞回线很宽，即Hc很高，需要很大的磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难，我们称这类材料为硬磁材料。如铝镍钴，钐钴，钕铁硼合金等永久磁铁，常用于电机激磁和仪表产生恒定磁场。这类材料磁化曲线宽，矫顽磁力高。在开关电源中,为减少直流滤波电感的体积，有时用永磁－硬磁材料产生恒定磁场抵消直流偏置。另一类材料在较弱外磁场作用下，磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类材料为软磁材料。开关电源主要应用软磁材料。属于这类材料的有电工纯铁、电工硅钢、铁镍软磁合金、铁钴钒软磁合金和软磁铁氧体等。某些特殊磁性材料，如恒导磁合金和非晶态合金也是软磁材料。可见，所谓“软磁”，不是材料的质地柔软，而是容易磁化而已。实际上，软磁材料都是既硬又难加工的材料。

4.非晶、纳米晶态软磁合金

4.1.1非晶态合金定义

非晶态合金又称为无定形合金，它具有同一般晶态金属不同的微观结构，在热力学上处于不稳或亚稳状态，从而显示出独特的物理化学性质：原子在三维空间呈拓扑无序状态排列，不存在通常晶态合金所存在的晶界、位错和偏析等缺陷；组成元素之间以金属键相连并存在于几个晶格常数范围内，保持短程有序，形成一种类似于原子簇的构造。

4.1.2非晶态合金性能

非晶超微晶软磁合金材料具有以下性能特点：高的饱和磁感Bs、高磁导率μ、低矫顽力Hc和低的高频损耗、良好的温度及环境稳定性等，其综合磁性能远远优于硅钢，铁氧体、坡莫合金等。当然不同的非晶超微晶软磁合金性能有一定的差异，应用场合也不一样，表1表明常用的非晶超微晶合金及其它软磁合金性能比较。

铁基非晶合金的性能特点是具有高的Bs(1.56T)，其磁导率、铁损和激磁电流均优于硅钢材料，铁损仅为取向硅钢的1/3~1/5，因而该合金材料可替代硅钢材料制成环型及开口铁芯、C型、CD型铁芯广泛用作配电变压器铁芯，频率小于10kHz的各种主变压器铁芯、电抗器及电感器铁芯等。近年来国内外又在利用部份晶化法研究开发应用用于10kHz频带的铁基非晶合

金电感铁芯(Amo-rphousCore),广泛用作噪音干扰器件和滤波电感等。铁

镍基非晶合金具有中等的饱和磁感Bs(0.75T)、较高的初始磁导率μ0和很高的最大磁导率μm，具有与中镍坡莫合金相对应的应用领域，价格比1J79、1J85坡莫合金便宜30%~50%，现已大量代替J79、1J85制作漏电保护电阻的零序的电流互感器，具有性能好，重量轻、价格低的特点。

钴基非晶合金是非晶软磁合金家庭中性能最优异的合金材料，其磁致伸缩系数接近零，对应力不敏感。但由于Co量高，价格贵，一般电子行业民用产品难于选用，只有少数军工产品性能要求极高的磁性器件如磁开关等才使用Co基非晶，另一应用是制成1~2mm宽的非晶窄带磁条用作传感器敏感材料，大量用于图书馆及超市防窃装置。

4.1.3目前非晶薄带采用的单辊制带法

非晶超微晶合金材料薄带采用三包（或者两包）单辊法制备，国内最大单炉量为500Kg/炉，带材最大宽度为150mm,尚无在线自动卷取设备，这与国外生产设备有相当差距，美国联信公司若干年前生产能力就达6万吨，单炉容量为1吨，带材最大宽度超过220mm，带材卷取实现在线自动卷取，大大地提高生产效率，非晶带材制带装置示意图如图所示。非晶超微晶合金材料及其制品生产工艺路线如图2所示

图1制带装置示意图

1—中频炉；2—盛钢包；3—液位测控；4—漏钢包；5—辊嘴间距测控；

6—车削；7—修磨器；8—冷却辊；9—卷取机

图2生产工艺路线

4.2.1纳米晶态合金定义

Cu、纳米晶合金(Nanocrystallinealloy)是由铁元素为主，加入少量的Nb、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10-20nm的微晶，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。

注：纳米晶合金和非晶合金的最大区别在于，纳米晶合金是通过热处理来获得纳米晶晶粒。

4.2.2纳米晶态合金分类和磁性能

纳米晶软磁合金现在主要有三类：名为Finemet的FeCuNbSiB系合金（1988年发明）；名为Nanoperm的FeMBCu系合金（M=Nb、Zr系元素、1990年发明）；名为Hitperm的FeCoZrBSi系合金（1998年发明）。图1示出纳米晶软磁合金与其它软磁材料的性能比较。

在我国目前已广泛应用并商品化的合金是Finemet型合金

Finemet合金是日立金属公司的Y.Yoshizawa等人发明的。最早公布的合金成份、商品牌号及性能见表1。Finemet合金的标准成份Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，它与商品牌号FT-1的Bs值不同，因此二者的成份应略有不同。

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金在不同Br状态的磁性比商品牌号FT-1也优越

现在日立金属公司的Finemet系列产品合金有三个牌号（FT-1、2、3）9种磁性能（见表3），Bs值分别为1.35，1.45和1.23T。

最近Y.Yoshizawa等人公布了最新研究结果，调整了Cu、Nb和Si、Fe含量，获得了不同Bs值，而磁导率μ(H=0.05A/m)更高的Finemet型合金。在Cu0.6at％和Nb=2.6at%，B=9at％,Si≤9.5at%的FeCuNbSiB系合金中还可在获得Bs～1.5T，μ≥10万；Bs～1.55T，μ≥3.5万的合金（见图4）[8]；Fe78.8Cu0.6Nb2.6Si9B9合金在530℃横向磁场退火1小时后的损耗仅为2W/kg；此外在无磁场退火后50Hz下的μm可达60万；横向磁场处理后在

H≤10A/m内μr可恒定在10万左右。新的FeCu0.6Nb2.6SiB系合金的磁性能比过去的FeCu1Nb3SiB系要好。

德国VAC公司引进了Finemet型成份为Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7合金的专利技术，并在此基础上开发了牌号为Vitroperm500F、800F、850F三个低Br扁平磁滞回线的商品合金，其性能见表5，磁导率特性曲线见图5，损耗曲线见图6。

4.3非晶合金磁性能和应用

4.4国内非晶行业现状及发展

国内非晶行业主要有几个增长高峰期：

首先是磁放大器和大互感器普及和应用，磁放大器应用主要以江西大有和东莞郡懋为代表的一批南方企业，特别是2005年后国内电脑ATX电源的爆发带动了一大批非晶企业，可以说当时南方的大部分非晶企业都是为磁放大器而创立；

大互感器非晶企业则以北方的冶科和佛山华信为代表，由于大互感器企业北方居多，在发展过程中也涌现出一批以大互感器磁芯为主要产品的非晶生产企业；以上2类产品门槛较低，市场较大，为我国非晶行业的发展起到了很好的铺垫作用。

其次小互感器（包括漏保互感器）、共模电感、C型磁芯、PFC及变压器在开关电源的普及，特别是2008年国家基础建设及家电下乡的推行，极大刺激了非晶产业的发展。随着非晶行业的迅速成长，行业格局和产品也发生巨大变化。北京冶科慢慢淡出非晶行业，南方的老牌公司天为科技已经更换股东，安泰科技准备为非晶变压器大爆发而致力发展非晶宽带，一些中小企业资金链断裂倒闭，可以预见，未来非晶市场必然是有一番洗牌和革新。

虽然非晶行业发展迅猛，但从行业阶段来看，非晶行业仍旧处于发展初级阶段，行业标准、流程没有统一标准。非晶行业目前属于技术密集型，大资金的投入不结合人才的培养和引进很难有良性发展，光有资金的投入和产品线的扩张是很难走的很远。随着近几年市场的扩展和产品应用，目前非晶行业企业保守估计大小已近千家，规模也是参差不齐。目前行业产量供过于求，产品单一化、大打价格战，形势相当严峻，非晶行业任重而道远。

另外非晶行业目前还没形成多元化，带材分类较为单一，目前主要分类有以下几类：

1K107

主要用途：标准配方，1K107专利配方，做中高压互感器磁性特点：参照日立Finemet，Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9标准配方

1K107A

主要用途：微型精密互感器磁芯、逆变磁芯

磁性特点：初始导磁率μi高；占空系数高，加钴或者加镍，饱和输出电压高

1K107B

主要用途：共模电感、变压器

磁性特点：频率特性及阻抗特性好，高频有效导磁率μe高，高频损耗低，带材韧性好可剪切

1K107D

主要用途：低压互感器，微型互感器磁性特点：弱磁场输出电压高，韧性偏差

以上列举了常用几类配方带材，由于纳米晶带材制备过程和标准并不统一，所以目前的带材配方和牌号以厂标为主。从目前市场发展来看，1K107B的需求会急剧上升，现在的主要瓶颈在于价格偏高。随着设备精进和带材规模化，相信未来价格会进一步下探，市场份额也会日益扩大。目前国内具备批量生产1K107B带材的生产厂家主要有：安泰科技、上海佳磁、河南同创、北京方能晶欣和唐山先隆纳米（以上排名按成立时间）。未来随着产品应用的多元化，会有更多的纳米晶带材牌号和产品走上市场。

4.5非晶行业主要产品、检测仪表及检测方法

互感器磁芯

在电力系统中，互感器作为一次主要元件在开关柜中应用极其广泛。所以互感器的使用及维护显得尤为重要。互感器是一种特殊的变压器，分为电压互感器和电流互感器两类：电流互感器是将一次系统中的大电流，按照比例变化成适合通过仪表或继电器等二次设备，额定电流一般为5A或1A的小电流；电压互感器是将一次系统中的高电压，按比例降为低电压，供给测量仪表和继电保护。互感器按国标有精度等级分档，精度越高，对磁芯的要求也越高，如果磁芯达不到要求，可以通过改变线圈参数进行补偿。

常规检测方法：

伏安检测法，初级电流按照客户要求进行换算

电感检测法，工作频率为50Hz，由于低频检测稳定性较差，可以用1KHz进行检测

伏安检测仪厂家为上海亨通和江苏志诚，由于是模拟电路，所以检测结果对环境温度较为敏感，另外就是没有数据合格判定功能，对大批量生产有所不便，如果改用数字电路会有较为明显改善。

电感表生产企业品牌繁多，普通的可以采用同惠电子的电感表，要求较高可以采用固纬或者进口品牌。

成品电流互感器检测方法一般采用对比检测法用被测互感器和标准互感器进行比对得出偏差值

漏保互感器

零序电流互感器的基本原理是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，因此，零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。主要区别是：漏保与互感器最大的区别是漏保不需要精度，只要求输出电压值达到客户最低要求

检测方法和电流互感器相同。抗直流分量互感器检测

目前市面只有交流互感器检测仪，直流互感器检测仪暂时没有，以下是自行开发的检测仪原理图

检测方式和交流互感器检测方式一致，方便操作

非晶滤波电感

输出滤波电感器用来滤除整流后的交流纹波，除了交流电流而外，电感器中要流过比较大的直流电流，要求在直流偏磁的条件下，磁导率和电感量变化越小越好，也就是要具有恒磁导特性（或恒电感特性）。常规检测方法

直流检测一般用直流叠加检测法（用电感表加偏流源）

电感表和偏流源配套检测磁芯电感量变化率，客户有要求的可以直接通电检测电感量。

电感表和偏流源可以选购同一生产厂商交流电流检测法可以用三表法测试

相

(A)(a)ARL220VVV2L中

(X)(x)R1V1换算公式如下

U2

=(U1+U2cosϕL)+(U2sinϕL)

cosϕL=

22

U2

−U12−U22

2U1U2

ZLU2=IU2=cosϕLIZL2RL=ZLcosϕLXL1L==

2πf2πf−RL2共模电感

检测方法：主要为电感和阻抗检测，频率按工作频率区分，一般测试为10K-1M之间，成品检测阻抗更为准确。检测仪器：高频电感表

高频变压器

检测方法：高频电感，磁性能参数和损耗电感检测主要用高频电感表

磁性能参数主要检测Br和工作频率损耗，目前还没有在线测试仪器，一般用动态磁性能测试仪进行抽样检测

4.6非晶行业各工序生产设备及简单工艺介绍

由于设备厂家众多，请大家根据自身情况采购，设备一定是买自己合适的，不买贵的

冶炼工序

冶炼设备：真空冶炼炉和非真空冶炼炉2类

真空冶炼设备一般以北方的沈阳、锦州两大生产基地为主，其它地区如浙江、江苏等地区也有生产厂家

温度采集：红外线探测和热电偶探温

目前冶炼温度以检测和肉眼观测两者结合，在稳定工艺可以采用功率控制加以观测来保证温度的一致性

冶炼工艺：不同配方的工艺有所区别，其他如原材料的添加也有一次放料和

多次放料的工艺方法，配合不同的材料投放分量和温度达到带材

的性能和钢液流动性提高目的；在真空冶炼过程中要注意原材料的表面氧化和材料尺寸大小，在高温熔炼过程中也要观测钢液的流动情况和颜色等问题，真空冶炼时，尽量用多级真空系统以保证冶炼过程中的真空环境。非真空冶炼时则要及时清理钢液的氧化物，钢液的搅拌和原材料烧损也要有相当经验进行控制，以保证母合金成分的稳定和重熔后钢液的流动性。

制带工艺

制带设备：我国带材制备主要采用单辊制带设备，优点是设备和工艺简单，

易于大规模批量生产，缺点是由于带面冷却速率有所区别，带材两面有明显差异。目前国内制带设备主要分为压力制带和重力制带两大类，从技术上看压力制带是发展趋势，压力制带的带材从带材韧性、表面光滑度、带材厚度稳定性都要优于重力喷带，特别是未来高频电路应用，对带材的厚度会进一步要求，目标是达到18微米。压力制带的缺点是设备投资大、系统配合复杂、耐火材料损耗较大，对钢液和制备设备方面要求较高。目前重力喷带的生产厂商较多也较为成熟，压力喷带还处于新兴阶段，基本为自行研发和改良为主，另外压力制带要求自动抓取设备，对带材的收取效率有大幅度提高。

制带工艺：首先是母合金重熔，母合金重熔为钢液后进入到喷嘴包处，喷嘴

包需保温加热，达到额定温度后进行极冷制带。制带过程中对设备各个部位有极高要求，材料的膨胀率、钢液流动性及温度稳定，铜辊材料的硬度、跳动性和冷却速率都对制带过程控制有非常大的影响，所以制带工艺目前的稳定性较差，主要是设备的研制和材料的稳定性与国外有一定差距。

绕带工序

绕带设备：绕带设备在2009年之前基本采用手动绕带机，随着非晶行业的

发展扩大，特别是非晶产品的密集化生产的需求催生了自动绕带

机的诞生，在几年时间内速度推动其市场占有率和设备的改进。自动绕带机集中生产基地为广东肇庆，刚开始为伟创力研发，后经过标智邓工改进并加以推广，现在可谓是遍地开花，生产企业从南至北。南方依然为标智和伟创力两家较大，北方有佳友精工，产品也是各有千秋。在后续开发中，有因为断头太多而开发的半自动绕带机，也有为断头多而改进的自动绕带机，发展进入细分化市场，为非晶企业提供更多的选择和帮助。

绕带工艺：此工序从表面看几乎是没有任何技术含量，特别是随着自动绕带

机的大规模应用，应该说是傻瓜工序，结果真是这样吗？从我看到的结果来看并不像我们看到的如此简单，在我参观的几个企业中，特别是新入行企业未能正确对待绕带工艺，结果当然是产品出现问题。绕带工艺在一定程度上是影响热处理工艺，直接关系到产品的性能和稳定性。除了我们能看到的内外径尺寸偏差外，往往忽视一个重要问题，就是磁芯的张力问题。磁芯张力过大，磁芯的机械应力过大，在热处理过程中不能得到完全释放，磁性能有所影响；张力过小，磁芯的截面积不够，性能同样达不到。磁芯的张力应该是有所弹性，不易变形但又有韧性，类似于一个环形弹簧。当然并不是所有磁芯都能如此，对于过大过小的磁芯自然很难把握，特别是磁芯的种类和带材如此繁多，要能做到张弛有度还真不是件容易的事情。如此看来真是和佛教理论一样，有既是无，绕制工艺却是非晶工艺中最难以掌握的工艺。

热处理工序

热处理介绍：由于目前产品的多元化，热处理设备是所有工序中最繁琐也是

最为复杂的工序。很多产品要根据客户的需求选取带材、尺寸，然后根据产品要求和性能挑选合适的热处理设备，再配以适当的热处理工艺制作出合格产品。可以说得带材者得非晶行业，得产品者得市场，我们先介绍一下热处理设备的大概情况。目前国内热处理设备主要趋势是多段加热控制、加磁处理、气

氛循环。多段加热控制是为了保证加热区的均温性，采用多区加热，目前大部分是分为三段加热，卧式炉为前中后，立式炉为上中下三区。加磁处理是为了提高产品的稳定性，特别是目前的共模电感磁芯、逆变磁芯和抗直流互感器磁芯都要求加磁处理。气氛循环是为了提高热效率和温度均匀性采用惰性气体（一般为氮气或者氩气）进行热循环加热。

热处理设备及简单工艺介绍：

卧式真空热处理炉：除了要求加磁磁芯都可以用，目前主要生产基地为湖州长为主，价格较为合理。抽取真空后，炉丝发红主要为热辐射传导。卧式管式炉：一般做样品和小批量为主，有真空和氮气保护两种，管式炉由于简单实用，可以自行制作。以上炉子PID表可选用日本岛电温控表

立式气氛炉：分为井式炉和罩式炉，一般大炉选用氮气即可，井式炉大多以搅拌为主，罩式炉以循环风为主，效果主要看炉子设计和保温。

磁场炉：分为纵磁炉和横磁炉，纵磁炉较为简单，一般气氛炉都可以加装加磁线圈，横磁炉则分为硬磁炉和线圈炉两类，硬磁炉磁场较高但易退磁，线圈炉磁场难以做高、磁场容易出现偏磁，不过长期工作稳定性较好，较硬磁炉也易于维护，所以各有优劣点。

气氛炉要求不高可以采用日本岛电温控表，精度要求高的可以选用美国霍尼韦尔的高精度温控表。

检测和装配工序

随着产业化和规模化进程的推进，检测和装配工艺已经开始实现自动化，自动检测和自动盖壳机已经面试。首先是自动检测，无论是电感测试还是VA检测，都可以实现自动分选。自动盖壳机则有选择性的选取一些量大的产品进行设计，以减低人为工序。另外就是产品常用的硅脂和硅胶，除了广东地区的几家公司外，现在浙江联赢公司开始研发非晶产品的硅胶和硅脂，虽然刚步入行业不久，但是产品性能还是相当不错，值得推荐。

5.非晶、纳米晶选型及计算公式

5.1输出滤波电感

输出滤波电感器用来滤除整流后的交流纹波，除了交流电流而外，电感器中要流过比较大的直流电流，要求在直流偏磁的条件下，磁导率和电感量变化越小越好，也就是要具有恒磁导特性（或恒电感特性），即在一定的直流磁化范围内，磁导率（或电感值）不低于初始值的50%，现在非晶和磁粉芯已经广泛用于输出滤波电感器。

注：通常我们设计的最低电感值在工作电流下不小于初始值的0.5，对于要求输出滤波效果好的话，我们可以取值在0.8，但此设计方案会增加磁芯截面积，相对应就是体积的增大和价格提高。

针对于闭合型环形非晶磁芯，本人通过这些年的接触和经验，推荐用粉芯的设计和计算公式较为准确。

磁芯尺寸计算公式：

2W×104

Ap=

BmJKu4

Ap:面积积法（Aw×Ae）cmW：能量

J

Bm是磁通密度TJ为电流密度

A/cm

2

取0.6-1.2之间一般取3-4

K为窗口利用系数一般为0.3-0.4

磁芯能量处理公式：

LI2

W=

2

L为电感量

I为通过电流

通过以上公式，可以快速计算出磁芯面积，然后找出合适的磁芯，此公式可套嵌EXCEL自动运算。

5.2共模电感

5.2.1共模电感原理

共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

从工作原理看，共模电感和共模电容组成一个低通滤波器，在不同频率范围，其电磁干扰类型、传播机制及其抑制技术是不同的，例如，对于共模干扰来说，在1-10MHz频段，其干扰衰减特性主要与线圈匝间电容等因素有关，在大于10MHz时，其它诸多因素，如漏感、总损耗等开始显现作用，而对于0.01-1MHz频段，电感器磁芯的电感量及其频率特性则起重要作用。

上图为共模电感器磁芯的工作原理，为了避免电源线间的低频(50Hz)差模大电流对磁芯的饱和，两组线圈反绕，使差模电流产生的磁场相互抵消(如左图)，与此同时，磁芯对于高频共模噪音电流流向的磁场则不会抵消(如右图)，要求有高的电感量和阻抗，因此共模电感器磁芯属于高频高磁导率磁芯。

上图是典型的电路应用设计，我们可以把其看做一个低通滤波器，电容Z和电感L是成公式关系，所以在选择共模电感时，配套合适的电容是必不可少的，选择合适的电感和相对应的电容才能达到较好的效果。但同时电容的选配是较为简单，共模电感的频率特性和阻抗变的更加有针对性。

我们在共模电感设计中常引用插入损耗一词，插入损耗的概念表示使用了该滤波器和没使用前信号功率的损失。共模电感的插入损耗越大表示滤波效果越好，所以提高频率阻抗特性可以提高共模的插入损耗，同时滤波效果越好。现在看一下VAC纳米晶共模电感的应用和效果

5.2.2共模电感设计

（1）导线规格：根据电源滤波器的额定电流，选择合适的电流密度，确定铜线的截面直径规格。

（2）电感量L的确定：

A）根据装置的实测传导噪音（传入或发射）值与要求的级别标准值之差，计算出滤波器所需的插入损耗值(通常留出20dB的余量)，然后换算成所需阻抗值，再计算所需电感量。一般来说，由于实际装置的阻抗与标准的两端阻抗(50Ω)差别很大以及寄生电感，电容的影响，计算误差较大。

B）经验估算：例如，对于开关电源的电源滤波器，其共模电感的经验L值大体如表2。

C）材料选择：根据电感量L，重点频段范围，对小型化尺寸的要求以及负载的漏电和

三相电流不平衡情况，进行磁芯材料的选择。

D）根据各共模电感生产厂家产品目录中的各种尺寸(环形)磁芯的每匝电感量AL值数据，计算出最少匝数：

E）根据各厂家产品目录中的各种磁芯的外形的内径尺寸，选择合适的磁芯尺寸规格，使得在4/10的内圆上能够单层绕出N匝合适直径的铜线。实际举例应用

所用磁芯尺寸比较（左边为铁氧体，右侧为纳米晶）

抑制效果比较

所用磁芯尺寸比较（左边为铁氧体，右侧为纳米晶）

抑制效果比较图

5.2.3纳米晶共模电感性能及参数

纳米晶磁环与高μ铁氧体磁环的AL值比较如表3。

VAC公司的共模电感规格表

我司目前的共模电感规格表

EHcompanyproductIDcoredimensionsOD×HmmxmmxmmInductance(limits±25%)×at10kHzinductanceμHIDat100kHzinductanceμHVACpartnumberremarkED107B1605CED107B2110CED107B2415CED107B2510C1ED107B2510C2ED107B2610CED107B3010CED107B4015C1ED107B4015C2ED107B5020CED107B7025CED107B8020CED107B8025CED107B10020CED107B12025C16×10×521×16×1024×15×1525×16×1025×20×1026×16×1030×20×1040×25×1540×32×1550×40×2070×50×2580×50×2080×50×25100×60×20120×70×2522.225.966.442.121.345.738.466.43242.670.888.672.290.155.8159.54.810.38.7157.29.613.815.319.215.1196-L2016-W403close6-L2025-W3806-L2025-W5236-L2025-W5236-L2025-W5236-L2025-W5236-L2080-W5315.3饱和电抗器

5.3.1磁放大器

磁放大器，是用具有非线性特性的铁磁材料制成铁心，并用直流和交流电流使其磁化以进行电量变换的电器。磁放大器主要用于电气自动控制系统中，如电机的调速、调压等。工作原理：

磁放大器输出电流与输入电流的比值，称为磁放大器的电流放大系数。输出负载功率与输入控制功率的比值，称为磁放大器的功率放大系数。简单磁放大器的输出电流与输入电流的极性无关。输入控制电流为零时,输出电流并不等于零,而有一空载电流I0。直流控制电流与交流负载电流的特性见图2。

当输入直流控制电流大到一定程度后，输出交流负载电流的变化趋于平坦。简单的磁放大器的放大系数较小，要进一步增大放大系数，可将输出的交流电流整流成直流后，作为输入量的一部分反馈到磁放大器中。即在两个铁心上再各绕一个反馈绕组，绕向与直流绕组相同。在交流电路中串联一桥式整流器，被整流后的电流与两个反馈绕组相串联。反馈绕组的匝数越多，输入输出特性越陡。反馈绕组的匝数过多时，则出现特性的跳跃变化（图3）,此时称为磁放大器的继电工作特性。

工作原理说明

利用磁放大器在继电状态下的工作特性做成的无触点磁继电器和磁性逻辑元

件，曾在50年代得到一定的运用。随着半导体元件的发展，磁性逻辑元件已被淘汰。但由于磁放大器具有寿命长、过载能力强、可以在振动和冲击条件下工作和无需经常维护等优点，仍用于自动控制、自动调节等自动化系统中。

注：以上为百度百科中对磁放大器的表述，此为磁放大器的最初原理和应用。在VAC将纳米晶软磁材料应用在开关电源电压多路输出电路中，目前国内典型应用是5V变3.3V。由于VAC将此应用称为磁放大器（其实和磁放大器类似但电路应用差距较大），我国也一直沿用磁放大器叫法，在此特别注明于各位，目前市面上的磁放大器并不是原本应用于机电控制类磁芯，两者的性能有较大差距）5.3.2磁调节器

实际应用中，目前国内的磁放大器叫法为磁调节器更为贴切。

随着电子技术的发展，电子产品和系统的供电电源越来越复杂：供电电源的电压路数增多；每一路电压的稳压精度要求越来越高。一般的开关稳压电源，只有一个次级输出电压是通过初级电压进行闭环调节的，其它的次级输出电压都保持开环状态。这些输出电压的动态特性由负载以及初级输入电压所决定。要控制彼此的、不同的各路输出电压，就要运用不同的调节原理。高频磁调节器以其低成本、高效率、高稳压精度而又可靠的解决方案，在多路输出的稳压电源中得到了广泛应用。

由图1可见，磁调节器稳压器中的关键部件是控制电感L和复位控制电路。控制电感是由具有矩形B H回线的磁芯及其上的一个绕组组成。该绕组兼起工作绕组和控制绕组的作用。磁芯的工作点如图2所示。

由图2可见，当磁芯工作于点①时，磁芯饱和，控制电感的阻抗|Z|接近于0，控制电感器相当于短路。当磁芯工作于点②时，磁芯处于复位状态。复位（Reset）是指磁通到达饱和后的去磁过程，使磁通或磁密回到原来工作点的数值，称为磁通复位。由于磁调节器所用磁芯材料的特点（良好的矩形B H回线及高的磁导率）以及开关电源工作于高频（100kHz左右），使得此时的控制电感对输入脉冲呈现高阻抗，相当于控制电感开路。实际上，饱和和复位时控制电感的阻抗可达到3～4个数量级的快速变化。图3示出了当磁芯材料为钴基非晶态合金时，绕组电感L随直流控制电流Ide的变动而变化的特性。因此，控制电感相当于一只“可控磁开关”，其输入脉冲电压由开关电源高频变压器副边供给，正半周脉冲前沿时间由初级主开关导通时间决定，脉冲幅值为u1。正半周期D1，D3截止，D2正偏，能量经过控制电感L1传输给负载，负半周期D2截止，复位电压（也是控制电压）Uc使D1导通，磁芯去磁。

图4表示了稳压器的工作情况。假定输出电压UO1为3V，输入脉冲幅值u1为10V，占空比为50％，脉冲周期为20μs

设在t=0时刻以前，由于控制电感L1饱和，u3为＋10V；在t=0时，u1变负，设Uc=－6V，

前半周期0～10μs内，u1一直保持－10V，在这一段时间内，控制电感一直处于复位区?，其特性可用?的面积SA（伏秒积数）表示：SA=4×10=40Vμs

在这一段时间内，控制电感L1作为一个高阻抗的电感，阻止电流流过它，保持u2=0，直到t=10μs时。

当t=10μs时，u1变为＋10V，使控制电感进入饱和状态区?。这一时间间隔为4μs，它与＋10V的乘积SB等于SA，即：

SB=10×4=40Vμs，因此有UO1=u1Ton/T=10×(6/20)=3V（DC）

设计公式及选型大家可参考连长庆老师的磁放大器设计一文

5.3.3磁开关

磁开关一般采用具有高矩形比磁滞回线磁芯，所以说和我们上面说的磁调节器或者通俗说的磁放大器是一种类型磁芯，当然在使用领域是有很大区别的，从原理上看磁调节器也是一种特殊磁开关。

磁开关的主要特点是易饱和、易关断，也就是说饱和和关断时间和过程都非常短暂，类似于一个可控通断开关。

结合磁调节器的设计应用来说明磁开关

以上是磁调节器的关断模式，Tb是截止时间，如果磁调节器的Tb≥Ton，电路将没有电压输出，变为全关断模式。如果Tb→0，输出电压不受任何影响，为全开通模式。目前我们都是应用基本都是在ATX电源上，但磁开关的用途应该是非常广泛，很多领域都有待我们开发拓展。磁开关的缺点是由于波形靠磁芯本身吸收，所以关断时间不能太长，否则磁芯损耗严重。

5.3.4尖峰抑制器

像二极管反向恢复电流快速变化引起电路噪声。矩形磁滞回线磁芯可用来抑制电流快速变化引起的噪声。在正常流通时，抑制噪声的磁芯饱和，具有很低的电感，几乎不存储能量。而在电流减少并试图过零时，矩形磁滞回线的磁芯退出饱和，磁芯表现出很大电感。这很大的电感阻止了电流相反方向变化，抑制了反向电流，也就消除了反向电流引起的尖峰。通常采用矩形磁滞回线材料的单匝磁珠或多匝尖峰抑制器实现尖峰抑制。非晶磁珠是一个具有外径D、内径d和高度h的小型环形磁芯的单匝电感，穿在二极管的引线上作为一匝可饱和电感，用来抑制二极管反向恢复电流。以图为例说明抑制反向电流引起的尖峰机理。

当二极管导通时，流过电流Io（图(a)中“I”），尖峰抑制磁珠饱和（图(b)中“I”），磁导率为空气磁导率μ0，磁珠等效电感很小，相当于导线电感。

当二极管关断时，其正向电流由Io减少到零（图(a)中“II”）时，磁芯沿着磁化曲线“II”去磁直到纵坐标上Br值，磁芯仍呈现低阻抗。

由于二极管存在存储电荷仍然处于导通状态，而电路中存在反向电压，试图流过反向电流。如果没有磁珠，在反向电压的作用下，流过很大的反向恢复电流（图(a)中虚线所示），此大电流在寄生电感中存储能量，然后进入反向恢复时间trr，二极管反向电流下降。此反向恢复电流下降时造成很大的电压尖峰和电路噪声。当串入磁珠时，二极管在反向电压作用下开始试图流过反向电流时，磁珠退出饱和，呈现很大的阻抗，只有极小的反向电流（图(a)中过零阴影部分“III”）使磁芯沿磁化曲线“III”段去磁，这里磁导率非常高，视在电感很大，有效地阻止了高di/dt的反向恢复电流，使硬恢复变成软恢复，使得噪声大大减少。磁化能量绝大部分变成了磁滞损耗和涡流损耗。

如果在二极管反向恢复时间内，磁珠的伏秒足够大，即二极管反向阻断（图(a)中“IV”）前没有反向饱和（图(b)中“IV”点），二极管完全恢复，则噪声基本上可以消除。当二极管再次导通（图(a)中“V”）时，磁珠仍处于高阻抗，减少二极管正向电流上升率。在大功率二极管中，有利于改善二极管的正向恢复特性。磁芯被正向电流经“V”向饱和磁化。以后重复“I”～“V”的过程。从工作原理可以看到，磁珠具有优良的抑制噪声性能。磁珠选择

要完全抑制反向恢复电流，磁珠的伏秒必须满足：φ=2BsAe≥πUrtrr（Wb）其中：φ－磁珠总磁通（Wb）Ur－加在磁珠上的电压（V）；trr－二极管反向恢复时间（s）.

根据式选择适当的磁珠。如果一个磁珠的磁通不能满足式要求，可用多个磁珠分别串在器件的阴极或阳极引线上。

5.4变压器

5.4.1高频变压器

开关电源变压器是Fe基超微晶合金应用较为成功的磁性器件之一，电源变压器的功率与合金材料铁芯重量关系推荐为5~10W/g，其功率损耗为

=20~40W/kg，

=90~200w/kg。对于单脉冲变压器，△B≥1T(Br/Bs≤0.1)；双脉冲变压器

Br/Bs≥0.9。目前非晶超微晶合金，尤其是Fe基超微晶材料已制成O型、C型、CD型变压器铁芯广泛应用于大功率开关电源变压器、逆变电源变压器、程控交换机电源变压器、高频淬火设备变压器及其它开关电源变压器等，表列举一些应用实例和系数产品。

以上为逆变变压器的规格和功率对应表

下面结合实例看一下非晶逆变电源变压器设计，同时以此类推其它电路的设计方式。注：由于电路不同，所用参数比如：电流密度、频率、波形等等都会影响到变压器设计，所以设计时应以实际电路的经验值来计算，不应用理论值计算。

（1）变压器输入波形为方波，所以波形系数为4。（2）电压幅值为500V。

（3）按最低工作频率20KHz计算变压器。

（4）在工作频率为20KHz时选定工作磁感应强度为0.5T。

（5）因为次级电流很大，所以定为一匝，再根据匹配要求将初级定为25匝。（6）变压器采用自然风冷。

根据以上条件，计算出所需铁芯截面：∵U=KfNBS×10−6

US=∴

KfNB×10−6

S=500/(4×2×10-4×25×0.5×10-6)=500mm2变压器初级电流I1

PI1=1

U1

I1=3×104÷500=60（A）

变压器采取自然风冷，故取导线电流密度为J=2.5mm2/A初级面匝积NA1NA1=N1×I1÷J

NA1=25×60÷2.5=600(mm2)初次级面匝积之和NANA=NA2+N1≈2×NA1NA=2×600=1200mm2

故根据以上计算结果和工作频率，应选择铁芯实际截面大于500mm2，窗口实际面积大于1200mm2的纳米晶铁芯。注意确定窗口面积时还应考虑到绝缘和适当的散热通风空间。在谐振电路采用次级串联谐振，变压器铁芯采用纳米晶材料后，本设备整体效率较同类产品有大幅度提高，在输入功率为30KW时，输出电流达到1500A，而同类设备在输入功率为30KW时，输出电流只有1260A。在自冷情况下，变压器在运行过程中，铁芯温升低于60℃，完全满足了使用要求。

5.4.2脉冲变压器

脉冲变压器工作原理利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通Φ1。右面铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，Φσ基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证Φ1为正弦波。

选取磁芯材料，根据工作频率，确定工作磁密

11Bm=(~)Bs32

⎧2Bm−−−−−双向磁化∆B=⎨

⎩Bm−Br−−−单向磁化Bm-−−工作最大磁感应Bs−−−磁芯饱和磁感应Br−−−剩余磁感应

确定磁芯型号或尺寸

SQ=

2TONPO8

×10（cm4）

∆BηKcKujS−−−磁芯几何截面积

Q-−−−磁芯窗口面积PO−−−输出功率Kc−−−铁的填充系数Ku−−−磁芯窗口利用系数j−−−−导线允许的电流密度KcKu≈0.3 j=300~500A/cm2

绕组匝数计算

UT原边：N1=iON∆BScU1N1其余：=

U2N2

Sc−−−磁芯有效截面积

5.4.3低频变压器

非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是，空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁芯本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。除此设计思路外，还须遵循以下三点要求：

(1)由于非晶合金材料的饱和磁密较低，在产品设计时，额定磁通密度不宜选得太高，通常选取1.3～1.35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值。

(2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm，所以其叠片系数也只能达到82%～86%。(3)为了使用户能获得免维护或少维护的好处，现把非晶合金配电变压器的产品，都设计成全密封式结构。

变压器非晶合金结构特点

利用导磁性能突出的非晶合金，来用作制造变压器的铁芯材料，最终能获得很低的损耗值。但它具有许多特性，在设计和制造中是必须保证和考虑的。主要体体现以下几个方面：

(1)非晶合金片材料的硬度很高，用常规工具是难以剪切的，所以设计时应考虑减少剪切量。

(2)非晶合金单片厚度极薄，材料表面也不是很平坦，则铁芯填充系数较低。(3)非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时，必须避免采用以铁芯作为主承重结构件的传统设计方案。

(4)为了获得优良的低损耗特性，非晶合金铁芯片必须进行退火处理。

(5)从电气性能上。为了减少铁芯片的剪切量，整台产品的铁芯由四个单独的铁心框并列组成，并且每相绕组是套在磁路的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外，还有三次谐波磁通的存在，一个绕组中的两个卷铁芯框内，其三次谐波磁通正好在相位上

相反，数值上相等，因此，每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零。如一次侧是D接法，有三次谐波电流的回路，当在感应出的二次侧电压波形上，就不会有三次谐波电压的分量。

根据上面分析，三相非晶合金配电变压器最合理的结构为：铁芯，由四个单独铁芯框在同一平面内组成三相五柱式，必须经退火处理，并带有交叉铁轭接缝，截面形状呈长方形。绕组，为长方形截面，可单独绕制成型的，双层或多层矩形层式。油箱，为全密封免维护的波纹结构。变压器设计

1.铁芯磁密设计：非晶铁芯的饱和磁密为1.5T左右，三相非晶合金磁芯的设计磁密我们一般取1.3T，低噪音的取1.2T。单相非晶合金铁芯设计磁密取2.铁芯截面计算：中心柱有效截面积为At=K×2C×DK为叠片系数3.单框重量计算：Gre根据有效长度×有效截面积×密度

4.实际磁密Bm=45×At/Et，Et为线圈匝电势，其值等于线圈相电压除以线圈匝数，即Et=U相/N

5.空载损耗计算：Po=Kpo×Pre×Gre，其中Kpo为空载损耗系数，与铁芯结合及内应力大小有关，一般取1.3-1.4之间Pre为磁芯单位损耗，可查厂商损耗表

6.空载电流计算：IOW%=(q1×Gre+q2×n×At)/(10×SN)，q1为单位重量的励磁容量（VA/kg），q2为单位面积的接缝励磁容量（VA/cm2），n为接缝数，对于三相四框式结构，取n=4，Sn为变压器额定容量，单位为kVA。

个人认为不太准确，还是以实际产品测试为准

5.4.4C型变压器

C型变压器比较常见是硅钢类变压器，由于非晶材料的低损耗特性，市场前景可观，现在在光伏变换器和一些要求损耗的应用领域已经批量使用非晶材料制作C型变压器替代硅钢变压器。当然，非晶C型变压器和电感由于发展时间短，在工艺和应用上还存在一些问题。比如：稳定性不好，气隙端口损耗大造成温度过高等等，也有部分厂家已经用铁硅铝来取代非晶，从长远来看，非晶C型或者纳米晶C型的市场和空间更为广阔，这也使得作为非晶生产企业要进一步提高产品品质和工艺来应对市场变化和竞争。

目前我们使用的C型变压器或者电感器，其实都属于储能器件，个人推荐用目前常用的

AP计算方式。Pt=Pin+Po

Pt×104

Ap=

BACfJKfKuKf为波形系数

正弦波：4.44方波为4.0

Ku为窗口利用系数，一般取0.3-0.4f为工作频率

J为电流取值一般为300-400B为工作磁密

注：磁芯开完气隙后，导磁率会变低，损耗将增加（主要是漏磁增加），所以端口面很多厂家会做研磨处理，主要是提高端口切面的配合度，减小漏磁。

5.5互感器

互感器(instrumenttransformer)是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全，按比例变换电压或电流的设备。我们这里介绍的，主要是讲电流互感器。

5.5.1交流互感器

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

电流互感器的设计是非常复杂而繁琐的，我们先看一下设计流程和公式，最后再来说一下经验设计的思路和方法。

因为电流互感器的次级电流是以初级电流按匝比产生的。由图1可见，初级绕组与被测量的电源电流

以串联方式连接，次级绕组按常规连接到仪表，继电器或负载电阻上。为了电流互感器能够在最佳状态下工作，必须满足以下条件：a、恒定的负载阻抗b、零漏磁通c、零激励电流d、无限大的磁通密度

第一个条件——恒定的负载电阻，在所有的电流互感器的应用中通常是可以满足的；它也提示我们，常常要求这种阻抗保持尽可能的低值。因为在增大负载阻抗时也将增大磁心的磁通，从而增大激励电流。

电流互感器的次级在工作时近似于短路状态（其筒化等效电路见图2所示，所以其负载阻抗中的接线电阻，接触电阻都应计算为负载阻抗的一部分。

第二个条件——零漏磁通，漏磁通受磁心的材料和绕组的实际形状两个因素的影响。用具有高导磁率的材料制作磁心、又有合适的绕组制造技术，就可以达到近似于零漏磁通，

而且误差很小。

电流互感器的最理想的磁心是以初级与次级两个绕组能将其全部包围的圆环形磁心。这样就能提供磁心与两个绕组之间的最紧密的磁耦联接，此时的磁心漏磁通可以达到忽略不计的程度。

第三个条件——零激励电流，在实际应用中，从来没有达到过零激励电流。电路中总是存在一些激励电流的，它们可以使用尺寸较大些或成本较高些的优质材料磁心而使其最小化。由图3“电流互感器矢量图”中可以读出减小激励电流（I8）的主要途径。第四个条件——无限大磁通密度，这也是从来没有达到过的。用较高成本和较大体积的磁心，将可能接近无限大磁通密度。

在磁性元件的实际应用中，完全无损耗的理想状态并不存在；亦即磁心不产生有功功率的消耗，也不需要用激励电流（I8）来产生主磁通（Φm）的完全理想情况是不存在的。所以，在正常情况下，电流互感器设计需要对精度、尺寸和成本进行折衷考虑。假如需要尺寸最小化，可以使用矩形磁回路材料，以接近于磁饱和状态。大多数电流互感器磁心材料还是使用诸如48合金、Magnesl或超坡莫合金等环形回路材料。这些材料通常工作在小于50%的饱和磁通密度，以使得到元件的较高精度。

电流互感器的结构原理与最简单的变压器相同，故其磁心的基本理论也与其它任何型式的变压器磁心相同，只是在设计程度、使用磁心的选择方法上略有或妙之处。在正常情况下，电流互感器标准的初级绕组是单匝巧最低要求的数匝；而次级绕组的匝数很多，其常见的匝比在1000以上。

2精度

一般而言，大的匝比会引起大的漏电感。这就会造成次级的输出电压小于按预先设计的

Ns=Es，从而导致输出误差。匝比由初级绕组而应该得到的电压倍数EP×Np高导磁率材料制作成环形磁心时，封密的磁心与绕组间可以达到了佳耦联使漏磁通最小。如果初级绕组有数匝，则磁耦联将增大。但初级为单匝时，所得的耦联结果是最满意的。为了获得最佳的耦联结果，次级绕组应以完全均匀的间距绕在磁心上。

激励电流I0的大小决定着电流互感器能够达到的最高精度。激励电流可以被定义为在满足磁心的磁滞回线和涡流损耗情况下的初级绕组电流的一部分。因为次级电流的量值是按比例从初级电流并减去激励电流后获得。如果图2中的L和R的值因为磁心材料的导磁率低和磁心的损耗大而太小，那么只有一部分电流Is流入输出负载，图4即表示了激励电流与输出电流的关系。这就是产生误差的第二个原因，因此不能从次级电流精确地测量出初级电流。所产生误差的大小正比于激励电流对初级电流的比值。人们推荐高导磁率和低损耗的磁性材料并做成圆环形磁心，这样便可以减小由于漏磁通和大激励电流所造成的误差。

目前数字电表内用的电流互感器一般为0.1-0.2级，大互感器通常为0.2S-0.5S级。注：电流互感器的比差和角差在匝数没有误差情况下是一定为负，用纳米晶磁芯做互感器在正常情况下，比差都能满足精度要求，一般是角差偏大，主要是由于磁芯励磁电流偏大，损耗角大的缘故，能提高角差的方法有：增加匝数增加耦合磁链、加粗次级线径减小内阻、增加截面积提高感应电动势、提高磁芯导磁率减小励磁电流等方式，当然，在现有产品主要靠磁芯磁导率来达到客户要求，所以导磁率是互感器中非常关键的磁性能参数。

5.5.2抗直流分量互感器

在一些电表，特别是三相电表中，如果出现单向交流电，普通的交流互感器会出现饱和现象而不能检测出使用电流，所以必须采用抗直流分量的互感器。

注：此检测和磁芯最初为VAC提出，由于国内技术制约，采用复合磁芯来替代一只磁芯工作，并在交流角差和比差方便达到普通交流互感器的检测标准，直流检测目前厂家控制在3%以内。

交流互感器磁芯可参照上一栏的普通交流互感器磁芯设计

抗直流部分磁芯目前为1K101非晶材料制作，磁芯导磁率一般控制在1500-3000之间，根据外壳和抗直流分量电流制定磁芯截面积。当然，和交流互感器不同的是，由于非晶磁芯的导磁率较低，所以比差基数较大，抗直流互感器的匝数、线径和导磁率对比差都会造成影响。特别关键的是，1K101的偏流特性对比差有直接关联。

抗直流互感器的比差测试需用专用仪器检测，目前国内大部分采用校表台检测，由于测试繁琐，本人在工作之余开发了一款抗直流互感器的比差检测仪，已申请国家专利。目前市场上常用的抗直流分量互感器

OD202121212224263025272527282728273333

ID141616141718192116191619191819182323

HT101010D81010106.5881012121510151015

A4060606060808080100100120120120120120150160200

精度等级±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1

5.5.3VAC抗直流分量互感器（单铁芯抗直流）

在多相表和一些单相电表中电流互感器是关键元件之一，电流互感器提供电路隔离并对初级电流进行精确测量，测量误差必须满足不同设备精度等级要求。在欧洲直接连接表标准是IEC61036，非直接连接表的标准是IEC687，在英美市场，两种连接方式都是按ANSIC12.XX系列标准。

注：VAC单磁芯最大的差异是直流特性非常好，在饱和以前，导磁率几乎没有变化，Hs可以达到600A/m。所以互感器的角差和比差都成线性变化，虽然角差很大，但由于线性度很好，所以只要针对某一个测试点进行补偿即可，

电表的整表误差也做的非常小。

5.5.4漏电保护互感器

目前常用的电磁式、电子式电流动作型漏电开关，其结构基本相同。电磁式漏电开关由外壳、漏电信号检测器（即互感器）、脱扣释放机构、开关动作机构及试验装置等组成。电子式漏电开关除上述机构外在互感器与脱扣器之间没有电子放大器。其结构及工作原理（以单极二线为例）示意图如图1所示〔5〕。

在图1中，相线和中性线穿过互感器，为互感器一次绕组。I1、I2分别为流入、流出互感器的电流。正常工作时，I1、I2应满足I1、I2=0，此时互感器二次绕组无感应电压，即无信号输出，漏电开关处于闭合状态（接通状态），对负载供电。当出现对地漏电或触电时，流过互感器的电流矢量和不再等于零，有I1+I2=I△，I△即漏电电流，这时互感器二次绕组中就产生感应电势，即有信号输出。电磁式漏电开关由该信号直接驱动脱扣器释放，带动开关或继电器接点切断电源，如图1a状态。而电子式漏电开关二次输出信号加到电子放大器上（需要辅助电源），信号经放大后输出使脱扣器释放，切断电源、如图1b所示状态。这样便达到漏电、触电保护目的。

漏保设计：1先计算磁场强度

H=

INlI是电流N是初级匝数L是磁路长度

B=

U2

=k2U2(T)

4.44fAN2

根据公式和磁化曲线图计算出电压值

B值如何取值是很困难的，注：以上公式很简单，重点是在H已知的情况下，当然很多公司也有类似的表格，但非晶材料往往都是一个范围，很难做到某一个都精确。所以我们大多采用经验，比如，H在0.04A/m时我们取导磁率H在1A/m时可以取值到60-100万，为10-15万之间，根据不同带材和工艺，其B值是不同的，电压值与B值成正比关系。所以我们从中可以得出一个大概的设计方式，小磁场情况下，我们要求初导高的，大磁场情况下我们要求最大导磁率高的，其磁场大小通过公式可以计算出。

漏保互感器属于特殊类互感器，当然也遵行互感器工作原理和设计，由于没有误差要求，所以磁芯往往不会做的很大，而是通过调节次级匝数和电阻来选取合适的工作点，另外由于量大、要求不高，互感器的价格也相对偏低。

5.6PFC电感及气隙电感

理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。但是负面效应决不可忽视，由于不可控整流方式网侧输入电流为非正弦周期电流，AC/DC变换器在投入运行时，将向电网注入大量的高次谐波，使电网电压藕合许多毛刺或尖峰，甚至出现波形损缺和畸变，并使电网总功率因素下降。减少对电网污染最有效的办法之一是，在电路中增加功率因素校正PFC功能。因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。在三相四线制供电方式中，由于多次谐波分量叠加，使中线电流增大，这是一个很棘手的问题。而如今计算机电源、UPS、程控交换机电源、电焊机电源、电子镇流器等早已高频开关化，其对电网的污染已达到必须治理的程度，因此功率因数校正技术正在成为热点，并将成为商家进入市场的关键。的优势铁基非晶材料的主要成分是铁、硅、硼。含硅量高达5.33%，比目前使用的硅钢片含硅量大很多，再加上非晶态的特殊结构，其电阻率为130N0，比硅钢片(47p0)高2倍。铁基非晶

材料的厚度约30Nm，硅钢片很难做到这么薄，因而在高频工作时的涡流损耗小，在400Hz-10KHz频率下损耗是硅钢片的1/3-1/5。同时，铁基非晶的导磁率比硅钢片高很多。由于以上优点，铁基非晶在工频使用时变压器的空载损耗比硅钢片降低70%，空载电流降低50%。在高频使用时，由于损耗低，可以选取比硅钢片高的磁感值，变压器重量可降低50%以上，温升可降低50%。硅钢和FeSiAL材料具有高的饱和磁感应值Bs，但其有效磁导率值低，特别是在高频范围内;坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定，但Bs不够高，频率大于20kHz时，损耗和有效磁导率不理想，价格较贵，加工和热处理复杂;钻基非晶合金具有高的磁导率、低Hc、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数，对应力不敏感，但是Bs值低，价格昂贵;铁基非晶合金具有高Bs值、价格不高，但有效磁导率值较低。纳米晶合金的磁导率、Hc值接近晶态高坡莫合金及钻基非晶，且饱和磁感Bs与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料;虽然纳米晶合金的Bs值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们，并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比，在低于50kHz时，在具有更低损耗的基础上具有高二至三倍的工作磁感，磁芯体积可小一倍以上。

现在举例说明

PFC所需电感性能要求如下:

当1=0(A)，1KHz,1v时，L=570μH土30%当I(oc)=30(A)，20KHz,1V时，L>320μH设计取决于五个相关因数:(1)期望的电感量(2)直流电流(3)使用频率(4)交变电流△I(5)功率损耗和温升

设计步骤

第一步:计算能量传递能力

I=Io+I∆

2I=30+1/2=30.5(A)

E=LI2

2E=0.00032*30.52/2=0.14.9(VA)

第二步:计算面积乘积Ap

AP=⎛⎜2E×10Bm×Ku×Kj⎞⎟

⎝⎠

4

1.15

X取系数1.15磁通密度Bm=1窗口系数Ku=0.45温升常数Kj=400Ap=26cm4

第三步:根据AP选取合适的磁芯*40*25

第四步:计算出铜线线径

Aw=

Ie+∆I/2

JAw=(20+0.25/2)/400=0.05cm2查询标准尺寸0.0526

第五步:计算匝数

Ts=

Wa×KuAwTs=10.75*0.45/0.0526=90Ts

匝数过多，一般取60Ts左右较好，匝数需要多次计算修正后才能最后确定，所以PFC和气隙电感的计算是较为繁琐和复杂的。

第六步:计算所需的气隙

0.4πN2Ae×102

lg=

L0.4*3.1416*602*2.4*10-2/320=0.34cm

如需精确，可再计算气隙边缘磁通，然后对匝数进行修正。

5.7非晶钎焊料

非晶钎焊料优点1.钎缝组织和成分均匀

由于非晶态钎料是从液态合金快速冷却而成,其化学成分保持液态时的均匀性,既无晶粒,又无共晶相析出,熔化均匀,合金中不存在粗大的化合物相,因此合金组织单一细化。

2.材质纯净,能显著地提高钎焊接头的质量

非晶态钎料杂质含量少,纯度高。另外,非晶态钎料的制取无需经过锻、轧、拉和拔等过程,因此不受加工氧化和润滑剂的污染。3.使用方便，成分可调整性高

非晶钎料虽然含有Si、B、P等脆性化合物元素，但由于成分均匀，组织细化，无粗大脆化相，而制成的钎料箔具有较好的柔韧性，可根据钎接件的实际需要，预制成一定形状，准确地置于钎焊接头的间隙中，减少钎料浪费，降低成本；并可方便的调整合金的成分，得到各种成分的非晶态钎料。4.浸润性、流动性好

非晶态钎料比晶态钎料的润湿性能好,是因为非晶态钎料在加热过程中几乎是同时、均一地熔化和铺展。另外,由于非晶型结构是不稳定的,在接近熔化时有析出晶体的倾向,故在熔化瞬间会放出大量的热,有利于加剧钎料中元素扩散,从而提高钎料的润湿能力。5.钎接间隙进一步减小

镍基非晶态钎料箔则可以做得很薄,置于钎缝内,从而保证钎缝的小间隙。6.钎焊后接头的衬热温度不降低

由于非晶型箔一旦熔化再冷凝时仍将生成通常的合金结晶结构,因此,钎接层不会像非晶型箔那样,在较低温度下熔化。由此可见,非晶型金属箔对于

高温钎焊,特别是对于高温合金、陶瓷的钎焊具有重要的意义。非晶钎焊料的种类及应用

目前常用焊接钎料主要有：镍基、铜基和低温非晶钎料。1.镍基钎料

镍基非晶钎料是一种很有发展前景的钎料，可用于航空、航天、原子能和机械等许多领域的各种高温合金、高合金钢、不锈钢和高温结构陶瓷的钎焊。2.铜基钎料

铜基非晶钎料成分均匀，箔带柔韧可以制成所需要的形状，而且熔点低、流动性好，可以替代银基钎料用于焊接铜和铜合金、银和银合金及各种接头材料的钎焊。3.低温非晶态钎料

低温非晶态钎料主要应用于电子产业、印刷电路和半导体器件中心和底座的焊接。

由于非晶钎料采用极冷技术制备，可以做成很薄的箔带，有利于扩散后接头成分。组织均匀化，在成分与熔点方面，非晶态材料的成分很均匀，在一恒定的焊接温度下，能被全部或部分熔化，箔带面积小，因而氧化物少，有利于焊接接头性能的提高。今年来用作扩散焊或瞬间液相连接的中间层，有取代以粉末、电镀、喷涂等方式预制中间层的趋势。此外，非晶在连接陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属钎焊领域一个重要的研究方向，具有广阔的前景

6.非晶、纳米晶新型市场应用简介

6.1非晶、纳米晶粉末喷涂

目前制取纳米晶、非晶磁粉末冶金工艺主要有三种：雾化法、机械合金化法、带材破碎法，从目前的产品性能和特性看，雾化法可以取得较其它两种方法更好的非晶颗粒。

雾化工艺分为水雾化、真空气雾化、非真空气雾化三种

(1)水雾化水雾化是制取金属或合金粉末最常用的工艺技术。水流可以单个的、多个的、环形的方式喷射。高压水流直接喷射在金属液流上，强制其粉碎并加速凝固。因此粉末形状比起气雾化来呈不规则形状。粉末的表面是粗糙的，并且含有一些氧化物。由于散热快，过热度要超过熔融金属熔点较多，以便控制粉末的形状。在水雾化时，金属液滴的形成是水滴对液态金属表面的冲击作用而不是剪切作用。

工艺特点：冷速快，能量转换率高，生产效率高，雾化压力大，适合

于生产细粉，粉末形状多为不规则形，氧含量高（≥0.2％）。

(2)非真空气雾化非真空气雾化是水雾化与真空雾化的过渡工艺，雾化压力1.5－4MPa，适合于生产中、细粉末，粉末形状多为球形或类球形，氧含量低（0.02％－0.05％）。

(3)真空气雾化真空雾化的基本原理是将熔炼装置、雾化罐体及粉末收集装置都置于真空系统中，使粉末的熔炼和雾化过程均在真空或惰性气体的保护下进行。制备过程如下，金属或合金在真空状态惰性气体保护下在坩埚中熔化并达到一定过热温度之后，拨开柱塞杆，金属或合金熔液向下流经雾化喷嘴，遇高压气流，该气流直接冲击粉碎金属或合金溶液成液滴并冷却这些液滴成半凝固的细颗粒，这些颗粒在自由飞行中冷凝成微晶粉末这种方法所得粉末呈球形且纯度很高，适合于生产中、细粉末，氧含量低（≤0.02％），图1.1为一种惰性气体雾化工艺概图。

粉末选取

(1)粉末形貌的观察

热喷涂粉末必须具有良好的流动性，以利于连续、均匀、流畅地送入喷涂焰流中。球形粉末的流动性无疑是最好的，不规则的异性粉末由于颗粒间的内摩擦力和“架棚现象”而导致流动性降低。球形粉末的比表面积最小，各向受热均匀，在热喷涂焰流的高温作用下其表面受氧化及其他杂质污染的程度比不规则粉末要小。因此热喷涂粉末的形状最好呈球形或近似球形。热喷涂粉末材料往往在颗粒内部存在不同数量和大小的孔洞或者孔隙，这对于粉末材料热喷涂制备的涂层性能有直接的影响。对粉末颗粒内部、外部形貌的观测主要是通过光学显微镜和电子显微镜。(2)粉末粒度的检测

粉末粒度是指粉末颗粒的尺寸。粉末粒度的大小，直接影响到热喷涂时粉末的输送、粉末的加热状况和涂层的致密度。粉末粒度的选择与材料的熔点、热导率、比热容和密度等材料固有特性密切相关，与热喷涂用热源的温度及粉末颗粒在热喷涂焰流中飞行的速度和停留的时间有关。一般来说，熔点高、密度大、比热容大、热导性差的材料，对同一热源，应选用较细的粉末；反之则选用较粗的粉末。对于不同的热源，如等离子体喷涂热源和火焰喷涂热源，由于前者的焰流温度高、射流长，因此可以选用比火焰喷涂粉末更粗的

粉末进行喷涂。

粉末的粒度分布是指不同粒度的粉末所占的比率，这一指标是统计粒度的比率分布。若粉末的粒度分布较宽，在喷射焰流中就会出现细颗粒先熔化，粗颗粒未熔化或熔化不完全的现象，影响涂层质量。喷涂含金属组分的复合粉末或熔点低的陶瓷粉末时，细粉容易造成喷喷嘴“结珠”堵和涂层架构不均匀等特点。因此，为了获得均匀致密的涂层，应选用粒度分布范围窄的粉末。但是这不仅会增大粉末材料的成本，而且相同粒度或相近粒度粉末喷涂堆积而成的涂层颗粒之间会留下孔隙，反而降低涂层的致密性。显然，合理的粒度分布，应根据对喷涂的工艺过程及涂层性能的要求选择适当粗的颗粒同时加入一定量较细的粉末。这样的粒度分布的粉末喷涂出的涂层，细颗粒可以填充镶嵌在粗颗粒堆积的缝隙孔隙中，获得相当致密的涂层。对粉末粒度以及粒度分布的检测方法主要有：

1)筛分析法筛分析法是借助振筛机，粉末通过一套由金属线编织的标准筛子，分别称量筛分的粉末重量，并计算出筛分重量的百分含量。标准筛的规格可根据粉末用途选取。

2)沉降天平法沉降天平法适用于测定范围在1-100μm的粉末粒度组成。方法要点：将粉末制备成液体悬浮液，置于测量仪器里，粉末颗粒在重力作用下在静止的液体中缓慢地沉降。由于颗粒大小不同，其沉降速度各异。借助于沉降天平地自动记录装置描绘出沉降曲线，从曲线上解析出粉末地粒度组成。

3)光透过法光透过法又称比浊法，测定粒度范围可小到0.1μm。方法要点：制备颗粒悬浮液，置于容器中，将此容器放入光通路窗口前，测定光通过悬浮液时光强度的衰减。粒度的百分含量是相临近两个时间对应的光强度的对数差乘以两个时间的斯托克斯直径的平均值，在与其总和的比而得出。4)淘洗法淘洗是沉降的逆过程，即借助流体逆方向流动达到颗粒分级的过程。方法要点：粉末试样放入Roller仪器的U形玻璃管内，送入已知速的的流体，小于分离尺寸的颗粒通过沉降室进入套筒里，称重；较大的颗粒留在U形管里并回转，只有流体速度大于颗粒沉降速度时，液体中的颗粒才能上升而不下降，根据适于分离某一颗粒尺寸的最终流体速度计算出颗粒尺寸。此

法目前以不常用。

5)激光法激光法是近20年发展的颗粒粒度测量新方法，常见的有激光衍射法和光子相干法。激光粒度仪的测量范围一般在0.5-1000μm。采用同心多元光电探测器测量不同衍射角下的散射光强度，然后根据上述理论计算出粒度分布。本法的一个优点是适合在线测量，特别适合对雾滴粒度分布的测量。其缺点是计算十分繁琐，但随着计算机的发展，这一缺点可以克服。喷涂技术

根据使用热源不同，热喷涂技术一般可以分为火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、爆炸喷涂技术等

相比之下火焰喷涂粉末喷涂层的质量最差。而最好的金属及碳化物涂层是用爆炸喷涂和超音速火焰喷涂获得的。等离子喷涂可以喷涂几乎任何一种金属、合金、陶瓷、塑料等材料，其应用范围最宽，涂层的质量也较高。电弧喷涂只适用于喷涂金属与合金涂层，它的粒子速度明显高于火焰喷涂，涂层的质量相当高。目前。热喷涂技术领域发展最快的技术是超音速火焰喷涂技术和等离子喷涂技术，也是该领域研究的重点技术。

6.2非晶、纳米晶粉芯

最早的磁粉芯是在19世纪末用蜡绝缘包覆压制磨碎铁粉，1920年由Buckner和Speed发表制作了磁粉芯的开创性论文，1923年Anold和Elmen报道了坡莫合金后，人们用镍铁合金粉末模压成磁粉芯，在1921年美国西星电气公司首先成功地用电解铁粉压制成粉芯，用于电话加感线圈，但该种粉芯损耗大，品质因数Q小，所以该公司在1927年又首次研制成功坡莫合金粉芯。1940年美国贝尔实验室开发成功钼坡莫合金磁粉芯，这种磁粉芯具有磁导率高、电阻率高、损耗低及稳定性好等优点，因此备受重视。随后对其加工工艺进行不断的完善而使其趋于成熟，该产品的生产很快形成系列化，并形成商业生产能力，该产品一直到20世纪50年代才广为应用。二次大战后由于铁氧体的迅速开发，在一般民用产品或对稳定性要求不高的应用场合中，铁氧体粉芯大量取代了坡莫合金粉芯，所以在60年代后软磁金属粉芯的发展十分缓慢。1984年美国联合公司用Fe-Si-B非晶作为粉末，压制成非晶磁粉芯，从此为

磁粉芯的进一步开发注入了新的活力。我国对磁粉芯的研究与开发虽然起步较晚，但发展很快，不仅对含钼坡莫合金磁粉芯进行了系统的工艺试验研究，而且还开发了中镍的磁粉芯产品，并在1985年制定了Ni98Mo2和Ni50Fe50两种磁粉芯的国家标准。

铁基非晶／纳米晶软磁粉芯的制备

铁基纳米晶软磁粉芯的制备工艺流程大致为：制备铁基软磁合金(晶态或非晶态)，对合金进行纳米晶化处理及制磁粉，粉芯退火，磁粉包覆工艺，压制粉芯，热处理，性能检测，成品包装。软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米晶软磁材料一般是指材料中晶粒尺寸减小到纳米量级(一般≤50nm)而获得高起始磁导率和低矫顽力的材料。

高度控制的精细工艺技术及其方法则成为磁性粉体材料的制备工艺特征。液相急冷(熔体快速凝固)中的旋辊法、超声雾化法、离心雾化法，气相沉积中的溅射法、真空蒸发法、真空等离子蒸发法、化学沉积法、电解沉积法以及固相反应中的机械合金化法(MA法)都是制备磁粉的基本方法。

当材料选定后，磁粉芯的磁导率与绝缘介质的体积百分数成反比，即所占体积愈大，愈低，与材料关系不大。一般磁性材料的导磁率总要随磁场和温度而变化。但制成磁粉芯后，磁导率能在很宽的磁场和温度范围内保持恒定值，这是磁粉芯很突出的优点，可见包覆是粉芯工艺中的关键。国外在这方面已做了专门研究，但主要还是按美国专利AMC方法，它是将粉粒先用铬或磷酸盐钝化后清洗，再加水玻璃包覆，然后加入高龄土和滑石粉搅拌均匀。上海钢研所姚中等采用钝化处理，用水玻璃加高龄土烧干后加滑石粉，此包覆取名为MC方法。另一种直接用高温树脂包覆称之为RC方法，最后采用独特的化学包覆法被称之为CSiC和PSiC，即把经过活化处理的磁粉加入具有弱酸性溶液如磷酸盐和铬酸盐，前者称为PSiC方法，后者称为CSiC，同时加入碱性的硅酸盐形成胶体搅拌烘干制成绝缘磁粉。为了增加磁性粉末活化性，要添加适量的催化剂。20世纪90年代，我国报道有人对高温树脂包覆工艺提出使用酚醛树脂或者环氧树脂作粘结剂的压粉磁芯。将软磁粉末用有机系粘结剂包覆，此法可降低涡流损耗，但是磁芯的热处理温度却受到构成粘结剂的树脂特性的，不能很好地消除成型时软磁粉末的内应力，导致磁芯的矫顽

力增大，从而造成在高频范围内铁损增大，使树脂粘结磁粉芯的高频应用受到。针对以上问题，有学者采取化学包覆法制取磁粉芯。化学包覆法是一种新发展起来的溶液包覆方法，其工艺流程如下：制粉一粉末还原一绝缘包覆一压制成型一热处理一喷漆一稳定化处理一性能检测一成品。包覆液的制备是在蒸馏水中加入适量的重铬酸镁、磷酸、尿素和甘油配制成溶液。取一定粒度分布的粉末与包覆液按一定的比例均匀混合，然后在水浴中搅拌初步干燥。左腾隆等将钛酸盐系的络合剂在有机溶剂中稀释，对非晶粉末进行包覆，所指的的磁粉芯其微分磁导率随着直流偏场的减小而迅速增加，对轻负载的输出有较好的稳定性，这是一般磁粉芯所不拥有的特征。当获得了经过绝缘处理后的粉末，必需通过模压成型的方法将粉末压制成型，需要注意的是为了保持粉末的非晶／纳米晶结构，压制温度不宜高于晶化温度，通常只可采取冷压或温压。常往绝缘处理好的粉末中加入适量的硬脂酸锌或硬脂酸钙作润滑剂，然后模压成型。磁粉芯的磁导率与成型压力有着很大的关系，一般说来，压力愈大，粉芯的密度就越高，粉芯的磁导率也越高，因此，为了提高软磁粉芯的磁导率，就必需提高粉芯的压制密度。经过压型后的粉芯，通常需要进行热处理，其目的是通过热处理，可以提高磁粉芯的强度，另一方面由于在粉末成型的过程中，通过高压压制，磁粉芯内部存在巨大的内应力，将对粉芯的磁性能造成严重的损害，通过热处理，可以减小磁粉芯的内应力，从而提高磁粉芯的磁性能。

目前，非晶／纳米晶铁基软磁粉芯的研制已经成为磁性材料研究的一个热点，对于铁基非晶／纳米晶软磁粉芯已经有了一些报导。在20世纪80年代，Raybould等人用FeSiB非晶压制成非晶粉芯，其磁导率可达30。日本学者山口纪繁等选用聚烯亚胺、聚四氯乙烯。硅烷等的一种与粉末均匀混合，在高于玻璃化温度，低于晶化温度下热压成型，使粉末形成耐热的有机绝缘层，成型后用惰性气体保护在晶化温度下保温10—120分钟，得到的磁粉芯拥有良好的磁性能，FeCrSiV系超微晶磁粉芯在30KHz条件下，其磁导率为348，在100KHz条件下，磁导率为358。先应用磁学研究所直接用超微晶合金非晶薄带粉碎成片状粉末，加入适当的玻璃成型粉末，在晶化温度下热压成型，然后在真空条件下晶化处理，使用片径为1000-1400pm的粉末制成的磁粉芯

在300Hz条件下为6000，而片径为125-150μm的磁粉芯，添加15％玻璃添加剂制成的磁粉芯10KHz条件下可达400。钢铁研究总院的陆曹卫等人研究了非晶Fe74Al4Sn2P10C2B4Si4与Fe17Ni81Mo2复合磁粉芯的性能，其研究结果表面，通过混合非晶Fe74Al4Sn2P10C2B4Si4与Fe17Ni81Mo2粉末可以制备出品质因素较高、电感频率特性较好的复合磁粉芯，其性能随着混合比例的变化成系列的变化，该种软磁粉芯在1MHz左右Q值到达峰值70，同时，在1-5MHz条件下，软磁粉芯的磁导率不随频率改变而改变。钱坤明等人研究了绝缘件材料对纳米晶软磁合金磁粉芯性能的影响，其研究结果表明绝缘剂的种类及添加量对纳米晶软磁粉芯性能有大的影响，绝缘剂特征的好坏是决定粉芯性能的一个重要因素。KIM等人采用高压气体雾化的方法制备了Fe-Si-B非晶粉末，将非晶粉末分别与1％-9％的树脂混合，采用冷压成型，所指的磁粉芯在1-10MHz范围内，具有稳定的磁导率，随着包覆剂含量的增加，磁导率有20降低至15，同时，随着粘结剂含量的增加，其直流叠加特性变得更加优良。而在高频下的损耗随着粘结剂含量的增加，呈现先增加后减小的变化趋势。以下是安泰的非晶粉芯资料

6.3大块非晶

大块非晶前景

大块非晶合金优良的力学、化学及物理性能使之在机械、通讯、航空航天、汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上具有广泛的应用潜力。大块非晶合金可用于制做机械结构材料、精密光学材料、模具材料、工具材料、切削工具材料、电极材料、耐腐蚀材料、储氢材料、装饰材料、复合材料、运动器材材料及软磁材料等。利用其在过冷温度区间的超塑成形能力，可以进行微型零件及微型模具的成形，并实现复杂形状零件的近终成形。大块非晶应用

大块非晶材料具有优秀的能力，可以充分但当结构材料的重任，目前主要的运动器材，比如高尔夫球杆的球头部分，一些网球拍和棒球球棒。精密齿轮，由于大块非晶材料在过冷液相区具有的超塑性成性能力和很好的硬度、抗腐蚀能力，在一些精密的齿轮中也有很好的应用。弹簧，大块非晶具有很好的弹性。大块非晶材料还在传感器、航空航天部件上有所应用。大块非晶合金还具有优秀的化学性能和磁学性能，大块非晶在储氢材料和电磁性能方面都有良好的应用。此外大块非晶还具有很好的生物性能，目前已经有大块非晶手术刀的出现，在替代骨骼方面也有优秀的发展前景。

近年来对非晶合金进行了广泛的研究，取得了很大的进展,已突破昔日贵金属的，许多日常重要的工程合金系统如Fe、Co、Ni和Cu等都可制备出块体非晶合金，这为其实际应用创造了条件，如今工程应用也已逐步兴起。但作为一类新型的材料，非晶合金仍处于研究探索阶段，在基础理论、制备工艺和实际应用中还有许多问题亟待解决。