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铁心材料损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，涡流损耗与铁心材料电阻率有关。电阻率越大，涡流损耗越小。MnZn软磁铁氧体电阻率为108— 109μΩcm，在高频中涡流损耗小，在电源中的高频变压器中应用占优势，铁基非晶合金电阻率为130——150μΩcm，硅钢电阻率为20— 40μΩcm，比MnZn软磁铁氧体小106—107倍，在高频中涡流大。如果要在电源中的高频变压器中应用，必须采取措施，例如减少金属铁心材料的厚度，现在各种工作频率的变压器使用的金属铁心材料的带材厚度一般是：工频50HZ—60HZ用0.50—0.23mm（500—230μm），中频 400HZ至1kHZ用0.20—0.08mm（200—80μm），1kHZ至20kHZ用0.10-0.025mm（100-25μm），中高频 20kHZ至100kHZ用0.05-0.015mm（50-15μm），高频100kHZ至1MHZ用 0.02-0.005mm（20-5μm），1MHZ以上用小于5μm。铁基非晶合金由于喷带设备原因，带厚一般为40—25μm，在工频50HZ至中频 400HZ—20kHZ时都可使用。用于中高频和高频的铁基纳米晶合金，带厚一般都小于18μm。以前人有认为：铁心的填充系数与金属铁心材料的带厚有关，并且提出一个计算的经验公式，把铁心材料的带厚作为决定铁心填充系数的唯一因数。现在看来，这个计算铁心填充系数的经验公式并不完全成立。因为，铁心填充系数并不只由铁心材料带厚一个因数决定，还受涂层厚度、带材平整度和带材均匀度等其他因数影响。按照经验公式计算，铁基非晶合金带厚25μm时，填充系数达不到0.80，而现在用25μm厚铁基非晶合金带材加工成的变压器铁心，填充系数一般都大于0.86，甚至还达到0.90。
电源中变压器线圈损耗是负载损耗的主要部份。线圈损耗决定于导电材料的电阻率。现在电源中变压器的导电材料绝大多数采用铜。而不用铝，原因就是铜的电阻率小，造成的线圈损耗小，在有些体积小的高频平面变压器和薄膜变压器中，导电材料还采用电阻率更小的金和银。这是因为变压器的体积小，散热面积小，要求线圈损耗更小，才能保证平面变压器和薄膜变压器的线圈温升不会超过规定的允许值。
2.4降低成本
降低成本是电源变压器作为商品的一个重要要求，有时甚至是决定性的要求。因为在商品竞争中性能价格比是产品的主要指标。不注意降低成本，不注意降低价格，往往会在商品竞争中被淘汰。
电源中变压器成本包括材料成本、制造成本和管理成本。材料成本在总成本中一般占有40%至60%，是最重要的部份。材料成本中铁心材料和导电材料成本又占 80%左右。因此铁心材料和导电材料的市场动向，价格变化情况对电源中变压器成本具有重大影响。降低材料成本，还与设计有关。在设计电源中变压器时，应当根据铁心材料和导电材料的价格，调整变压器的用铁心材料量与用导电材料量的比值（铜铁比），使材料成本在现有条件下达到最低。现在采用计算机设计电源中变压器时，追求成本最低，应当成为一个主要限制条件。
制造成本也与设计和工艺有关。设计电源中变压器时，不单要考虑铁心材料和导电材料的价格和用量，还要考虑铁心和线圈的结构以及变压器总体结构是否便于加工和装配？需用多少人工工时？需要多少设备和工模具？需要什么检测设备和仪器来控制质量？这些都是变压器设计者应当考虑的。
管理成本决定于人力和财力的利用是否充分。充分利用人力，是指提高工时利用率，减少管理人员和工人的比例等。充分利用财力，是指缩短生产周期，减少库存，加快资金流转等。这些主要由经营管理人员负责。但是与变压器设计者也有关系。如果设计的变压器便于加工和装配，可以缩短生产周期。所用的原材料和配件便于采购，可以减少库存。这些都有利于降低管理成本。
所以，一个好的电源中变压器设计者，除了了解变压器理论和设计方法而外，还要了解铁心材料、导电材料、绝缘材料、结构材料的价格和市场动向，还要了解铁心、线圈和变压器总体加工和装配工艺，还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备，还要了解生产管理知识和变压器市场动向等等。只有知识全面的变压器设计者，才能设计出性能好，价格合式的变压器产品。
3 变压器技术参数
下面分析变压器主要技术参数与铁心材料和导电材料之间的关系。
3.1变压器容量
变压器输入容量W1=U1I1，变压器输出容量W2=U2I2，W2=ηW1，η是变压器效率。
U1是输入电压，也是初级绕组上加的电压U1=2KufN1△BAcKc，Ku是电压波形系数，f是工作频率，N1是初级绕组匝数，△B是铁心中磁通密度变化量，Ac是铁心截面积，铁心截面积乘以铁心的填充系数Kc，是铁心实际截面积。
U2是输出电压，也是次级绕组上的电压，U2=U1N1/N2，由初级绕组与次级绕组的匝数比来决定。
I1是输入电流，也是初级绕组中的电流，I1=Jq1，J是电流密度，q1是初级绕组导线截面积。
W1=U1I1=2KufN1△BAkc×Jq1=2Kuf△BJAckcN1q1
N1q1是初级绕组所占窗口面积。设次级绕组所占窗口面积和效率η相当，则总窗口面积，A0=（1+η）N1q1/k0，k0是窗口的填充系数。N1q1=A0kO/（1+η）。
W1=2Kuf△BJAckc A0kO/（1+η）。
l 铁心材料重量Gc=kcAclcδc，lc是平均磁路长度。kcAc=Gc/lcδc。
导电材料重量GN=k0AolNδN，lN是线圈平均匝长。K0AO=GN/lNδN。
（1+η）W1=2KufKc△B K0J 。 （1+η）W1是变压器总容量=W1+W2
从这个公式可以看出，变压器总容量与铁心材料的关系连涉到三个参数：铁心中磁通变化量△B，铁心材料重量Gc，平均磁路长度lc，变压器总容量与导电材料的关系也牵涉到三个参数：电流密度J，导电材料重量GN，线圈平均匝长lN。另外，铁心材料密度δc和导电材料密度δN也有影响。
其中△B是铁心中磁通变化量，一般对单方向激磁变压器，△B=Bm-Br，对双方向激磁变压器，△B=2Bm。选取Bm时，不单要考虑铁心材料的饱和磁通密度，还要考虑铁心材料在工作频率f下的损耗。
J是导线的电流密度，决定于导电材料外包绝缘耐热等级，也就是允许温升，在选取了J时，还要考虑变压器的散热条件。
3.2效率和损耗
变压器效率η=P2/P1，P2是输出功率，P1是输入功率。
P1=P2+Pk，η=P2/P2+PK=1- =1- PK是负载损耗，PK=PO+PN，PO是空载损耗，也就是铁心损耗。PN是线圈损耗。
铁心损耗P0=PC（T/HZ）GC，PC（T/H2）是在一定磁通密度T和一定工作频率HZ下的单位重量铁心损耗。可以自己进行测试，或者由铁心材料生产单位提供测试数据。除了MnZn软磁铁氧体的PC受温度影响比较大而外，其他金属铁心材料的单位重量损耗PC与温度无关。总的铁心损耗与铁心单位重量损耗PC和铁心重量GC成正比。
线圈损耗PN=I12r1+I22r2，r1是初级绕组电阻，r2是次级绕组电阻，都会受温度影响，必须说明是在什么温度下的线圈损耗和负载损耗。例如对A级绝缘的线圈，要给出75℃温度下的线圈损耗和负载损耗。
绕组电阻r1=ρlN1N1/q1，r2=ρlN2N2/q2，ρ是导电材料电阻率，lN1，lN2是初级绕组和次级绕组平均匝长，q1 q2是初级绕组和次级绕组导线截面积。
电流I1=Jq1，I2=Jq2，假定初级绕组和次级绕组导线电流密度都一样为J。
PN=I12r1+I22r2=J2q12ρlN1N1/q1+ J2q22ρlN2N2/q2=J2ρ（lN1N1q1+lN2N2q2）=J2ρGN/δN，GN是线圈导电材料重量，δN是导电材料密度。
从公式看出，线圈损耗与导电材料的电阻率ρ、所取的电流密度J的平方和线圈导电材料重量GN成正比，和导电材料密度δN成反比。
值得注意的是，变压器的工作磁通密度受铁心损耗的限制，因为单位重量铁心损耗Pc是在一定磁通密度下测试数值的，如果工作磁通密度与测试时的磁通密度不同，要进行调整，或者在工作磁通密度下重新测试。因此，在设计变压器时要注意，不能只根据铁心材料的饱和磁通密度，还要考虑铁心损耗来选取变压器的工作磁通密度。如果选择不当，会造成铁心损耗过大，变压器工作时的温升会超过规定数值。
负载损耗Pk包括空载损耗PO和线圈损耗PN两部分，如果PN远大于PO，负载损耗PK可认为就是线圈损耗。但是在中频和高频变压器中，铁心损耗PC比较大，由它形成的空载损耗PO比较大，有时甚至超过载圈损耗PN，就不可以忽略，而必须同时考虑铁心损耗和线圈损耗。
4 电感器技术参数
4.1电感
电感L=μ0μKc N2
电感L与铁心磁导率μ0μ，铁心填充系数Kc，铁心截面积Ac成正比，与铁心平均磁路长度lc成反比，与线圈匝数平方成正比。为了讨论电感L与铁心之间的关系，一般用电感系数AL=L/N2。
AL=μ0μKcAc/lc=μ0μKcAclc/lc2=μ0μKcGc/lc2δc
电感系数与铁心磁导率μ0μ，铁心填充系数Kc，铁心重量Gc成正比，与铁心平均磁路长度lc的平方、铁心材料密度δc成反比。
4.2电感能量
WL= LIM2，IM是电感线圈中电流的最大值，IM=Jq，J是线圈电流密度，q是导线截面积。
WL= μ0μkc N2J2q2= μ0μ J2 ，GN是导电材料重量，GN=NqlNδN。
从公式看出，电感能量与铁心材料磁导率μ0μ，铁心重量Gc成正比，与铁心平均磁路长度lC的平方和铁心材料密度δc成反比;与导电材料的电流密度J的平方，导电材料重量GN的平方成正比，与线圈的平均匝长lN和导电材料密度δN的平方成反比。
5 结语
从上面介绍的电源中变压器的一般要求，变压器和电感器主要技术参数与铁心材料和导电材料之间关系，可以得出以下几点结论：
（1） 铁心材料作为变压器铁心的主要性能指标是饱和磁通密度和在一定磁通密度、一定工作频率下的单位重量损耗。作为电感器铁心的主要性能指标是磁导率。
导电材料的主要性能指标是允许电流密度和电阻率。
（2） 铁心材料和导电材料用量对变压器和电感器的主要技术参数都有影响，同时也会影响成本等经济指标。
（3） 电源中变压器的一般要求是选用铁心材料和导电材料的主要出发点。在具体设计中应当统筹兼顾技术经济指标，千万不要忘记作为一种商品的产品的总要求，是在具体使用条件下完成具体的功能中，追求性能价格比最高。 |
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