聊聊電感的磁芯，這個問題很多工程師不會注意

大家好，今天我們來簡單聊一聊磁芯。

之所以說磁芯，是因為磁芯對于電感來說，就相當于是電容的中間絕緣介質(zhì)。磁芯決定了電感的很多特性。比如大家都知道，

①電感線圈里面加個磁芯，電感值會增大很多，這是為什么呢？

②還有電感有飽和電流，那電感為什么會飽和呢？

③磁滯回線又是什么呢？

④磁導(dǎo)率又是個啥？

物質(zhì)的磁性

首先來說下物質(zhì)的磁性是怎么來的。所有物質(zhì)的磁性都是電流產(chǎn)生的，永久磁鐵的磁性就是分子電流產(chǎn)生的。所謂分子電流就是磁性材料原子內(nèi)的電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)形成的。

電子運動形成一個個小的磁鐵，這些小的磁體在晶格中排列在一個方向，形成一個個小的磁區(qū)域，也就是磁疇。正是磁鐵里面的磁疇整體排列有方向，因此宏觀上我們看到磁鐵有磁性。

我們使用的磁芯一般是軟磁鐵，如果沒有磁化過，里面的磁疇是亂序的，所以對外不顯示磁性。

磁芯如何使電感值增大

為什么電感線圈里面加個磁芯，電感值會增大很多？

在線圈沒有磁芯的時候，給線圈通過一定的電流，根據(jù)電生磁原理，這時會有磁場穿過線圈，假定這時產(chǎn)生的磁場強度為 H。

如果這時候線圈中有磁芯，磁芯中的部分磁疇會在磁場強度 H 的作用下有序排列，這些磁疇會產(chǎn)生與原磁場方向相同的磁場，并且比 H 大的多，所以總的磁場會增大很多，二者疊加后的磁場強度稱為 B。

這種增大磁場的能力，有一個參數(shù)，叫磁導(dǎo)率μ，B=μH。前面的解釋是為了便于理解。

事實上μ的嚴謹?shù)亩x是這樣的。在相同條件下，鐵磁介質(zhì)中所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度比空氣介質(zhì)中大得多。為了表征這種特性，將不同的磁介質(zhì)用一個系數(shù)μ來考慮，?μ稱為介質(zhì)磁導(dǎo)率，表征物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。在介質(zhì)中，?μ越大，介質(zhì)中磁感應(yīng)強度 B 就越大。

為什么電感有飽和電流

前面說到，因為磁芯里面磁疇的有序排列，使得電流產(chǎn)生的磁場被大大加強。電流越大，有序排列的磁疇也越多，產(chǎn)生的磁場也越大，穿過線圈的磁通量也越大，基本是和電流成正比的。電感定義就是線圈的自感系數(shù)，等于磁通量與電流的比值，所以正常情況下，電感 L 為常量。當電流達到一定程度，這個時候磁芯里面所有的磁疇已經(jīng)都有序排列了，即使再增大電流，已經(jīng)沒有多余的磁疇能有序排列來增加磁場了，所以，磁場強度基本不增加。這個時候，我們就說電感已經(jīng)飽和了，電流增大，而磁通量不再增加，電感值等于磁通除以電流，所以電感值下降。通常，我們實際用的電感，飽和電流一般定義為電感值相對初始值下降 30%時對應(yīng)的電流值。

B-H磁滯回線理解

橫坐標是磁場強度 H，縱坐標為磁感應(yīng)強度 B，僅從字面上難以理解它們之間的區(qū)別。磁場強度 H 通常是通電電流產(chǎn)生的，所以可以理解為通電線圈本身，沒加任何介質(zhì)材料時產(chǎn)生的磁場強度。而 B 呢，就是填充上磁性材料是總的磁感應(yīng)強度。H 主要與電流大小相關(guān)，而 B 與磁性材料相關(guān)。B-H 磁滯回線描述的是磁性材料反復(fù)磁化的特性。

我們先看 OS 這一段，磁性材料如果先前沒有磁化過，那么初始磁性為 0，就在 O 點，這時如果進行磁化，增大 H，那么會沿曲線到達 S 點，S 點處，完全磁飽和。這個時候如果減小 H 到 0，并不會回到 O 點，只會回到 Br 點，Br 為剩磁，這是因為部分磁疇發(fā)生了剛性偏轉(zhuǎn)。因為剩磁的存在，理論上磁性材料再也回不到 O 點了，除非加熱到居里溫度。這種磁化曲線與退磁曲線不重合，B 的改變滯后 H 的現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。

到達 Br 后，繼續(xù)施加反向的磁場，到達 -Hc 處，此時 B 才能為 0。Hc 也叫矯頑磁力。意義就是，由于磁滯現(xiàn)象，要使磁介質(zhì)中的 B 為 0，需要一定的反向磁場強度。

繼續(xù)增大反向的磁場，到達 -Hs 處，此時發(fā)生反向磁飽和。如果此時減小反向的磁場到 0，就會到 -Br 點，再增大正向磁場會到達 Hc 點，繼續(xù)增大會會到 S 點。這就是一個完整的磁滯回線。

我們理解這個磁滯回線有什么用呢？

很容易想到，永磁體就是那種剩磁 Br 比較大的，屬于硬磁材料。

而我們使用的電感，磁芯應(yīng)是軟磁性材料，剩磁比較小。為什么呢？可以這樣理解，我們理想的電感是儲能元件，有電流時儲存能量，沒電流時能量被釋放，本身并不消耗能量，并且這個能量是磁場能。而實際的磁芯，電流流過時，產(chǎn)生磁場，有了磁場能，然后電流變?yōu)?0，因為磁滯現(xiàn)象，磁芯會有剩磁，也就是說磁芯沒有把磁場能全部還回來，自己留了一部分，這一部分其實就是磁芯的磁滯損耗了。所以說，磁滯越大，那么損耗也就越大，為了減小損耗，電感磁芯自然就選擇軟磁鐵材料了。

另外，我們可以推斷出，電流達到一定值之后，電感感量會隨電流的增大也減小。因為 B=uH，所以磁導(dǎo)率 u 是這個曲線的斜率。可以看到，整個曲線類似于 S 型，在電流比較小時，?H 與 B 基本是線性的，磁導(dǎo)率 u 基本不變，那么電感感量也不變。而電流比較大時，H 與 B 是非線性的，斜率逐漸變低，也就是說 u 逐漸變小，那么電感的感量也是慢慢變小的。相信到這里，你就能明白，為什么電感規(guī)格書手冊中，電感與電流的曲線是那樣的了。

總結(jié)

總結(jié)一下，電感的磁芯決定了電感的飽和電流，也決定了電感值與電流的變化曲線，磁滯損耗等等。所以對于常用的磁芯，我們對其特性應(yīng)該有一些了解。