磁性器件的损耗—磁滞损耗和涡流损耗

磁性器件的每一次磁化过程都要消耗一定的能量，这部分的能量损耗主要有磁滞损耗和涡流损耗。

一、磁滞损耗

去掉外磁化电流时，一部分磁畴要克服磁畴壁的摩擦，仍然保持着磁化的方向，使磁芯发热消耗掉，这就是磁滞损耗。

特点： 

①磁滞损耗是不可恢复的，它使磁芯发热消耗掉；

②磁滞回线包围面积越大，损耗越大；

③频率越高，损耗功率越大。

二、涡流损耗

I、因磁芯材料本身有一定的电阻值，感应电压产生电流ie—涡流，流过这个电阻，引起P=（ie*ie）*R损耗，叫涡流损耗。

特点：

①涡流损耗与磁芯磁通变化率成正比。频率越高，磁通量变得越快，感应电动势越大，涡流越强；

②涡流与每匝伏特和占空比也有关。

例如，一个变压器的初级工作在电压 50V，脉宽 10μS，和100V，5μS。尽管两者伏秒一样（即∆B 相同），但后者每匝伏特比前者大一倍，涡流大一倍，则峰值损耗大 4 倍，因后者脉宽小一倍，所以平均损耗后者比前者大一倍。

③涡流相当于一匝“次级”反射到初级，成为初级磁化电流的一部分，客观上减少了磁芯的动态磁导。电路中电感的涡流可用一个与电感并联的电阻 Re 来等效。

II、线圈导体中的涡流是由肌肤效应和邻近效应引起的。

①涡流建立的磁通阻止磁芯中主磁通变化，使得磁通趋向磁芯的表面，导致磁芯有效截面积减少，这种现象称之为集肤效应。

电流密度减少到导体截面表层电流密度的36.8%（即1/e）处的深度叫做集肤深度Δ或穿透深度。

②两导体A，B流过相同方向的电流，当电流突增时，导体A产生的突变磁通在导体B中产生涡流，使两导体邻近表面的电流增大，另一表面的电流减少。导体B也发生同样的现象。这个现象就是导体之间的邻近效应。

 特点：

①当高频电流流过直径较大的线圈导体时，所产生的肌肤效应使线圈的铜耗增加，这是因为高频电流不是均匀地通过导体截面，而是集中在导体表面，使导体没有得到有效的利用。

如上图，交流磁场中的磁滞回线面积比直流回线大，且形状和大小也与磁场的变化频率有关，频率增加时，磁芯的涡流增加，导致相同磁通密度下磁化电流增加。高频时，回线逐渐趋于椭圆。

②肌肤效应和邻近效应使变压器绕组中产生涡流，从而使磁性期间在高频大电流工作时铜耗增加。当导体的厚度趋近于或大于穿透深度α时，在导体附近的磁场将在导体中感应涡流。这些涡流所通过的路径是趋于阻止该磁场的变化。

③邻近损耗不是由变压器绕组电流的直流分量产生的，而是由各次谐波分量产生的。如果电流的谐波含量很大，则所产生的铜耗也会很大。

减小涡流损耗的措施：

①减小感应电势，如使用磁粉芯类材料；

②增加铁芯的电阻率，如使用铁氧体材料；

③加长涡流流经的路径，如使用硅钢片或非晶带。

注意：

通常一种磁性材料的饱和密度比较高，它的体积就可以做到很小，但是磁芯损耗也高。两者很难兼顾。

在低频时，磁芯损耗几乎完全是磁滞损耗。对于今天的磁芯，在 200～300kHz，涡流损耗超过了磁滞损耗。