鐵芯

鐵芯是電氣設(shè)備中用于引導和集中磁通的導磁部件，作為變壓器、電機、電感器等電磁器件的核心組成部分。鐵芯的材料特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響著電磁器件的體積、重量、損耗和溫升等關(guān)鍵指標。

1.鐵芯的基本功能原理

1.1 磁通引導作用：鐵芯的高磁導率特性（μr=1000-100000）使磁力線集中通過其內(nèi)部，大幅減少漏磁。這種磁路約束能力使相同勵磁條件下可獲得更強的有效磁場，提高了電磁轉(zhuǎn)換效率。

1.2 磁飽和特性：當磁場強度H超過臨界值時，鐵芯磁導率急劇下降進入飽和區(qū)。硅鋼片的飽和磁通密度約為1.8-2.0T，這一特性決定了電磁器件的最大工作磁通和體積下限。

1.3 渦流損耗機制：交變磁場在鐵芯中感應(yīng)出渦流，導致能量損耗。采用薄片疊壓結(jié)構(gòu)和絕緣涂層可有效抑制渦流，0.23-0.35mm厚的硅鋼片是工頻應(yīng)用的典型選擇。

2.鐵芯的主要材料類型

2.1 硅鋼片鐵芯：冷軋取向硅鋼（CRGO）和非取向硅鋼（CRNGO）是電力變壓器的標準材料，通過3%左右硅含量提高電阻率。取向硅鋼沿軋制方向的磁性能最優(yōu)，損耗比非取向低20-30%。

2.2 鐵氧體鐵芯：由Fe2O3與其他金屬氧化物燒結(jié)而成，電阻率高（1-100Ω·m）、高頻特性好，但飽和磁通密度較低（0.3-0.5T）。廣泛用于開關(guān)電源和射頻器件，工作頻率可達MHz級。

2.3 非晶合金鐵芯：通過急速冷卻工藝獲得的非晶態(tài)金屬，具有極薄的帶材厚度（25-30μm）和低矯頑力。工頻下的鐵損僅為硅鋼片的1/5-1/3，但機械強度較差且成本較高。

2.4 納米晶鐵芯：經(jīng)適當退火處理的非晶合金形成納米晶結(jié)構(gòu)，兼具高飽和磁密（1.2-1.3T）和優(yōu)良高頻特性。在中高頻（1-100kHz）應(yīng)用中逐漸替代鐵氧體，效率提升顯著。

3.鐵芯的結(jié)構(gòu)形式

3.1 疊片式鐵芯：由沖壓成型的硅鋼片交錯疊壓而成，接縫處采用斜接或階梯搭接減少磁阻。EI型、UI型是小型變壓器的常見結(jié)構(gòu)，大型電力變壓器則多用多級疊積的殼式或心式結(jié)構(gòu)。

3.2 卷繞式鐵芯：將帶狀硅鋼或非晶合金連續(xù)卷繞成環(huán)形，經(jīng)退火和固化處理。這種結(jié)構(gòu)無接縫、磁路對稱，磁性能優(yōu)于疊片式，但繞組需用專用繞線機穿過鐵芯窗口。

3.3 粉末鐵芯：將絕緣處理的鐵粉或合金粉末壓制成型，分布式氣隙有效防止飽和。具有極高的直流偏置能力，適合儲能電感和PFC電感，工作頻率可達數(shù)百kHz。

3.4 分體組合鐵芯：由兩個或多個C型或U型鐵芯組合而成，便于繞組安裝和維護。接觸面精密研磨確保低磁阻，廣泛應(yīng)用于大電流互感器和可調(diào)電感器件。