Ферромагниты для высокочастотных трансформаторов: Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания — Компоненты и технологии — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания — Компоненты и технологии

При разработке моточных изделий (трансформаторов, дросселей) импульсных источников
питания, а также фильтров цепей питания всегда возникает вопрос: какой выбрать
материал магнитопровода, какая конфигурация сердечника предпочтительна в данном
изделии с учетом технических и экономических факторов? Наша статья является попыткой
ответить на эти вопросы.

Импульсные источники питания могут быть
выполнен как с гальванической развязкой,
так и без нее. Первые, как правило, содержат
регулируемый или нерегулируемый инвертор или
конвертор, наиболее важным моточным узлом которых является трансформатор. Исполнение трансформатора зависит от вида и режима работы инвертора или конвертора. Рассмотрим некоторые виды
моточных изделий для различных видов таких преобразователей.

Нерегулируемые и регулируемые двухтактные инверторы (преобразователи постоянного напряжения
в переменное) и конверторы (преобразователи постоянного напряжения в постоянное) могут быть выполнены по схеме со средней точкой (рис.

1а), по полумостовой (рис. 1б) и мостовой (рис. 1в) схемам. В полумостовой схеме инвертора первичная обмотка
трансформатора подключается через конденсаторы,
поэтому постоянная составляющая тока (ток подмагничивания) полностью отсутствует. В двух других схемах, а также в полумостовом конверторе, в котором
трансформатор нагружен на выпрямитель, подмагничивание сердечника полностью отсутствует только в идеальном случае — при полной симметрии схемы, при равенстве падения напряжения на открытых
ключах и выпрямительных диодах и при одинаковом
времени включения, выключения, восстановления обратного сопротивления ключевых элементов и диодов обоих плеч. При невыполнении этих условий возможно появление некоторой постоянной составляющей, что приведет к несимметричному режиму работы сердечника трансформатора, и это обстоятельство

в ряде случаев необходимо учитывать.

Рис. 1

Поскольку сердечник трансформатора работает
в сильных полях при большом размахе магнитной
индукции, целесообразно выбирать так называемые
«силовые» марки марганцево-цинковых ферритов,
например, N87 или N97 производства фирмы Epcos
до частоты 500 кГц или N49 фирмы Epcos до 1 МГц
или их аналоги производства других фирм.

При частоте преобразования до 30 кГц можно использовать
отечественный материал М2500НМС2, а также
аморфные магнитные сплавы. Применять порошковые магнитные материалы (мо-пермаллой и т. п.)
нецелесообразно, так как они имеют низкое значение магнитной проницаемости и многие из них дороже ферритов. При выборе материала сердечника
необходимо учитывать величину потерь в сердечнике, которая зависит от частоты и магнитной индукции и растет с увеличением обоих параметров.
Сравнительные зависимости величины удельных
потерь от частоты для некоторых магнитомягких
материалов при магнитной индукции 0,1 Тл приведены на рис. 2.

Рис. 2

Конфигурация сердечника для двухтактных
преобразователей может быть любая. Наиболее часто применяются кольцевые (тороидальные) сердечники (особенно для устройств малой и средней мощности). Трансформаторы
на них при прочих равных условиях обладают минимальной индуктивностью рассеяния,
что уменьшает выбросы напряжения на силовых ключах, излучение помех, снижает выходное сопротивление трансформатора. Кроме
того, кольцевые сердечники дешевы. Недостатками тороидальных катушек является более высокая трудоемкость намотки, необходимость изоляции сердечника (отечественные

сердечники выпускаются без покрытия, импортные — как без покрытия, так и с изоляционным покрытием, рассчитанным на опре-
деленное значение испытательного напряжения). Возможно также применение разъемных
сердечников броневой и стержневой конструкции. Широко применяются отечественные
сердечники типа КВ (импортные аналоги RM),
а также Ш-образные сердечники и их модификации (отечественные Ш, импортные EE,
EI, EFD, ER, ETD и т. п.). Сердечники КВ (RM)
вписываются в квадрат в плане, что удобно
для размещения их на плате. Они имеют круглую катушку как с одной секцией, так и с двумя и более, удобную и технологичную в намотке. Однако из-за большей индуктивности
рассеяния в некоторых случаях необходимо
применять технологические усложнения в намотке, а также увеличивать демпфирующие
цепи в схеме преобразователя, что в свою очередь несколько снижает КПД.

Сердечники типа Б (импортные аналоги P) подобны КВ,
но круглые в плане, менее удобны при размещении на плате и применяются реже. Достаточно удобны сердечники EP, которые вписываются в прямоугольник (почти квадрат), имеют удобную в намотке катушку, которую
сердечник закрывает со всех сторон, кроме одной, обращенной к плате. Сердечники типа

EFD расположены горизонтально и имеют
уменьшенную высоту. Низкопрофильные сердечники с индексами LP применяются в тех

случаях, когда требуется особо маленькая высота изделия. При этом часто применяются
печатные обмотки в виде многослойных печатных плат. Для трансформаторов повышенной мощности и высоковольтных трансформаторов могут использоваться П-образные
сердечники. Повышенная индуктивность рассеяния при высоких выходных напряжениях
и маленьких токах не является большим недостатком, но зато такая конструкция с большим окном позволяет разместить высоковольтную обмотку, в которой много места занимает изоляция.

Рис.

Однотактные прямоходовые конверторы выполняются в основном по одной из трех схем:
с размагничивающей обмоткой (рис. 3а),
без размагничивающей обмотки с рекуперацией энергии в емкость, в том числе паразитную (рис. 3б), и на двух транзисторах и двух
диодах по так называемой однотактной полумостовой схеме (рис. 3в). В любом из этих случаев энергия от источника питания передается в нагрузку на прямом ходе, без накопления
энергии в трансформаторе, в котором накапливается лишь небольшая энергия за счет тока намагничивания первичной обмотки. Рекуперация (возврат) этой энергии, при которой
происходит размагничивание трансформатора, в каждой из схем происходит по-разному.

В первом случае для этого служит размагничивающая обмотка, и при разработке трансформатора необходимо обеспечить максимально возможную связь между нею и первичной обмоткой, учитывая при этом рабочее
напряжение. Во втором — рекуперация происходит в емкость, и на обмотке во время обратного хода возникает выброс значительной
величины, который необходимо учитывать
при выборе элементов схемы и при проектировании трансформатора. В третьем случае
рекуперация энергии происходит в источник
питания через открывающиеся рекуперационные диоды, причем через ту же самую первичную обмотку, что обеспечивает отсутствие

выброса на ней и наиболее надежное размагничивание трансформатора. В любом случае
имеется постоянная составляющая тока первичной обмотки, а сердечник трансформатора перемагничивается по частному циклу петли гистерезиса от максимальной индукции B_m
до остаточной индукции B_r. При этом, чем
больше разность B_s–B_r, где B_s —индукция насыщения материала, тем лучше. Для данного
применения также предпочтительно использовать марки ферритов, предназначенные для
работы в сильных полях. Конфигурация сердечника может быть любой. Могут быть использованы как кольцевые сердечники, так
и любые другие, упомянутые ранее.

Рис. 4

Однотактные обратноходовые конверторы
(рис. 4). Трансформатор работает с накоплением энергии на прямом ходе и передачей
энергии в нагрузку на обратном ходе. Режим
работы трансформатора аналогичен режиму
работы дросселя, т. е. имеется постоянная составляющая тока обмоток и подмагничивающее поле. Намагничивание происходит посредством первичной обмотки, а размагничивание — при передаче энергии в нагрузку
через вторичную обмотку. Возможны три режима работы трансформатора по аналогии
с дросселем: режим непрерывных токов,
при котором энергия, запасенная в магнитном

поле трансформатора, не уменьшается до нуля за время обратного хода; режим прерывистых токов, когда энергия передается в нагрузку полностью за часть длительности обратного хода, и граничный режим между первыми
двумя. Наиболее часто используется граничный режим и режим прерывистых токов. Иногда выбирается непрерывный режим, однако
он возможен только при определенной нагрузке, а при снижении тока нагрузки режим работы трансформатора неизбежно становится
прерывистым.

Поскольку такой трансформатор всегда работает с подмагничиванием, он может быть
выполнен либо на разъемном сердечнике
из феррита «силовых» марок с немагнитным
зазором, либо на кольцевом или разъемном

сердечнике из магнитодиэлектрика без зазора.

Конфигурация ферритовых сердечников
может быть любой, но зазор должен быть обязательно. Различия в зависимости от конфигурации будут состоять в разной индуктивности рассеяния, разных габаритах, технологичности и стоимости.

Трансформаторы на ферритовых сердечниках с зазором имеют более стабильную индуктивность при изменении тока, но затем при
достижении насыщения сердечника их индуктивность резко падает. У трансформаторов
с сердечниками из магнитодиэлектриков при
изменении тока индуктивность изменяется
плавно, но в большей степени, и резкого насыщения не наблюдается. Последняя характеристика предпочтительнее, хотя для обратноходовых конверторов подходит и та и другая.
Преимущество ферритов в более высокой магнитной проницаемости в данном применении
теряется, так как величина эквивалентной проницаемости невелика и определяется в основном величиной немагнитного зазора.

Поскольку трансформатор работает в сильных полях, важное значение имеет величина
потерь в сердечнике. Среди магнитодиэлектриков наилучшими техническими параметрами обладает мо-пермаллой, но этот материал относительно дорогой. Если требуется
снизить цену, то используется Sendust или
Cool Mµ, но при этом могут возрасти габариты изделия, так как для снижения потерь
до той же величины, что и у мо-пермаллоя,
придется снизить магнитную индукцию
в сердечнике. В крайнем случае можно использовать сердечники из распыленного же-
леза, но при этом габариты трансформатора
могут еще больше возрасти, зато цена будет
меньше. Трансформаторы на кольцевых сердечниках из магнитодиэлектриков обладают
минимальной индуктивностью рассеяния
по сравнению с разъемными сердечниками
и обеспечивают минимальную величину паразитных выбросов напряжения.

Дроссели прямоходовых двухтактных и однотактных конверторов с гальванической развязкой (L1 на рис. 1 и 3) работают примерно
в одинаковых режимах. В двухтактных схемах
режим более легкий, так как дроссель работает на удвоенной частоте преобразования
и с меньшей длительностью паузы (как правило). Дроссель работает с накоплением энергии, как и трансформатор обратноходового
преобразователя, но имеет, в общем случае, одну обмотку, посредством которой осуществляется и накопление энергии, и передача ее
в нагрузку. В сходном режиме работают дроссели конверторов без гальванической развязки и дроссели корректоров коэффициента
мощности. Сердечник дросселя работает
в сильных полях при большой постоянной составляющей тока. Поэтому, как и в предыдущем случае, подходят любые разъемные сердечники из ферритов с зазором либо сердечники из магнитодиэлектриков без зазора с учетом
всех соображений, высказанных ранее.

Дроссели фильтров питания, которые используются обычно во втором и последующих звеньях фильтрации (второе звено выходного фильтра источника питания, развязывающие фильтры питания на платах
функциональной аппаратуры и т. п.) — L2
на рис. 1, 3 и 4— работают при большом уровне тока подмагничивания, но при маленьком
уровне переменной составляющей. При этом
рабочий размах магнитной индукции в сердечнике невелик и потери в дросселе определяются больше потерями в меди, чем потерями в сердечнике. Для этого случая могут использоваться ферритовые незамкнутые
сердечники (стержни, гантели), ферритовые
сердечники с зазорами, а также ферритовые
кольца, бусины, трубочки (в основном для одновитковых дросселей). В последнем случае,
несмотря на то, что сердечник работает с подмагничиванием, оставшейся магнитной проницаемости вполне достаточно для снижения
уровня пульсаций, шумов и помех в несколько раз, а стабильность индуктивности при изменении тока не имеет принципиального значения. С успехом могут применяться также
дроссели на сердечниках из магнитодиэлектриков, причем наиболее подходящим материалом в данном случае будет распыленное железо, так как при маленькой переменной составляющей нет никакого смысла применять
дорогие материалы, например мо-пермаллой.
Повышенная величина потерь в сердечнике
будет даже играть положительную роль и способствовать переводу энергии шумов и помех
в тепло. Все сказанное выше относится также
и к дросселям входных фильтров DC/DC-конверторов и DC/AC-инверторов (рис. 5а), так
как они имеют сходный режим работы.

Рис. 4

Дроссели сетевых фильтров AC/DC-источников питания применяются в трех вариантах:

Тококомпенсированные дроссели, предназначенные для подавления синфазных составляющих помех (L1 на рис. 5б, в), содержат две одинаковые обмотки, связанные между собою
через магнитное поле сердечника. Подмагничивания сердечника током частоты 50 Гц в них
не происходит, так как токи в обеих обмотках
создают поля, направленные навстречу и компенсирующие друг друга. Для такого дросселя
могут быть применены ферритовые сердечники без зазора, причем предпочтительны высокопроницаемые марки ферритов, так как сердечник работает в слабых полях, создаваемых
токами помех, и для получения максимально
возможной резонансной частоты дросселя желательно получить заданную индуктивность
с минимальным числом витков. Применение
магнитодиэлектриков нецелесообразно ввиду
низкой магнитной проницаемости и отсутствия подмагничивания, а также невысокой стоимости ферритов. Конструктивно дроссель часто выполняется на двухсекционном каркасе
с П-образным или Ш-образным сердечником
или на кольцевом сердечнике с намоткой обмоток на разных сторонах кольца.

Одно- и двухобмоточные дроссели (L2
на рис. 5б и L2 и L3 рис. 5в), в которых обмотки для токов низкой частоты (50 Гц) включаются согласно, предназначены для подавления
дифференциальных (противофазных) составляющих помех в проводах питающей сети.
Здесь, при небольшом уровне напряжения помех, имеет место подмагничивание большим
током потребления источника питания, действующим с частотой 50 Гц, что в данной ситуации эквивалентно подмагничиванию постоянным током. Поэтому для таких дросселей необходимо применять ферритовые
сердечники с зазором или сердечники из магнитодиэлектриков. Проницаемость ферритовых сердечников не имеет принципиального
значения, так как коэффициент индуктивности конкретного сердечника определяется в основном его геометрией и величиной немаг-
нитного зазора. Сердечники по переменной
составляющей высокой частоты работают
в слабых полях, и потери в материале сердечника не имеют большого значения и даже играют
положительную роль. Из магнитодиэлектриков целесообразно использовать кольцевые
сердечники или Ш-образные без зазора из распыленного железа (Iron Powder), как наиболее
дешевые и хорошо удовлетворяющие предъявляемым требованиям.

Таким образом, для каждого моточного из-
делия, работающего в составе импульсного ис-
точника питания, можно подобрать наиболее
подходящую конфигурацию и материал сер-
дечника.

ФЕРРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ — Coretech — радиоэлектронные компоненты

Ферриты, электротехнические стали и сплавы (альсиферы, пермаллои) относятся к классу сильномагнитных веществ — это мягкие магнетики. Характерным свойством как магнитомягких, так и магнитотвёрдых материалов является магнитный гистерезис, который широко используется во многих сферах деятельности человечества.

При практическим использовании, популярные ферримагнитные мягкие вещества можно разделить на группы по химическому составу, магнитным свойствам и области применения магнитных материалов. Что естественно, в каждой такой группе можно выделять как универсальные материалы, которые за кордоном именуют general purpose, так и узко направленные, материалы разработанные для решения отдельных специальных, порой весьма сомнительных задач.

• MnZn – ферриты. Для силовой электроники.
Основная область применения:
Построение трансформаторов и дросселей для импульсных источников электропитания.
Основновные свойства материалов:
Высокие уровни индукции насыщения в сочетании с большими величинами магнитной проницаемости.
• MnZn – ферриты. EMI-filters. Материалы с высокой проницаемостью.
Основная область применения:
Дроссели с большими значениями индуктивности. Элементы для подавления электромагнитных помех (EMI-suppression).
Основновные свойства материалов:
Низкие пределы индукции насыщения и большие величины магнитной проницаемости.
• NiZn – ферриты. Для ВЧ сигналов.
Основная область применения:
Индуктивные элементы, способные работать на высоких частотах. Элементы для подавления электромагнитных помех.
Основновное свойство материалов:
Способность работать с высокочастотным сигналом.
Низкие уровни индукции насыщения и низкая магнитная проницаемость.
• Iron Powder (Распылённое железо)
Основная область применения материалов:
Недорогие дроссели для сильных токов, выходные дроссели выпрямителей.
Основновные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях очень высоких температур.
• Sendust (Альсиферы)
Основная область применения:
Экономичные дроссели для сильных токов с малыми потерями.
Основные свойства материалов:
Самые высокие пределы индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Способность работать в условиях значительного перегрева. Низкие потери в сердечнике.
• MPP (Мо-пермаллои или пресспермы)
Основная область применения:
Дроссели для сильных токов с наиболее низкими потерями на гистерезис.
Основные свойства материалов:
Высокие уровни индукция насыщения и низкие величины магнитной проницаемости.
Самые низкие потери в сердечнике.

Сравниваемые параметры материалов	Распыленное железо (Iron Powder)	High Flux	Альсифер (Sendust, Kool Mµ)	Молибден- пермаллой (MSS, MPP)	Феррит с зазором (Gapped ferrite)
Состав Материала	Fe (100%)	Fe(50%) + Ni(50%)	Fe(85%) + Si(8%) + Al (6%)	Ni(81%) + Fe(17%) + Mo(2%)	Mn + Zn + Fe oxide
Начальная магнитная проницаемость	3. ..100	14…160	26…125	14…550	Определяется величиной зазора: ~10…10000
Насыщение, Тл	1,5	1,5	1,05	0,75	0,5
Мощность потерь на 100 кГц, 0,05 Тл, (мВт/см³)	800	260	200	120	230
Удельная стоимость	Самая низкая	Высокая	Средняя	Высокая	Средняя

Ферриты – это многокомпонентные кристаллические вещества, общая химическая формула которых MeOFe₂O₃,
где Me- это атомы металла — Mn, Zn, Ni, Co, Cu, Fe, Mg. Например:
MnO*ZnO x 2Fe₂O₃ — марганцево-цинковый феррит,
NiO*ZnO x 2Fe₂O₃ — никель-цинковый феррит,
MgO*MnO x 2Fe₂O₃ — магний-марганцевый феррит).
Такие материалы обладают полупроводниковыми свойствами, их собственное сопротивление гораздо выше, чем у электротехнических сталей.
Это свойство позволяет использовать ферриты при конструировании индуктивных элементов, работающих на высоких частотах, без опасения, что могут резко повыситься потери на вихревые токи.
Поликристаллические ферриты производят по керамической технологии. Из ферритового порошка, синтезированного из смеси исходных ферритообразующих компонентов и гранулированного со связкой, прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 до 1500 °C на воздухе или в специальной газовой атмосфере под давлением от 20МПа до 120МПа.
В итоге ферритовый порошок превращается в твёрдый материал, имеющий доменную гексагональную структуру с разнонаправленными магнитными моментами, которую рисуют в своих каталогах все более-менее компетентные производители сердечников.

Даже самые выносливые ферритовые материалы из группы «силовиков» достигают магнитного насыщения в относительно слабых магнитных полях, при индукции 0,4-0,5Тл. Но на практике редко когда можно себе позволять развивать индукцию в ферритовом сердечнике более 0,20-0,25Тл.
Ассортимент видов ферритов имеет широкий диапазон магнитных проницаемостей, различные марки предназначаются для решения разнообразных технических задач.
Широкий ассортимент ферритовых сердечников порой заставляет разработчиков радиоэлектронной аппаратуры забывать о существовании ещё нескольких интересных групп ферримагнитных материалов для сердечников индуктивных элементов: молибденовый пермаллой, альсифер, распылённое железо.
Основу таких материалов составляет карбонильное железо.

Перечисленные выше сплавы обладают довольно низким электрическим сопротивлением, что не позволяет использовать их в виде пластин или ленты на повышенных частотах из-за чрезмерно больших потерь на вихревые токи. Эта проблема решается путем использования указанных материалов в виде порошков.
Мелкодисперсные частицы магнитного сплава диаметром от 5 до 200 мкм покрывают слоем от 0,1 до 3 мкм полимерного материала, который является магнитодиэлектриком. Диэлектрик в таких материалах выполняет три функции: изолирует зерна ферромагнитного порошка друг от друга, резко снижая потери на вихревые токи; служит связующим, обеспечивающим механическую прочность сердечника; образует распределенный немагнитный зазор между частицами порошка. Полученную смесь прессуют пресс-формах под давлением около 2МПа.
Изменяя размеры частиц материала, толщину полимерного слоя и величину давления, удаётся варьировать магнитной проницаемостью готовых сердечников в диапазоне от единиц до нескольких сотен. Спекание сердечников в присутствии водорода позволяет препятствовать окислению, стабилизирует магнитные свойства материала и снимает внутреннее напряжение.
Из таких порошковых железных, железо-никелевых, альсиферовых и Мо-пермаллоевых материалов выпускаются тороидальные сердечники (кольца), а из распылённого железа и альсифера выпускаются также сердечники конфигурации ЕЕ. Все виды сердечников, и кольца и Ш-образные, благодаря наличию распределенного немагнитного зазора, допускают в той или иной степени работу с подмагничиванием постоянным током (или переменным током низкой частоты, или постоянной составляющей несимметричного переменного или пульсирующего тока).

Как и другие металлургические отрасли, производство ферритов и ферросплавов наносит большой вред экологии. Добыча и обогащение руды, переплавка и гранулирование или изготовление порошка, спекание, шлифование и покраска готовых изделий приводит к загрязнению атмосферного воздуха и воды.
По этой причине крупные европейские и американские предприятия переносят производство ферритов и ферросплавов в развивающиеся страны, в Китай, в Индию. Этот процесс стимулируется наличием в новых индустриальных регионах доступного исходного сырья, рабочей силы и огромного рынка производства электронной техники.
Правительства развивающихся стран оказывают всемерную поддержку развитию производства.

Конструктивные особенности трансформатора

Однофазные силовые трансформаторы классифицируются по типу магнитопровода. Они делятся на броневые, стержневые и тороидальные.

Броневые сердечники используются при мощности менее 150В×А и частоте до 8 кГц, стрежневые — при мощности от 150 до 800 [В×А] и частоте до 8 кГц, тороидальные – при мощности до 250 [В×А] и частоте свыше 8 кГц.

В броневом сердечнике трансформатора основной магнитный поток раздваивается, что приводит к увеличению потока рассеяния. Расположение обмоток на одном (среднем) стержне трансформатора защищает обмотки от механических воздействий и электромагнитных помех. Такая конструкция обладает наибольшим рассеиванием основного потока ( ), поэтому используется при малых мощностях.

В стержневом сердечнике трансформатора для улучшения сцепления обмоток первичную и вторичную обмотки разводят по двум стержням и при намотке чередуют послойно. В такой конструкции поток рассеяния меньше, чем в броневом трансформаторе.

Тороидальная конструкция сердечника трансформатора обладает наименьшим потоком рассеяния, благодаря круговому движению силовой линии основного магнитного потока Ф₀и хорошему сцеплению обмоток (из- за намотки по всему тороиду). Ограничение по мощности связано с плохим охлаждением сердечника и технологическими трудностями изготовления. Поперечное сечение тороида и стержней приближают к округлой форме, что позволяет экономить материал сердечника.

Сердечники магнитопроводов изготавливаются в виде лент, пластин или прессуют из ферромагнитного порошка с добавлением кремния. Низкочастотные трансформаторы выполняются из холоднокатанной (анизотропной или изотропной) стали, а также горячекатаной стали.

Основные виды магнитопроводов представлены в таблице.

Для улучшения магнитной связи между обмотками служит стальной магнитопровод. собранный из пластин специальной электротехнической стали марок 1511, 1512, 3411, 3412, 3413 и др. В этом обозначении первая цифра показывает класс стали по структурному состоянию и виду проката: 1 — горячекатанная, изотропная, 2 — холоднокатанная изотропная, 3 — холоднокатанчая анизотропная. Вторая цифра показывает процентное содержание кремния, присадка которого делает сталь более хрупкой и увеличивает электрическое сопротивление. Третья цифра указывает удельные потери (Вт/кг). Четвертая цифра — порядковый номер разработки. Холоднокатанная сталь обладает высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями, но является дорогостоящим материалом. В анизотропной холоднокатанной стали направление проката диктует направление силовой линии магнитного потока ( ) потому, что в перпендикулярном направлении ухудшаются магнитные свойства стали. Горячекатанная сталь более экономична, но имеет более высокие удельные потери и низкую магнитную проницаемость (m_д).

В высокочастотных трансформаторах в качестве материала сердечников используют: феррит, пермаллой и альсифер. Альсифер(магнитодиэлектрик) используется для дросселей сглаживающих фильтров, т.к. имеется запас по намагниченности, пермаллой механически непрочен и дорог в изготовлении. Феррит обладает широким диапазоном рабочих частот, поэтому широко используется в импульсных трансформаторах.

Ферриты – это поликристаллические многокомпонентные соединения, изготавливаемыe по особой технологии, общая химическая формула которых MeFe₂О₃ (где Me – какой-либо ферромагнетик, например, Мn, Zn, Ni). Ферриты обладают высокими значениями собственного омического сопротивления, превышающего сопротивление сталей в 50 и более раз. Именно это обстоятельство позволяет применять ферриты в индуктивных элементах, работающих на высоких частотах, без опасения, что могут повыситься потери на вихревые токи. Наибольшее распространение в силовой технике получили марганец-цинковые ферриты марок НМ и никель-цинковые ферриты марок НН. При выборе между ними предпочтение, конечно, следует отдать ферритам марок НМ, поскольку они имеют более высокую температуру, при которой ферромагнетики теряют свои ферромагнитные свойства (температуру Кюри). Это обстоятельство позволяет эксплуатировать их при более высоких температурах перегрева. Потери на гистерезис у марганец-цинковых ферритов на порядок меньше, чем у никель-цинковых. Ферриты марок НМ обладают высокой стабильностью к воздействию механических нагрузок. Однако, омическое сопротивление ферритов марок НМ меньше, чем ферритов марок НН, поэтому последние могут применяться для работы на более высоких частотах.

Отметим из наиболее часто встречающихся никель-цинковые ферриты марок 2000НН, 1000НН, 600НН, 200НН, 100НН. Верхней границей рабочей области частот для них является 5-7 МГц. Марганцево-цинковые высокопроницаемые ферриты марок 6000НМ,4000НМ, З000НМ, 2000НМ, I500HM, 1000НМ используются в частотном диапазоне до нескольких сот килогерц в интервале температур -60…+100 °С, когда термостабильность не является определяющим параметром. В противном случае следует использовать термостабильные ферриты 2000НМ3, 2000НМ1, 1500НМ3, 1500НМ1, 1000HM3, 700НМ. Они обладают меньшими потерями на вихревые токи и большим диапазоном частот (0,3. ..1,5 МГц). Для импульсных источников термостабильность, конечно, важна, но не является определяющим фактором. На рисунке ниже показана зависимость В(Н) для феррита 1500НМ3 при различных температурах и частотах: 1 – 20 кГц; 2 – 50 кГц; 3 – 100 кГц.

В средних и, особенно, сильных полях хорошо применять ферриты марок 4000НMC, 3000HMC, 2500НМС1, 2500НМС2. Результаты исследований показывают, что лучшими представителями в этой группе являются ферриты 2500НМС1 и 2500НМС2. Зависимость В(Н) для феррита 2500НМС1 при частоте 20 кГц показана ниже.

Параметры ферритов марок 2500НМС1 и 2500НМС2 сведены в таблицу.

Параметр	Обозн	Ед. изм.	2500НМС1	2500НМС2
Начальная магнитная проницаемость при В = 0,2 тл, f = 16 кГц	μ_н	-	4500 (при 20⁰С) 4100 (при 120⁰С)	4500 (при 20⁰С) 4100 (при 120⁰С)
Критическая частота	F₀	МГц	0,4	0,4
Удельные объемные магнитные потери при В = 0,2 тл, f = 16 кГц	Psp	мкВт см³Гц	10,5 (при 25⁰С) 8,7 (при 100⁰С)	8,5 (при 25⁰С) 6,0 (при 100⁰С)
Магнитная индукция при H=240 А/м	В	мтл
Индукция насыщения	В_m	мтл
Остаточная магнитная индукция	В_r	мтл
Температура Кюри	Т_с	⁰С	>200	>200
Плотность		г/см³
Удельное электрическое сопротивление	ρ	Ом*м	4,9	4,9
Коэрцитивная сила	Н_с	А/м

Приведём параметры наиболее часто встречающихся ферритов марок НМ и НН.

Марка	μ_н	μ_max	B_м, Тл	f_c, МГц	Т_с, ⁰С	B_r, Тл	Н_с, А/м
2000НМ3	1700-2500		0,35-0,4	0,5		0,12	-
2000НМ1	1700-2500		0,38-0,4	0,5		0,12
1500НМ3	1200-1800		0,35-0,4	1,5		0,08
1500НМ1	1200-1800		0,35-0,4	0,7		-
2000НМ			0,38-0,4	0,45		0,12
100НН	80-120		-	7,0		-	-
400НН	350-500		0,25	3,5		0,12
600НН	500-800		0,31	1,5		0,14
1000НН	800-1200		0,27	0,4		0,15

Магнитодиэлектрики состоят из мелкозернистого ферромагнитного порошка и связующего диэлектрического материала на основе полистирола. Частицы ферромагнетика изолированы друг от друга диэлектрической средой, являющейся одновременно и механической связкой всей системы. Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков невелика (от нескольких единиц до сотен) поэтому параметры магнитодиэлектриков мало зависят от внешних полей.

Распространены три основные группы магнитодиэлектриков: альсиферы, карбонильное железо и пресспермы.

Карбонильное железо применяют в основном для индуктивных катушек малой энергоемкости, поэтому мы не будем рассматривать этот вид ферромагнитного материала.

Основу магнитного наполнителя альсиферов составляет тройной сплав Al-Si-Fe. Выпускается несколько марок альсиферов с проницаемостью от 22 до 90, предназначенных для работы в интервале температур от -60 до +120 °С. Буквы в названии марок означают:

· ТЧ — тональная частота:

· ВЧ — высокая частота;

· К — с компенсированным температурным коэффициентом магнитной проницаемости.

Параметры альсиферов

Марка	μ	δ_п*10³	f, МГц	Маркировка
ТЧ-90	79-91	3,0	0,02	Синий
ТЧ-60	56-63	2,0	0,07	Черный
ТЧК-55	48-58	2,0	0,07	Красный
ВЧ-32	28-33	1,2	0,20	Белый
ВЧ-22	19-24	2,0	0,70	Зеленый
ВЧК-22	19-24	2,0	0,70	Желтый

δ_п – коэффициент потерь на гистерезис.

Кривые намагничения альсиферов: 1 – ТЧ-60; 2 – ТЧ-32; 3 – ВЧ-22:

Коэффициент потерь на гистерезис остается постоянным лишь при слабых полях. При повышении напряженности поля он уменьшается и в полях порядка 1500 – 2000 А/м снижается до 0,1 своего начального значения. Такая зависимость объясняется тем, что в слабых полях площадь петли гистерезиса альсифера растет пропорционально Н³, а в сильных — медленнее.

Пресспермы — магнитодиэлектрики на основе Mo-пермаллоя. Изготовляются из мелкого порошка высоконикелевого пермаллоя, легированного молибденом. Пресспермы обладают повышенноной магнитной проницаемостью и низким уровнем потерь на гистерезис. В обозначении термокомпенсированных пресспермов добавляется буква «К». Цифра в маркировке означает номинальную магнитную проницаемость. Кривые намагничивания пресспермов: 1 – МП-250; 2 – МП-140; 3 – МП-100; 4 – МП-60:

Параметры некоторых пресспермов

Марка	f_с, кГц	⁰С	μ	δ_п*10³
МП-60		-60…+85		1,5
МП-100		-60…+85		2,0
МП-140		-60…+85		2,0
МП-250		-60…+85		3,0

Обмотки трансформатора изолируются друг от друга. Обычно обмотки размещаются на каркасе с использованием межвитковой и межслойной изоляции (лак, волокно, х/б нитки и.т.д.). Тип изоляции зависит от рабочей температуры. Провода для обмоток имеют прямоугольное или круглое сечение. Прямоугольные провода используются для повышенных токов нагрузки. При проектировании трансформаторов вводиться понятие плотности тока.

Выбор плотности тока зависят от расположения обмотки на магнитопроводе, мощности и типа сердечника.

Узнать еще:

Высокочастотные ферромагнетики — Энциклопедия по машиностроению XXL

Магнитномягкие высокочастотные ферромагнетики [c.332]

Высокочастотные ферромагнетики предназначаются для изготовления магнитных деталей, применяемых в полях высокой частоты. Они подразделяются на магнитодиэлектрики и ферриты. Кроме того, при высоких частотах могут применяться тонколистовые рулонные холоднокатаные электротехнические стали и пермаллои. [c.332]

Высокочастотные ферромагнетики в виде прессованных сердечников применяются в катушках индуктивности фильтров, генераторов, частотомеров, контуров радиоприемников и т. д. Такие катушки [c.333]

По значениям магнитной проницаемости, в зависимости от диапазона рабочих частот, высокочастотные ферромагнетики можно подразделить на три группы [c.353]

Изделия из высокочастотных ферромагнетиков стареют, т. е. изменяют свои характеристики во времени. Стабильность прессованного сердечника зависит от свойств порошкообразного ферромагнетика, от качества связки и от воздействия среды, в частности влажности воздуха и температуры. [c.354]

В табл. 61 приведены основные свойства некоторых высокочастотных ферромагнетиков. [c.355]

Л. И. Р б к и н. Высокочастотные ферромагнетики. Физматгиз, 1960. [c.401]

Магнитомягкие ферриты используют для изготовлений сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, магнитных антенн, статоров и роторов высокочастотных небольшой мощности электрических моторов, деталей отклоняющих систем телевизионной аппаратуры. Ферриты обладают более низкой индукцией насыщения, чем металлические ферромагнетики, поэтому в сильных полях их применять нецелесообразно, однако в высокочастотных полях ферриты могут иметь более высокую индукцию, так как отсутствует размагничивающее действие вихревых токов. [c.102]

Ферромагнетик, применяемый для высокочастотного магнитодиэлектрика, должен иметь малую коэрцитивную силу, высокую магнитную проницаемость, порошкообразную мелкодисперсную однородную структуру, по возможности сферической формы. [c.297]

В радиоэлектронике ферромагнетики используются большей частью в высокочастотных полях невысокой напряженности. При этом рассеяние мощности в ряде случаев оценивают тангенсом угла магнитных потерь. [c.324]

Эффективные возможности для исследования Р. м. в ферромагнетиках дают нелинейные высокочастотные эффекты, приводящие к параметрич. возбуждению спиновых волн нри достаточно высоком уровне мощности высокочастотного магнитного поля. Этот метод [8] позволяет определять времена жизни рае личных спиновых волн и, следовательно, анализировать роль различных механизмов релаксаций. Р. м. в парамагнетиках (электронных и ядерных) также изучают на основе исследования нелинейных эффектов, таких, нанр. , как спиновое эхо. [c.414]

Обязательным является наличие в тракте направленного ответвителя того или иного типа для контроля уровня высокочастотной мощности в тракте. Для регулировки фазы высокочастотных колебаний применяют фазовращатели, в которых используется механическое перемещение диэлектрических пластин. Такие фазовращатели пригодны для компенсации медленных изменений фазы волны. Если необходимо регулировать быстрые изменения фазы высокочастотного поля, применяют ферритовые фазовращатели, в которых поворот фазы происходит при изменении наложенного на ферромагнетик магнитного поля. [c.134]

На рис. 201 и.чображены формы сердечников, изготовленных из высокочастотных ферромагнетиков, применяемых в радиотехнике. [c.335]

На фиг. 204 показаны формы сердечников, изготовленных из высокочастотных ферромагнетиков, применяемые в радиотехг нике. [c.355]

В ферромагнетиках, в отличие от парамагнитных тел, между неспаренными электронами внутренних недостроенных оболочек имеет место сильное обменное взаимодействие, вызывающее упорядоченное расположение их СПИновых магнитных моментов и спонтанное намагничивание доменов до насыщения Это приводит к существенным особенностям в протекании резонансного поглощения высокочастотной энергии ферромагнетиками, которое называют ферромагнитным резонансом. Физическая суть его состоит е том, что под действием внешнего магнитного поля Нд, намагничивающего ферромагнетик до насыщения, полный магнитный момент образца М начинает прецессировать вокруг этого поля с ларморовой частотой ojl, зависящей от Яо (11.25). Если на такой образец наложить высокочастотное электромагнитное поле, перпендикулярное Яо, и изменять его частоту ш, то при ю = i. наступает резкое (резонансное) усиление поглощения энергии поля. Резонанс наблюдается на частотах порядка 20-Г-30 ГГц в полях 4- 10 -А/м (л 5000 Э). Поглощение при этом на несколько порядкоз выше, чем при парамагнитном резонансе, так как магнитная восприимчивость ферромагнетиков (а следовательно, и магнитный момент насыщения М) у них много выше, чем у парамагнетиков. Кроме того, так как в формировании эффективного магнитного поля в ферромагнетиках участвуют размагничивающий фактор и поле магнитной анизотропии, то частота ферромагнитного резонанса оказывается зависящей от формы образца.и,направления поля относительно осей легкого намагничивания. [c.306]

Особенности магнитного резонанса в металлических ферромагнетиках обусловлены наличием в них электронов проводимости. Благодаря скин-эффекту индуцированная высокочастотным магнитным полем намагничивае-мость неоднородна по объему образца, что ведет к уширению линии ФМР-поглощения. По порядку величины ширина линии равна Дсо == =[Х0с(а/5) 1 , где 9с = (2я РвЛ)/аШа х— константа порядка температуры Кюри А — параметр обменного взаимодействия Мо — намагниченность насыщения а — постоянная решетки б — глубина проникновения электромагнитного поля в металл. Количественные оценки показывают, что обменное взаимоден-. ствие электронов расширяет линию ФМР примерно до 10 А/м при комнатной темп атуре, [c.182]

Современный технический прогресс тесно связан с созданием и широким применением новых неорганических материалов со специфическими магнитными, электрическими и оптическими свойствами. Среди этих материалов видное место занимают ферриты — соединения окиси железа с окислами других металлов, обладающие цеииым сочетанием ферромагнитных, полупроводниковых и диэлектрических свойств. Это позволяет применить ферриты там, где использование обычных металлических ферромагнетиков практически невозможно. Речь идет прежде всего о технике высоких и сверхвысоких частот. С увеличением частоты электромагнитных колебаний значительно возрастают потери энергии из-за возникновения вихревых токов. Мощность этих потерь прямо пропорциональна квадрату частоты и размерам тела, но обратно пропорциональна удельному сопротивлению ферромагнетика. Очевидно, что в высокочастотных полях потери энергии могут быть снижены увеличением сопротивления, а оно у ферритов достигает величины порядка 10 —10 ом см. [c.3]

Напряженность низкочастотного магнитного поля в рабочей зоне преобразователя превышает в 10—20 раз напряженность высокочастотного. При воздействии на объект переменных магнитных полей двух частот происходит модуляция высокочастотного сигнала з счет нелинейности ферромагнетика и на измерительной обмотке преобразователя появляется напряжение, содержащее 2-ю гармонику высокочастотного поля. Эта гармоника выделяется избирательным усилителем и детектируется амплитудным детектором. Продетектированный сигнал поступает на стрелочный индикатор и устройство автоматической сортировки. [c.156]

Ферриты благодаря ряду специфических свойств нашли широкое применение в высокочастотной технике. Они имеют суш,ественное отличие от обычных ферромагнетиков в части энергетического состояния, в силу чего их обычно называют не ферромагнетиками, а ферримагнети-камц. [c.311]

Ответ. 1. Ферриты как оксидные ферромагнетики отличаются от металлических ферромагнетиков. Самое существенное отличительное свойство ферритов заключается в их высоком удельном сопротивлении, которое находится в диапазоне 10 —10 Ом-м (см. рис. 2-1-1). Для металлических ферромагнетиков такие большие значения электрического сопротивления недостижимы. Это определяет применение ферритов в качестве высокочастотных материалов. Указанные материалы при.меняются в области частот свыше 1 МГц и в частности от 100 до 10 000 МГц, где использование металлических ферромагнетиков совсршеИ Но недопустимо. [c.214]

Материал взят из книги

Скачать оригинал КНИГИ в хорошем качестве

1.4. Вихревые токи

Давайте теперь вспомним, как устроен обыкновенный низкочастотный трансформатор: на замкнутом стальном магнитопроводе расположены обмотки. Все просто, поэтому и работает безотказно! Но, обратите внимание, магнитопровод силового низкочастотного трансформатора никогда не делают из сплошного куска железа, что, вне всякого сомнения, проще для изготовления, а набирают из тонких пластин. Разберемся, зачем это нужно.

Магнитное поле, порождаемое обмоткой 1, изображенной на рис. 1.9, как и полагается, возбуждает электрический ток в обмотке 2. Однако, поскольку магнитопровод трансформатора сам является проводником тока, то ток возбуждается еще и в магнитопроводе. Эти токи, которые появляются в стали магнитопровода, называют токами Фуко, или вихревыми токами. Электрическое сопротивление стали мало, поэтому вихревые токи могут достигать больших значений. Для снижения вихревых токов стальные магнитопроводы выполняют из тонких пластин или ленты. Появление ферритов и магнитодиэлектри-ков сделало возможным выполнять магнитопроводы высокочастотных трансформаторов сплошными, потому как сопротивление этих материалов в десятки раз больше сопротивления стали.

Токи Фуко могут возникать и в обмоточных проводах. В этом случае они вытесняют полезный ток ближе к поверхности. В результате

ток высокой частоты оказывается неравномерно распределенным по сечению. Это явление называют скин-эффектом. Из-за скин-эффекта в высокочастотных цепях внутренняя часть проводников оказывается бесполезной. Мы вспомним о скин-эффекте и разберем его подробно в дальнейшем, когда будем определять потери мощности в обмоточных проводах дросселей и трансформаторов.

1.5. Магнитные материалы, их классификация, свойства и выбор

Пора читателю познакомиться с ферромагнитными материалами, используемыми в силовой импульсной технике. Основные свойства, которыми должны обладать эти материалы, таковы:

• материал должен легко намагничиваться и размагничиваться, то есть обладать узкой петлей гистерезиса, малой коэрцитивной силой, большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемости;

• материал должен обладать большой индукцией насыщения, что позволит разработчику уменьшить габариты и массу электротехнических изделий;

• материал должен иметь возможно меньшие потери на перемаг-ничивание и вихревые токи;

• материал должен иметь слабую зависимость магнитных свойств от механических напряжений растяжения и сжатия;

• материал должен иметь стабильные магнитные характеристики при изменении температуры, влажности с течением времени.

Обычно магнитные материалы классифицируются по трем группам:

а) проводниковые — электротехнические стали и сплавы;

б) полупроводниковые — ферриты;

в) диэлектрические — магнитодиэлектрики.

При изготовлении электромагнитных элементов, работающих на частотах от 50 Гц до 10 кГц, используют электротехнические стали. На частотах от 5—10 до 20—30 кГц — электротехнические сплавы. На частотах от нескольких килогерц и выше — ферриты и магнитодиэлектрики. Но в любом случае надо помнить, что верхняя частота материала ограничена потерями в нем на гистерезис и вихревые токи.

Мы не будем рассматривать достоинства и недостатки электротехнических сталей и сплавов, поскольку первые совершенно не годятся для проектирования высокочастотных индуктивных элементов, а вторые, имея очень большую чувствительность к механическим ударам, просто непопулярны у большинства современных разработчиков источников питания малой и средней мощности. Итак, сразу переходим к материалам, на основе которых проектируются индуктивные элементы импульсных источников электропитания.

Ферриты

Это поликристаллические многокомпонентные соединения, изготавливаемые по особой технологии, общая химическая формула которых МеГе₂0₃ (где Ме — какой-либо ферромагнетик, например, Мп, Ъи, N1). Являясь полупроводниками, ферриты обладают высокими значениями собственного электрического сопротивления, превышающего сопротивление сталей в 50 раз и более. Именно это обстоятельство позволяет применять ферриты в индуктивных элементах, работающих на высоких частотах, без опасения, что могут резко повыситься потери на вихревые токи. Наибольшее распространение в силовой технике получили марганец-цинковые ферриты марок НМ и ни-кель-цинковые ферриты марок НИ. При выборе между этими марками предпочтение, конечно, следует отдать ферритам марок НМ, поскольку они имеют более высокую температуру, при которой ферромагнетики теряют свои ферромагнитные свойства (температуру Кюри). Это обстоятельство позволяет эксплуатировать их при более высоких температурах перегрева. Потери на гистерезис у марга-нец-цинковых ферритов на порядок меньше, чем у никель-цинковых. Ферриты марок НМ обладают высокой стабильностью к воздействию механических напряжений. Однако электрическое сопротивление ферритов марок НМ меньше, чем ферритов марок НН, поэтому последние могут применяться для работы на более высоких частотах.

ратур -60…+100 °С, когда термостабильность не является определяющим параметром. В противном случае следует использовать термостабильные ферриты 2000НМЗ, 2000НМ1, 1500НМЗ, 1500НМ1, 1000НМЗ, 700НМ. Вдобавок к термостабильности ферриты этих марок обладают меньшими потерями на вихревые токи и большим диапазоном частот (0,3…1,5 МГц). Для импульсных источников термостабильность, конечно, важна, но не является определяющим фактором.

о средних и, осооенно, сильных ПОЛЯХ и,1 I л; хорошо применять ферриты марок 4000НМС, 3000НМС, 2500НМС1, 2500НМС2. Результаты исследований, приведенные в [1], показывают, что лучшими представителями в этой группе являются ферриты 2500НМС1 и 2500НМС2.

Применение ферритов этих марок позволяет уменьшить массу и габариты трансформатора соответственно на 8 и 15%, а при сохранении прежних типоразмеров — увеличить мощность на 20%.

Магнитодиэлектрики

В табл. 1.2 приведены параметры наиболее часто встречающихся ферритов марок НМ и НН.

Магнитодиэлектрики включают в свой состав мелкопомолотые порошки, обладающие магнитными свойствами, и связующий диэлектрический материал на основе полистирола. Частицы магнетика отделены друг от друга диэлектрической средой, являющейся одновременно электрической изоляцией и механической связкой всей системы. Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков невелика (от нескольких единиц до сотен). Благодаря большому размагничивающему эффекту параметры магнитодиэлектриков мало зависимы от внешних полей.

Распространены три основные группы магнитодиэлектриков: аль-сиферы, карбонильное железо, пресспермы.

Основу магнитного наполнителя альсиферов составляет тройной сплав АББьБе. Выпускаются 6 марок альсиферов с проницаемостью от 22 до 90, предназначенных для работы в интервале температур от -60 до +120 °С. Буквы в названии марок означают:

Внимание! Коэффициент потерь на гистерезис остается постоянным лишь при слабых полях. При повышении напряженности поля он уменьшается и в полях порядка 1500—2000 А/м снижается до 0,1 своего начального значения. Такая зависимость объясняется тем, что в . слабых полях площадь петли гистерезиса альсифера растет пропорционально //³, а в сильных — медленнее.

Пресспермы — магнитодиэлектрики на основе Мо-пермаллоя. Изготовляют их из мелкого металлического порошка на базе высоконике-девого пермаллоя, легированного молибденом. Пресспермы обладают повышенной магнитной проницаемостью, низким уровнем гистерезис-ных потерь. Разработаны 10 марок пресспермов — 5 нетермокомпенси-рованных и столько же термокомпенсированных. В обозначении термокомпенсированных пресспермов добавляется буква «К». Цифра в обозначении марки означает номинальную магнитную проницаемость.

Несколько слов о номенклатуре выпускаемых электротехнических изделий, предназначенных для изготовления высокочастотных дросселей и трансформаторов. Подробно ознакомиться с ней можно в [13], [14], [15], [16], [17]. Здесь же коротко напомним основные виды изделий, с которыми мы в основном будем иметь дело при разработке импульсных источников: кольцевой магнитопровод; стержневой сердечник; броневой чашечный магнитопровод; броневой Ш-образный магнитопровод.

Существуют и другие типы электротехнических изделий на основе ферромагнетиков, такие, как П-образные, Г-образные, Е-образные, эллиптические, низкопрофильные и т.д. При желании читатель может поразмышлять над их применением самостоятельно.

2. «О холостом ходе, габаритной мощности и не только»

Как работают высокочастотные дроссели и трансформаторы

…Я вчера после нашего разговора задумался, а чем же вообще трансформатор от дросселя отличается? Скажем, взял я две одинаковых железяки, намотал на них одно количество витков, в сеть включил, измеряю ток первички. Пока вторичка висит в воздухе, все одинаково, все понятно. Но как только я, скажем, на вторичку сопротивление повешу, сразу картинка меняется, ток в первичной обмотке подскакивает. Я никак не могу понять — оба уже включены, оба в одинаковых условиях. Так почему трансформатор — это совсем не дроссель?..

Из переписки

2.1. Что такое магнитный поток?

Прежде чем приступить к рассмотрению принципов работы дросселей и трансформаторов, давайте разберемся, что такое магнитный поток и зачем он нам вдруг понадобился? Предположим, что в некотором пространстве существует магнитное поле, которое можно определить в каждой точке через его магнитную индукцию. Поместим в это поле поверхность 5 произвольной формы. Для наглядности представим, что мы просто вырезали из пластиковой бутылки прозрачный сегмент 5, как показано на рис. 2.1. Силовые линии поля как бы протекают сквозь эту поверхность.

Теперь давайте фломастером разобьем нашу поверхность на множество маленьких площадочек которые за своей малостью будут казаться нам плоскими. Все это мы проделываем для того, чтобы ненадолго возвратиться в каменный век, когда люди имели представление о Земле как о плоской бесконечной поверхности, и с помощью «первобытных» методов решить нашу задачку. Итак, поле в пространстве далеко не всегда бывает однородным, то есть через каждую пло-. Щадку с13 может протекать разное количество силовых линий-ручей-

Используются технологии uCoz

Применяемые материалы | Трансформаторы малой мощности | Архивы

Страница 5 из 19

ГЛАВА III
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
§ 5. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Магнитный материал сердечника имеет две основные характеристики: химический состав, определяемый маркой материала, и толщину листа или ленты. Выбор того и другого зависит от предъявляемых к трансформатору требований — габаритных показателей, экономичности, стоимости. Так, для снижения потерь в сердечнике на вихревые токи выбирают материал меньших толщин. В настоящее время находят применение материалы очень широкого диапазона значений толщины — от 0,5 мм до 0,02 мм. Снижение потерь в сердечнике может быть достигнуто и применением соответствующих марок материала.
От выбранной марки зависит также величина необходимой намагничивающей силы (н. с.), т. е., в конечном итоге, тока холостого хода. Применение качественных материалов позволяет выполнить при заданной мощности трансформатор меньших габаритов и веса или с большим к. п. д. (в ряде случаев это приводит к увеличению стоимости трансформатора).
Длительное время для изготовления сердечников силовых трансформаторах малой мощности использовали исключительно трансформаторные стали горячей прокатки с различным содержанием кремния. Подобные стали широко применяют и сейчас. Это стали марок Э41, Э42, Э43, Э44 (по ГОСТ 802—58). Из них первые три предназначены преимущественно для частоты 50 Гц, а стальЭ44 — для частот 400 Гц и выше. Они выпускаются в листах с размерами сторон от 600 X 1500 мм до 1000 X 2000 мм.
В последние годы отечественная промышленность освоила выпуск холоднокатаных трансформаторных сталей марок «Э» (распространенное название ХВП). Эти стали обладают пониженными удельными потерями, высокой индукцией насыщения и относительно высокой магнитной проницаемостью в средних и сильных полях, т. е. при больших индукциях. Это особенно ценно для силовых трансформаторов. Получены холоднокатаные стали и с повышенной магнитной проницаемостью в слабых полях (для входных трансформаторов и ряда других случаев). Особенностью холоднокатаных сталей является наличие магнитной текстуры, т. е. преимущественность магнитных свойстз в определенном направлении, именно вдоль направления проката. Поэтому их применение полностью оправдывает себя лишь в тех случаях, когда конструкция сердечника обеспечивает совпадение направлений магнитного потока и магнитной текстуры вдоль всей длины магнитной линии. Это обстоятельство и вызвало, в частности, к жизни конструкции ленточных сердечников.
Холоднокатаные стали выпускают как в листах, так и в виде длинных рулонов или лент. Отечественные стали холодной прокатки получили по ГОСТ 802—58 наименования Э310, Э320, ЭЗЗО в толщинах 0,35—0,5 мм, Э340 — в толщине 0,2 мм. По проекту ГОСТ на ленточную холоднокатаную сталь последняя именуется как Э31, Э32, ЭЗЗ в толщинах 0,35—0,5 мм\ Э31 —Э34 — в толщине 0,2 мм\ Э34, Э35, Э36 — в толщинах 0,05—0,15 мм. Лента выпускается в стандартных ширинах: 5; 5,6; 6,3; 6,5; 7,1; 8; 9; 10; 11,2; 12; 12,5; 14; 15; 16; 18; 20; 22,4; 25; 28; 32; 35,5; 40; 45; 50; 56; 64; 71; 80; 90; 100 мм.
Разработана прецизионная холоднокатаная сталь ЗСТА, требующая усложненной технологии, но обладающая улучшенными свойствами. В зарубежной литературе холоднокатаную сталь часто называют гайперсил.
Внедрение холоднокатаной стали в области трансформаторах малой мощности идет быстрыми темпами. Поскольку стоимость холоднокатаной стали лишь немного превосходит стоимость горячекатаной, а при больших масштабах производства может стать даже ниже, условия для ее распространения весьма благоприятны.
Для трансформаторов повышенных частот, а также различных входных, выходных, импульсных находят применение в виде листов и лент специальные сплавы железа и никеля с различными присадками марок 50Н, 80НХС, 79НМ и др. Первый из них имеет наивысшую индукцию насыщения, второй и третий — минимальные удельные потери. Новый сплав ЗЗНКМС хорошо сочетает оба эти качества. Перспективен благодаря своей дешевизне и достаточно высоким магнитным свойствам на повышенных и ультразвуковых частотах, особенно в части магнитной проницаемости, сплав железа с алюминием — алфенол. Сочетанием высокой начальной и максимальной магнитных проницаемостей отличаются сплавы 74НМД (50Х 103/150X 103) и супермаллой (105/106).
Для импульсных трансформаторов могут использоваться также железоникелевые сплавы с высоким электросопротивлением 38НС, 42НС, 50НХС. Все перечисленные здесь и выше сплавы являются материалами нетекстурованными.
На высоких частотах используют магнитодиэлектрики и оксидные ферромагнетики, называемые обычно оксиферами или ферритами. Последние начинают применять также для импульсных трансформаторов.
Основные свойства отожженных магнитных материалов на переменном токе, необходимые при расчете различных трансформаторах малой мощности, приведены в табл. 2—5. Для полноты в таблицах указаны и отдельные характеристики на постоянном токе. Для выражения приведенных в таблице величин удельных н. с. Н _ через намагничивающую мощность Q (ва/кг) и наоборот можно пользоваться зависимостью

где Yc — удельный вес материала, г/см3.
Табл. 2—5 составлены по материалам: ГОСТ 802—58, проекту I ОСТ на ленточную сталь, техническим условиям на ленточную сталь, на железоникелевые сплавы, а также по результатам проведенных исследовательских работ и литературным данным.

Свойства трансформаторных сталей на частоте 50 Гц Таблица 2

Сталь			Свойства на постоянном токе		Свойства на переменном токе при 50 Гц
Вид	.Мар ка	Тол щина, мм	Индукция В, гс		Начальная магнитная проницаемость fx0, гс/э	Напряженность в действующих значениях Я~, а/см			Удельные потери рг вт/кг
			Напряженность Я=, а/см			В, гс			В, гс
			10 \| 25			10 000	15 000 \| 17 000		10 000	15 000	17 000
Горячекатаные (уд. вес 7с = 7,55)	Э41	0,5 0,35	13 000	14 600	350—400	1,7	11	—	1,55 1,35	3,5 3,0	—
	Э42	0,5 0,35	12 900	14 500	350—400	1,7	11	—	1,4 1,2	3,1 2,8	—
	Э43	0,5 0,35	12 900	14 400	350—400	1,7	11	—	1,25 1,05	2,9 2,5	—
	Э43а	0,5 0.35	12 900	14 400	350—400	1,7	11		1,15 0,9	2,7 2,2
Холоднокатаные (уд. вес 7с=7,65)	Э310, Э31	0,5 0,35 0,2	16 000 16 000 14 500	17 500 17 500 17 000	500	0,7	2,5	6	1,1 0,8	2,45 1,75 1,5	2,5 2.2
Холоднокатаные (уд. вес 7с=7,65)	Э330, ЭЗЗ	0,5 0,35 0,2	17 000 17 000 16 500	18 500 18 500 18 200	600—700	0,5	1,8	4	0,8 0,6	1,75 1,3 1,2	2,5 1,9 : 1,8
Лучшие партии горячекатаной стали	—	0,35	—	—	—	1	7	—	0,95	2,2	—
Лучшие партии холоднокатаной стали	—	0,35	—	—	1500	0,3	0,6	2,5	0,45	1,0	—

Таблица 3

Сталь			Свойства на постоянном токе		Свойства на переменном токе при 400 Гц
Вид	Мар ка	Тол щина, мм	Индукция В, гс		Напряженность в действующих значениях а/см				Удельные потери pt , вт]кг
Вид	Мар ка	Тол щина, мм	Напряженность // = , а/см		В, гс				В, гс
			10	25	7 500	\| 10 000	15 000	17 000	7 500	10 000	15 000
Горячеката ная	Э44	0,35 0,2 0,1	13 000 12900 12 800	14 000 14 200 14 000	2,8	5	18	—	10,7 7,2 6	19 12.5 10.5	30
	934	0,2 0,15 0,1 0,08 0,05	16 000 14 500 14 500 14 500 14 500	17 000 17 000 17 000 17 000 17 000	—	0,7	2,8	6,5	—	11 10 10 10 10	23 23 22 22 21
Холодно катаные рулонные	ЭЗБ	0,15 0,1 0,08 0,05	15 500	17 500 1	—	0,6	2,6	6	—	9 8.5 8.5 8.5	20 19 19 19
	Э36	0,15 0,1 0,08 0,05	16 500	18 200	—	0,5	2,5	5	—	8 7.5 7.5 7.5	19 17 17 16
Лучшие партии холоднокатаной стали	—	0,1	—	—	—	0,35	0,7	2,8	—	6	14
Примечание. Сталь ЗСТА имеет потери на 15—20% меньшие, чем сталь ЭЗб.

Свойства трансформаторных сталей на частоте 400 Гц

Материал				Общие свойстваСвойства на переменном
Вид	Удельный вес, г/см3	Марка	Толщина, мм	Индукция насы- щения Bs , гс	Коэрцитивная ста Нс , э	400
						Но» гс/э	^тах* гс/э	Удельные потери, вт/кг
								В, гс
								3000	5000	10 000
Сталь горячекатаная	7,55	Э44	0,05 од	-19 000	-1,2 ~1	300 350	—	2,7 1.2	7 3	25 10,5
Сталь холоднокатаная	7,65	Э35	0,2 0,15 0,08 0,05 0,02	~21 000	0,25 0,33 0,35 0,40 0,5	900 800 600 500 450	7 000 6 800 6 500 6 200 5 100	1.0 0,9 0,8 0,8 1,2	2.4 2,3 2,1 2,1 2,6	9 8.5 10
Сплавы с никелем	8,2	50 Н	0,15 0,05	15 000	0,20 0,25	3 500 2 500	11 000 14 000	0,6 0,5	1.5 1.3	5,5 5
Сплавы с никелем	8,5	80НХС, 79НМ	0,10 0,05 0,02	7000- -7500	0,04 0,05 0,06	20 000 20 000 12 500	60 000 52 000 43 000	0,2 0,15 0,2	0,5 0,45 0,55	—
Сплав алфенол	—	10-16	0,2	7000	0,05	3000	30 000	—	—	—
Оксидный ферромагнетик	4,6	Феррит-400	—	2300	0,8	—	—	—	—	—

Примечания.шах»
гс/э

Удельные потери, вт/кг
В, гс

max
гс/э

3000

5000

10 000

3000

5000

10 000

300
350

—

9
4,3

26
11

102
38

300
350

—

22
17

65
41

250
145

700
600
500
450
400

5 000 4 800

600
200 5 000

3,8 3

2.6
3,5

11
9.5
7.5
6.5
8,0

43
38

450
420
380

200
500 4 600

20
15
12
10
11

50
37
30
24
25

200
150
120
95
96

3 100

6 000

2,1

2 500

3 500

8,5

2 400

12 000

1,6

2 300

7 000

4,7

15 000″ 18 500 12 300

000
000 39 000

0,7
0,6
0,5

2
1,6
1,3

—

8 000 16 000 12 000

10 000 20 000 30 000

3,5
2
1,3

9,5
6
4

—

Материал				Общие свойства		Свойства на
Нид	Удельный вес, г/см3	Марка	Толщина, мм	Индукция насыщения Bs, гс	Коэрцитивная сила Нс,э \
Нид	Удельный вес, г/см3	Марка	Толщина, мм	Индукция насыщения Bs, гс	Коэрцитивная сила Нс,э \	\h> гс/э	^шах» гс/э
Сталь Горячекатаная	7,55	Э44	0,05 0,1	-19 000	-1,2 -1	300 350	—
Сталь холоднокатаная	7,65	Э35	0,2 0,15 0,08 0,05 0,02	-21 000	0,25 0,33 0,35 0,40 0,5	400 400 360	1 200 2 500 2900
Сплавы с никелем	8,2	50 Н	0,15 0,05	15 000	0,20 0,25	1 000 2 000	1 100 4 000
Сплавы с никелем	8,5	80НХС, 79НМ	0,10 0,05 0,02	7000 -7500	0,04 0,05 0,06	3 000 8 000 10 500	3 000 8 000 19 000
Сплав алфенол	—	10-16	0,2	7000	0,05	—	—
Оксидный ферромагнетик	4,6	Феррит-400	—	2300	0,8	—	—

переменном токе при частотах, Гц
	10 000			50 000
Удельные потери, вт/к					Удельные потери, вт/кг
В, гс				гс/э	В, гс
1000	3000	5000	10 000		1000	3000	5000
12	92	230		250	240	2200	_
16	126	300	1000	220	—
20	200	530	2100
16	160	370	1500	—	—	—	—
И	110	250	1000	—		—	—
8	75	190	750	—	90	1000	2400
7	70	170	700		60	650	1600
11	92	220	860	500		_	_
4	42	85	300	1200	55	350	750
3,3	22	100		1000
1,6	15	42	—	2500	16	160	600
1	9	30		7000	3,3	90	270
—	—	—	—	—	—	1	—
—	—	—	—	400	130	—	—

Таблица 5

Свойства магнитодиэлектриков и ферритов

Примечание. Пограничная частота — частота, выше которой начинается падение магнитной проницаемости. Ниже этой частоты практически постоянны.

Для наглядности кривые намагничивания различных материалов на переменном токе и кривые их удельных потерь при различных частотах приведены на рис. 43 и 44.

Рис. 43. Кривые намагничивания трансформаторных сталей на переменном токе при различных частотах.
Свойства текстурованных материалов определены в направлении проката. На рис. 45 для сравнения даны значения в направлении, перпендикулярном к текстуре, для отечественной стали ХВП, Увеличение потерь составляет примерно 50%. По американским данным, рост в этом направлении больше в несколько раз, а рост потерь — в три раза. В последние годы создана новая прецизионная сталь кубической текстуры, у которой свойства вдоль и поперек отличаются весьма мало.
Поскольку трансформаторах малой мощности приходится выполнять в настоящее время на самые различные частоты, необходимо располагать характеристиками материалов в широком диапазоне частот.
При этом основной интерес представляют удельные потери. Во многих случаях необходимо также знание начальной магнитной проницаемости. Зависимости этих величин от частоты в широком диапазоне ее изменений приведены для различных материалов на рис. 46 и 47. Кривые удельных потерь приведены при некоторых фиксированных индукциях Вп. При необходимости пересчета величины потерь на другие значения индукций В можно с достаточной для практики точностью для большинства материалов и частот пользоваться квадратичной зависимостью потерь от индукции

где pi—искомые удельные потери при индукции В; рп—удельные потери при индукции Вп.
Гораздо сложнее найти зависимость между удельными потерями и частотой. Поскольку с ростом частоты усиливается влияние вихревых токов, то чем толще материал и выше рассматриваемый диапазон частот, тем сильнее с ростом частоты растут потери в материале. Зависимости эти, кроме того, различны для различных материалов, Например, для стали ХВП удельный
вес потерь на вихревые токи значительно выше, чем для горячекатаных сталей,— 80% против 60% (при частоте 50 Гц и толщине 0,35 мм).

Рис. 44. Удельные потери различных, магнитных материалов при различных частотах.
——— — холоднокатаные стали и сплавы;
—————————- — горячекатаные стали
В общем случае можно записать

(3)
Примерные значения частотного коэффициента потерь даны в табл. 6.

Ориентировочные значения частотного коэффициента потерь х

Диапазон частот, Гц	х для материалов
	Э35 (ХВП) \|					\| 50Н \|		I 80НХС
	при толщине, мм
	0,2 \|	0,15 \|	0,08 \|	0,05	0,02	0,15 \|	0,05	0,1	0,02
400—1500	1,7	1.6	1,55	1,2	1,2	1,4	1,15	1,75	1,2
1500—5000	1.7	1,6	1,55	1,4	1,3	1,5	1,2	1,75	1,3
Свыше 5000	1,7	1,6	1,6	1,6	1,4	1,6	1,4	1,75	1,4

Для приближенных расчетов при применении холоднокатаной стали можно принимать х = 1,5, т. е.

Рис. 45. Кривые намагничивания холоднокатаной стали ЭЗЗО 0,35 мм на переменном токе. Частота 50 Гц.
1 — поперек проката; 2 — вдоль проката.
(4)

Рис. 46. Зависимость начальной магнитной проницаемости различных магнитных материалов от частоты
Однако достоверные результаты можно получить только определением потерь на данной частоте. По величине потерь для каждой частоты существует оптимальная толщина материала. Применение более тонкого материала может не дать снижения потерь, но привести даже к их росту. Происходит это потому, что с уменьшением толщины наряду со снижением потерь на вихревые токи растут потери на гистерезис. Суммарные потери достигают минимума при некоторой определенной толщине. На рис. 48 приведена зависимость потерь от толщины при постоянных индукциях для холоднокатаной ленточной стали Э35 и сплава 50Н.
Проведенные исследования позволили определить оптимальные толщины материалов для различных частот. Выбирая

Рис. 47. Зависимость удельных потерь различных магнитных материалов от частоты.
—- холоднокатаная сталь Э35 (ХВП),
—— железоникелевые сплавы.

Рис. 48. Зависимость удельных потерь магнитных материалов от толщины при различных частотах: а — сплав 50Н; б—сталь Э35 (ХВП)

Рекомендуемые толщины магнитных материалов для различных частот

Материал	Рекомендуемые для применения толщины, мм
	Частота, Гц				Импульсные трансформаторы при длительностях импульса,* мкеек
	50	400—500	1 1000—2500	2500—100000
	50	400—500	1 1000—2500	2500—100000	>1	0,5—1	0,25—0,5	<0,25
Э41— Э13	0,35—0,5	—	—	—	—	—	—	—
Э44	—	0,1—0,2	0,1	0,1	0,1	—	—	—
Э34—ЭЗб (ХВП)	0,2—0,5	0,15—0,2	0,05-0,1	0,02—0,05	0,05—0,1	0,04—0,08	0,02—0,08	0,01—0 03
БОН; ЗСТА	0,35;0,5	0,1	0,05—0,1	0,05
80НХС; 79НМ; ззнкмс	0,35; 0,5	0,1	0,05	0,02—0,05
БОН ХС; 79HMA; 38НС	—	—	—	—

Данные ориентировочные.

толщину материала, следует учитывать также, насколько важно иметь минимальные потери в сердечнике. Например, для трансформаторов малой мощности на частоту 50 Гц потери в сердечнике начинают играть существенную роль только при больших мощностях — свыше 300— 1000 ва. В то же время сердечник из тонкого материала дороже. С учетом сказанного, ориентируясь на освоенную отечественной промышленностью номенклатуру, приводим в табл. 7 оптимальные толщины различных материалов для использования на различных частотах. Первой в каждой графе поставлена толщина, предпочтительная для трансформаторов больших, второй—для трансформаторов меньших мощностей. Прочерки в графах означают нежелательность применения данного материала на соответствующих частотах.
Заметим, что на практике для трансформаторов малой мощности на частоту 400—500 Гц широкое распространение получила холоднокатаная сталь толщиной 0,08 мм. Как видно из приведенных по результатам исследований характеристик и из табл. 7, это ничем не оправдано.
Без всякого ущерба для качества можно перейти к гораздо более дешевым и технологичным сталям толщиной 0,15—0,2 мм. Такой переход и осуществляется в настоящее время.
Дополнительно к данным табл. 7 напомним, что для трансформаторов высокой частоты наиболее рационально применение магнитодиэлектриков и особенно ферритов. Применение первых выгодно в тех случаях, когда при невысокой величине магнитной проницаемости требуется ее независимость от величины индукции.
Важно подчеркнуть, что при частотах вплоть до 100 кГц удельные потери ферритов выше, чем у лучших никелевых сплавов при малой толщине, и лишь при частотах 200—300 кГц и более потери у ферритов становятся меньшими.

Трансформатор сердечники — Справочник химика 21

Магнитопровод трансформатора стержневого типа. Первичная и вторичная обмотки расположены на одном стержне, но изолированы между собой бакелитовым цилиндром. Трансформатор (сердечник) крепится четырьмя болтами на железной крышке масляного бака. В крышку бака вмазаны два высоковольтных проходных фарфоровых изолятора. Внутри изоляторов проходят сквозные шпильки, через которые выводится ток высокого напряжения от концов вторичной с мотки. [c.174]
Запоминающее устройство (ЗУ) машины состоит из трех независимых частей, отличающихся принципом действия и объемом запоминающее устройство для хранения чисел, выполненное на ферритовых сердечниках, запоминающее устройство для размещения команд, построенное по принципу импульсных трансформаторов с воздушными зазорами, в которые вставляются штеккеры команд и адресов, и запоминающее устройство на ферритовых сердечниках для хранения микропрограмм. [c.424]

Воспламенение сгораемых изолирующих оболочек проводов может также произойти п( и перегреве металлических масс в сердечниках трансформаторов, якорях динамомашин под действием индуктивных токов Фуко. [c.207]

ВЧ-сердечника которого погружена в исследуемый раствор. При этом раствор попадает в зазор магнитопровода и воздействует на величину импеданса БЧ-трансформатора-сердечника. Таким образом, по изменению импеданса можно судить об электропроводности раствора. Работа с прибором состоит в том, что, регулируя величину напряжения в сеточной катушке, устанавливают нуль-прибор всякий раз в положение условного нуля. Аналогичный прибор описан в [112]. [c.111]

И Кондратов [120] применили микроскоп. Стивенс и Айви [92] следили за удлинением с помощью дифференциального трансформатора, сердечник которого связан с растягиваемым образцом. [c.54]

С целью повышения уровня изоляции и улучшения охлаждения силовых трансформаторов сердечники помещают в бак с трансформаторным маслом. Для заполнения бака маслом до самой крышки при всех возможных в процессе эксплуатации колебаниях температуры и объема масла над крышкой устанавливают расширитель — стальной бачок, сообщающийся с основным баком трубопроводом. Объем расширителя обычно составляет 8—10% объема масла, находящегося в баке. На крышке бака устанавливают вводы и выводы для присоединения обмоток трансформатора к внешней сети, а также различные устройства для контроля за состоянием масла и для защиты трансформатора от аварийных и атмосферных электрических разрядов. [c.245]

Магнитные материалы с малой коэрцитивной силой и с большой магнитной проницаемостью называют магнитномягкими, а с большой коэрцитивной силой и меньшей проницаемостью — магнитнотвердыми. В первых потери на гистерезис малы, поэтому их используют в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов и в измерительных приборах, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. При этом старакяся увеличить электросопротивление для понижения потерь на вихревые токи (маг-нитопроводы собирают из пластин с прослойками изоляторов). К магнитномягким материалам относится железо типа Армко , но оно обладает низким сопротивлением Qmkom см). Этот недостаток частично устраняется введением в железо кремния (до 4%). У такого электротехнического железа сопротивление до 60 л л олточка Кюри 690 С. Оно широко применяется в электромашиностроении и в трансформаторах. [c.350]

Трансформатор, Сердечник кольцевой (из свернутой ленты пермаллоя). Диаметр наружный 102 мм, диаметр внутренний 68 мм, ширина ленты 21 мм. [c.19]

Трансформаторное, применяемое для изоляции и охлаждения обмотки и сердечника трансформаторов электрического тока [c.229]

Ферромагнетики широко используются в самых различных отраслях народного хозяйства, например в электротехнике (изготовление сердечников трансформаторов и электродвигателей, а также постоянных магнитов). Существенное значение приобрело применение этих материалов в вычислительной технике, где их домены выступают в роли элементов памяти. [c.303]

Вместо стаканчика можно взять и-образную трубочку (электролизер), металлические электроды изготовить, из проволочки соответствующих металлов, а графитовые электроды — из сердечника простого карандаша. Электроды вставляются в каучуковые пробки, которые плотно закрывают отверстия электролизера. Пробки должны иметь выходы для образующихся газов. Электроды соединяются с источником постоянного тока или через трансформатор и выпрямитель с электросетью. [c.171]

Стекла обладают очень высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой и рядом ценных магнитных свойств, что привело к применению их в качестве сердечников в индуктивных составляющих электронных схем, силовых трансформаторов, записывающих магнитных головок и др. [c.378]

Разработано несколько схем для неразрушающего измерения этого незатухающего тока. Если самоиндукция L части схемы, по которой протекает ток /, модулируется, то возникает э. д. с. й (Ы)1(11, которая может быть отведена из схемы с помощью трансформатора. Такая модуляция может быть достигнута путем помещения вблизи от контура заземленной сверхпроводящей пластины, смонтированной на вибрирующем кристалле пьезокристалла, либо путем попеременного перевода сверхпроводящего сердечника в малой катушке в сверхпроводящее состояние и обратно. [c.527]

Нагревательным элементом печи служит так называемый сердечник — центральная часть загрузки, по которой проходит ток, выделяя тепло. Напряжение на сердечник подается при помощи двух заделанных в противоположные стенки печи электродов, что позволяет регулировать ход печи только изменением напряжения на питающем печь трансформаторе. Естественно также, что печи эти однофазные. [c.174]

Во всех системах катодной защиты, в которых сопротивление в цепи тока и требуемый защитный ток остаются постоянными, применяют защитные установки с настраиваемым напряжением на выходе. При малых мощностях и токах настройка делается при помощи отводов и Клемм на вторичной обмотке трансформатора. Однако при более высоких мощностях и для простоты настройки целесообразно применить разделительный трансформатор с фиксированным вторичным напряжением для максимального напряжения защитного тока на выходе из установки, а на первичной обмотке включить перед ним регулировочный трансформатор, работающий как автотрансформатор для. экономии энергии. Этот регулировочный трансформатор может иметь кольцевой сердечник или быть стержневым для бесступенчатой настройки, или же иметь отводы для подсоединения к переключателю ступеней. Рекомендуется эпизодически приводить в действие контактные дорожки регулировочных трансформаторов и переключателей для поддержания их чистоты, а во время ревизий тщательно очищать их от загрязнений. [c.221]

Из трансформаторов с шихтованным сердечником самым технологичным является БТ. При использовании ленточных сердечников это преимущество БТ перед СТ сохраняется только при малой мощности. Средние и большие СТ становятся дешевле из-за экономии в стоимости материалов. [c.116]

Наиболее, высокие характеристики у железо-никелевых сплавов (пермаллоев), у которых fxmax достигает 100 ООО а = 0,05 э, а добавкой до 3,8% молибдена и при 78,5% никеля характеристики еще выше. Пермаллои применяются Для изготовления сердечников трансформаторов, реле, катушек индуктивности, магнитных экранов и т, д. Магнитная проницаемость пермаллоев сильно снижается в поле высокой частоты. У сплава, содержащего по 49% Fe и Со с 2% V (пермендюр), очень высокая остаточная намагниченность В (до 24 500 гс, вместо 10 000 у пермаллоя) и повышенная точка Кюри (980° С вместо 580 у пермал лоя). Это позволяет считать пермендюр одним из лучших-.>материалов для изго товления деталей магнитопроводов в магнитных системах большой мощности [c.350]

После этого приступают к выбору или расчету сердечника трансформатора. Выбор сердечника производят по литературным данным [60], где для целого ряда мощностей даны рекомендуемые типоразмеры магнитопроводов. [c.116]

Ферриты тверды и хрупки. Их можно только шлифовать и полировать, а обработка резанием не удается. Коэрцитивная сила у них изменяется от 0,15 до 4 э, точка Кюри до 400—500°С, индукция насыщения 2000—4000 гс. У марганцово-цинковых ферритов гистере-зистые петли узкие небольшая). Никель-цинковые ферриты в зависимости от состава и способа получения имеют различную начальную магнитную проницаемость и более широкую гистерезисную петлю, Магний-марганцевые ферриты имеют почти квадратную гистеризионную петлю, что важно для изготовления запоминающих устройств в счетнорешающих машинах. Ферриты используются для изготовления контур-пых катушек, сердечников импульсных трансформаторов, трансформаторов развертки телевизионных приемников, магнитных экранов, резонаторов, накопителей в вычислительных машинах и для других целей. [c.352]

Мостовая схема состоит из термисторов, включенных в ее плечи, постоянных сопротивлений и Р7, балансного сопротивления Р5, которое одновременно является частью плеч мостовой схемы. Сигнал, появляющийся при разбалансе схемы, с диагонали моста подается на делитель напряжения (сопротивления Я8, Н9, РЮ) через переключатель П1. Из-за индуктивного характера нагрузки (первичная обмотка трансформатора Г) делитель обеспечивает выбранную кратность деления напряжения сигнала только при определенной частоте. При изменении частоты переключателем П1 кратность деления напряжения нарушается. С делителя напряжения сигнал поступает на повышающий разделительный трансформатор Т с тороидальным сердечником, коэффициент трансформации которого около 6. [c.300]

Годдард и сотрудники предложили заменить два сопротивления, составляющие плечи обычного моста, на две секции обомотки трансформатора, сердечник которого заземляется. При этом устраняются дефекты ранее предложенных схем заземления [216]. [c.36]

Магнитные материалы с малой коэрцитивной силой Нг и с больп ой магнитной проницаемостью называют магннтномягкими, а с большой коэрцитивной силой и меиьн]ей проницаемостью — магиитнотвердымп. В первых потери на гистерезис малы, поэтому их используют в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов и в измерительных приборах, когда необходимо при [c.435]

Данные трансформатора сердечник Ш20Х20 первичная обмотка 5 = 300 витков, ПЭВ-200,3 вторичные обмотки Л = 400-f 300 витков, ПЭВ-200,3. [c.88]

К черным металлам относят и магнитные материалы, применяемые для изготовления сердечников трансформаторов, электрических машин, измерительной аппаратзфы и т.п. Особую группу веществ, близких к ним по свойствам, составляют ферриты — соединения оксида железа (Ш) с оксидами дрз их металлов, широко используемые в приборостроении. [c.47]

Циркулярное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник (стержень), помещенный в отверстие детали. При циркулярном намагничивании направление магнитного потока перпендикулярно направлению тока, поэтому оптюиально обнаруживаются дефекты, направление которых совпадает с направлением тока. Одной из разновидностей циркулярного намагничивания является намагничивание путем индуцирования тока в контролируемой детали. Устройства для такого намагничивания представляют собой трансформатор, вторичной обмоткой которого (или частью сердечника) служит контролируемая деталь. На рисунке 3.4.1 представлено устройство намагничивающее УНМ-300/2000, предназначенное для намагничивания изделий постоянным током величиной до 300 А и импульсным током величиной до 2000 А (разработчик МНПО «Спектр»). [c.159]

Мойет й другИх йзделйй из губчатой платины путём прессований ее с последующим спеканием п горячей ковкой. В настоящее время метод порошковой металлургии получил широкое применение в машиностроении и приборостроении для изготовления разнообразных изделий самосмазывающихся подшипников, фрикционных накладок, различного типа магнитных материалов и приборов (телефонная аппаратура, радиодетали, сердечники трансформаторов и др.), электрощеток, пористых фильтров и других изделий. [c.320]

Диаметр сердечников трансформаторов и их от1юсительное расположение зависят от величины электропроводности исследуемого раствора. Для хорошо проводящих растворов диаметр центральной колонки раствора необходимо делать меньше, а высоту больше, для плохо проводящих — наоборот. [c.130]

Измерения проводят при помощи моста для измерения импеданса (см. рис. 80). Источником переменного тока различных частот от 50 до 100 000 Гц служит генератор 7 нуль-инструментом — катодный осциллограф 5 с чувствительностью 3 мВ/см. Емкостная и омическая составляющие компенсируются отдельно при помощи прецизионных магазинов емкостей С с пределом измерений от 0,001 до 15 мкФ и магазина сопротивлений с постоянной индуктивностью и с пределом измерений от 0,01 до 10000 Ом. Индуктивность магазина, равная 10- 2Г, компенсируется катущкой из медного провода, включенной последовательно с измерительной ячейкой 4. Два постоянных плеча моста состоят из прецизионных конденсаторов на 1 мкФ каждый. Для увеличения точности измерений 50-периодную частоту отфильтровывают трансформатором (без сердечника с параллельным включением групп витков). [c.191]

В дуговой печи короткое замыкание электродов на металл — нормальное эксплуатационное, ей присущее, явление, и необходимо обезопасить его последствия. С этой целью стремятся ограничить величины толчков тока при коротком замыкании, для чего на малых печах, у которых собственная индуктивность короткой сети и трансформатора недостаточна, в цепь установки со стороны высшего напряжения включают дроссель (реа1Ктор) с сердечником. Само замыкание стремятся возможно быстрее ликвиди-ро1Бать, оснащая установку быстродействующим автоматическим регулятором мощности. [c.80]

Наконец, эффективным способом выравнивания мощностей фаз является пофазное регулирование напряжений на печи —снижение питающего напряжения на дикой фазе и увеличение его на мертвой . При этом можно получить одинаковые полезные мощности фаз, однако для этого печной трансформатор должен позволять регулировать напряжение каждой фазы самостоятельно, т. о. иметь четырехкерновый сердечник, или надо использовать три однофазных трансформатора. При таком по-фазном регулировании напряжения следует иметь в виду, что нагрузка фаз сети будет неравномерной. То же будет иметь место и при выравнивании полезных мощностей печи путем установки неодинаковых токов в ее фазах в соответствии с табл. 4-1. [c.115]

В торцевые стенки заделаны угольные электроды 4 сечением 700X700 мм и длиной 2 м, выступающие внутрь и наружу стены. Внутренняя часть электрода скошена под углом 65° для увеличения поверхности контакта электрода с сердечником 6. На наружную часть электрода надеты водоохлаждаемые чугунные или бронзовые плиты, передающие ток на электрод. К плитам на болтах прикреплены шины, подводящие ток от трансформатора к лечи. [c.175]

Потребитель должен учитывать неравномерный характер распределения ингибитора в бумаге, особенно там, где металл контактирует с обеими поверхностями бумаги (пазы, щели, зазоры). Известны случаи, когда антикоррозионная бумага УНИ 22-80 была использована для защиты от атмосферной коррозии торцов сердечников трансформаторов путем закладки одного слоя бумаги в зазор. При этом оказалось, что поверхность сердечника, контактирующего с наружной стороной бумаги, прокорроднровала, а с внутренней — нет. [c.112]

Сравнительные показатели эффективности позволяют, используя приемы оптимизации, производить сравнение разных типов сердечников трансформаторов при различных условиях работы. Привёдем некоторые наиболее характерные сравнительные данные [60]. [c.115]

При условии одинаковых изменений выходного напряжения трансформаторов под нагрузкой 6/=соп51 и нормальной частоты трансформатор с броневым сердечником (БТ) обладает наименьшим объемом. Наименьшую массу имеют трансформаторы с тороидальным сердечником (ТТ), со стержневым же сердечником магнитопровода (СТ), особенно однофазные, проигрывают БТ. [c.115]

Ферросилиций, имеющий приблизительный состав FeSi, применяют при производстве кислотоупорных сплавов, например дюрайрона, в состав которых входит около 15% кремния. Дюрайрон применяют в химических лабораториях и на химических заводах. Сталелитейная промышленность производит мягкую сталь, содержащую небольшой процент кремния такую сталь благодаря высокой магнитной проницаемости применяют при производстве сердечников электрических трансформаторов. [c.529]

В железнодороншых цистернах нет необходимости определять промежуточные уровни (достаточно фиксировать их предельные значения), поэтому выходной сигнал имеет релейную характеристику. Чувствительным элементом прибора является нонлавок, изготовленный из пенопласта и покрытый эпоксидной смолой, стойкой к углеводородным сжиженным газам. Поплавок 2 (см. рис. И-14) размещен в нижней камере корпуса 1 дифманометра и с помощью стержня 3 связан с сердечником 7, находящимся в разделительной трубке 8, на которую насажена катушка 4 дифференциального трансформатора. [c.56]

ЦНИИТМАШем, как указывалось выше, созданы два электромагнитных ферритометра. Действие ферритометра ФВД-2 (рис. 99) основано на локальном измерении относительной величины магнитной проницаемости металла. Локальность определений обеспечивается выносным датчиком с контактной поверхностью 1 мм . Датчик выполнен в виде трансформатора со стержневым конусным сердечником. Второй идентичный трасформатор служит для компенсации схемы. Первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно, а вторичные — навстречу друг другу так, что ЭДС, возникающая в обмотках, взаимно уравновешивается. [c.146]

Анализ теплового поведения высокочастотных трансформаторов с использованием метода конечных элементов

Журнал электромагнитного анализа и приложений
Vol. 2 No. 11 (2010), ID статьи: 3296, 6 стр. DOI: 10.4236 / jemaa.2010.211082

Анализ теплового поведения высокочастотных трансформаторов с использованием метода конечных элементов

Хоссейн Бабайе, Хасан Фешки Фарахани

Филиал Аштиан, Исламский университет Азад, Тегеран, Иран.

Электронная почта: {hbabaei2002, hfeshki} @yahoo.com

Поступила 15 августа ^-е, 2010; доработана 17 сентября ^-е, 2010 г .; принято 20 сентября ^-е, 2010.

Ключевые слова: Высокочастотные трансформаторы, тепловые характеристики, ферритовый сердечник и анализ методом конечных элементов

РЕЗЮМЕ

Высокочастотный трансформатор используется во многих приложениях, включая импульсные источники питания (SMPS) , мощность импульса высокого напряжения и т. д.Учитывая, что сердечником этих трансформаторов часто является ферритовый сердечник; их функции частично зависят от этой основной характеристики. Одной из характеристик ферритового сердечника является тепловое поведение, на которое следует обратить внимание, поскольку оно влияет на работу трансформатора и вызывает тепловыделение. В этой статье в программе ANSYS разработан и смоделирован типичный высокочастотный трансформатор с ферритовым сердечником. Повышение температуры из-за тока в обмотке (джоулева тепла) рассматривается как источник тепловыделения для анализа теплового поведения трансформатора.В этом моделировании изучаются повышение температуры и распределение тепла, а также влияние таких параметров, как плотность потока, величина потерь в обмотке, использование вентилятора для охлаждения обмотки и сердечника, а также теплопроводность.

1. Введение

Конструкция магнитных компонентов играет ключевую роль в достижении высокой эффективности, небольшого объема и разумной цены силового электронного оборудования. С появлением более высоких частот коммутации и плотностей мощности в силовых электронных схемах важно гарантировать, что магнитные компоненты, такие как трансформаторы и катушки индуктивности, работают в пределах, определенных тепловыми характеристиками схемы.Повышение температуры зависит от потерь мощности согласно законам теории теплопередачи. Чтобы получить точное значение максимальной температуры устройства в процессе проектирования, необходимо применить точную тепловую модель. Необходим компромисс между точностью теплового распределения (учитываются направления теплопередачи, постоянные тепловые свойства, обратная связь с магнитной моделью, стационарные модели и т. Д.) И сложностью получаемой тепловой модели.

Потери в магнитных компонентах являются важными конструктивными параметрами. Во многих высокочастотных конструкциях магниты ограничены своими потерями. Таким образом, для разработчика чрезвычайно важно иметь хорошую практическую модель для оценки потерь при различных возбуждениях, которые часто встречаются при проектировании силовой электроники. Есть два основных компонента потерь [1-9] в магнитном компоненте: потери в сердечнике (т.е. потери в магнитном материале, который используется в качестве сердечника) и потери в обмотке.Потери в высокочастотных проводниках для приложений силовой электроники рассматривались рядом авторов [8,9]. Существуют модели, предоставленные разными производителями [10-12], которые синтезируются в простом выражении для расчета превышения температуры. Они обеспечивают среднюю температуру на внешней поверхности устройства.

Большинство тепловых моделей для магнитных компонентов являются аналитическими и предполагают одномерный перенос тепла [13-15]. Эти модели основаны на тепловых сетях и обычно учитывают только установившееся состояние, постоянные тепловые свойства, концентрированные и однородные потери мощности и отсутствие тепловой обратной связи с электрическими свойствами.Однако в большинстве случаев тепловое распределение является 2D / 3D, даже если магнитное поле имеет одномерное распределение.

Тепловым расчетом обычно несколько пренебрегают, поскольку часто неясно, какую теорию и коэффициенты следует использовать, а эксперименты отнимают много времени. В этой статье при разработке типового высокочастотного трансформатора с ферритовым сердечником исследуется его тепловое поведение. Многие параметры, такие как плотность потока, величина потерь в обмотке, использование вентилятора для охлаждения обмотки и сердечника, а также теплопроводность, влияют на температуру феррита, которая моделируется с помощью программного обеспечения ANSYS.

2. Расчет тепловыделения, вызванного обмоткой, и исследование его эффективных параметров

Источники тепловыделения — это обмотки трансформатора, которые выделяют тепло, пропуская ток, и это тепло передается другим частям. Для обмотки с сопротивлением R _j, потери мощности могут быть записаны как:

(1)

Сопротивление обмотки j ^th выглядит следующим образом:

(2)

Где:

(3 )

(4)

В уравнении (3) MLT — это средняя длина на оборот (см).Рассматривая уравнение (2) — уравнение (4), потери мощности обмотки j ^— будут следующими:

(5)

И общая рассеиваемая мощность является суммой потерь мощности для каждой обмотки:

(6)

Потери в обмотке оптимальны при условии, что [16]:

(7)

В соответствии с уравнением (7) можно определить, что потери мощности или выделяемое тепло зависят от таких параметров, как ρ ( эффективное сопротивление провода), K _и (коэффициент заполнения обмотки), витки, ток обмотки и MLT (средняя длина на виток).Итак, это эффективные параметры по генерации источника тепла. В трансформаторе, если первичное напряжение такое же, как на рисунке 1, будут записаны следующие уравнения:

(8)

(9)

Подставив уравнение (9) в уравнение (7), результат можно записать как:

(10)

где:

(11)

Уравнение (10) состоит из трех частей, в которых часть A — электрические характеристики, а B и C — характеристики сердечника и магнитные характеристики соответственно.

Потери в сердечнике рассчитываются по следующему уравнению:

(12)

K _fe — коэффициент потерь в сердечнике, который различается для разных частот. A _c — это площадь поперечного сечения сердечника, а l _м — длина магнитного пути. Типичное значение β для ферритового сердечника составляет 2,6 fe, которое резко увеличивается за счет увеличения частоты. Кроме того, K _fe зависит от внутренней температуры, а B _max.Зависимость K _fe от частоты, B _max и температуры может быть получена из характеристик сердечника. При выборе сердечника в сочетании с различными сплавами всегда находился компромисс между плотностью насыщенного магнитного потока и потерями в сердечнике. Использование материалов с высоким содержанием B _sat приводит к уменьшению объема, размера и цены. Но эти материалы вызывают большие потери в сердечнике.

3. Характеристики трансформатора для полномостового преобразователя

Для изучения повышения температуры ферритового сердечника и его эффективных параметров был выбран образец трансформатора для полномостового преобразователя с двумя вторичными обмотками и одной первичной обмоткой, который можно увидеть на Рисунке 2. [16].

Рисунок 2. Трансформатор для полного мостового преобразователя с двумя выходами и одним входом.

Таблица 1. Параметры рассчитанного трансформатора для полного мостового преобразователя

Полученные параметры для этого трансформатора приведены в таблице 1. Рассчитанные потери в сердечнике и обмотке трансформатора равны 230 мВт и 3,89 Вт соответственно. Эти потери можно использовать как источник тепла при моделировании трансформатора в ANSYS.

4. Моделирование трансформатора в ANSYS

В этой части в программе ANSYS моделируется трансформатор с двумя вторичными обмотками, который показан на рисунке 3. Расстояние между каждой обмоткой составляет 0,5 мм. длина первичной обмотки составляет 20 мм, а ширина — 2 мм, причем это поперечное сечение включает 22 витка первичной обмотки. Эта площадь вторичной обмотки составляет 20 мм ² (1 мм × 20 мм), что соответствует одному витку. Кроме того, вторая вторичная обмотка имеет длину 20 мм и ширину 0,5 мм и состоит из трех витков.

Электрические и тепловые характеристики для различных частей трансформатора перечислены в таблице 2.

5. Результаты моделирования

В этом моделировании предполагается, что передача тепла между обмоткой и сердечником трансформатора была естественной (естественная конвекция). Так, коэффициент пленки изменяется от 10 Вт / м ² ∙ ºC до 25 Вт / м ² ∙ ºC при естественной конвекции. Коэффициент пленки считается равным 10 Вт / м ² ∙ ºC.Полное сечение по площади составляет 70 мм ², а рассеиваемая мощность в этой области составляет 3,89 Вт. Следовательно, значение ватт на квадратный метр площади равно 55570 Вт / м ², которое используется в качестве источника тепла в ANSYS. На рисунке 4 показано распределение температуры

Таблица 2. Электрические и тепловые характеристики различных частей трансформатора

Рисунок 4.Тепловое распределение в трансформаторе.

через трансформатор. На этом рисунке самой горячей точкой является первичная обмотка и средняя ветвь ферритового сердечника, температура которой составляет около 61,962 ° C. Если обратить внимание на этот рисунок, становится ясно, что углы сердечника имеют более низкую температуру по сравнению с другими частями. Следует отметить, что в этом случае температура вторичных обмоток ниже, чем первичных. Распределение тепла в ферритовом сердечнике показано на рисунке 5.

Тепловой поток в этом случае показан на рисунке 6, и он максимален в углах первичной обмотки, которые составляют около 428,69 Вт / м ². Относительно этого вопроса и в соответствии с рисунком 4 можно отметить, что температура в углах ниже, чем в других частях.

5.1. Изменение плотности потока

В этой части было исследовано влияние изменения плотности потока на распределение температуры в трансформаторе.Для этого плотность потока снижается с 80 мТл до 120 мТл. Согласно уравнению (10) потери мощности обратно пропорциональны квадрату плотности потока, и за счет этого изменения потери мощности уменьшаются в 2,25 раза.

Распределение тепла для этого состояния показано на Рисунке 7, где самая высокая температура составляет около 55,309ºC. In

Рисунок 7. Тепловое распределение в трансформаторе (уменьшение магнитной индукции).

в этом случае температура одной из вторичных обмоток (соседней первичной обмотки) приблизительно равна температуре первичной обмотки (наибольшая температура).

5.2. Изменение температуры окружающей среды

В этом случае предполагается, что трансформатор используется при температуре 40 ° C. Таким образом, максимальная температура внутри трансформатора была немного увеличена и достигла 61,971ºC.В этом случае максимальная температура также наблюдается в первичной обмотке и средней ветви сердечника.

Сравнивая рисунок 4 с рисунком 8, мы можем сделать вывод, что относительно близости сторон сердечника к источнику тепла и более теплой окружающей среде температура сторон выше, чем температура вверх и вниз сердечника.

5.3. Использование вентилятора для охлаждения обмотки

Коэффициент пленки варьируется от 50 Вт / м ² ∙ ºC до 120 Вт / м ² ∙ ºC при наличии принудительной конвекции.Для этого случая коэффициент пленки был изменен с 10 Вт / м ² ∙ ºC до 50 Вт / м ² ∙ ºC. Распределение температуры показано на рисунке 9.

При использовании вентилятора почти все обмотки имеют одинаковую температуру 52,508ºC. Сравнивая этот рисунок с рисунком 4, можно понять, что использование вентилятора приводит к снижению температуры обмотки с 61,962 ° C до 52,508 ° C. Путем этого анализа можно выбрать подходящий вентилятор.

5.4. Использование вентилятора для охлаждения ядра

В данном случае предполагается, что охлаждение ядра осуществляется вентилятором (коэффициент пленки 50 Вт / м ².ºC). Распределение тепла в этом состоянии показано на рисунке 10. Согласно этому рисунку, температура окружающей среды в сердечнике составляет почти

Рисунок 8. Тепловое распределение в трансформаторе (повышение температуры окружающей среды).

Рисунок 9. Распределение тепла в трансформаторе (использование вентилятора для охлаждения обмотки).

равно. Этот рисунок показывает, что изменение коэффициента пленки вызывает соответствующее повышение внутренней температуры (61.95ºC).

5.5. Изменение теплопроводности

Одним из других исследуемых параметров является теплопроводность, которая изменяется от 0,004 Вт / (м ∙ К) до 0,008 Вт / (м · К). Тепловое распределение для этого режима показано на рисунке 11.

Этот рисунок показывает, что теплопроводность мало влияет (61,95ºC) на температуру, но тепловое распределение вокруг трансформатора равномерно, как круг от центра трансформатора.

6.Выводы

В данной статье было изучено тепловое поведение различных сердечников. Для этого сначала для типичного трансформатора.

Рис. 10. Тепловое распределение в трансформаторе (использование вентилятора для охлаждения сердечника).

Рисунок 11. Тепловое распределение в трансформаторе (увеличение теплопроводности).

Сначала вычисляется тепловыделение, затем оно полностью моделируется в программном обеспечении ANSYS.В этом моделировании были изучены термический анализ и распределение тепла. Затем было исследовано влияние таких параметров, как плотность потока, величина потерь в обмотке, коэффициент пленки.

Согласно полученным результатам, в случае использования вентилятора для охлаждения обмотки, максимальная температура трансформатора была снижена. Кроме того, было показано, что за счет уменьшения плотности потока температура самой горячей точки в трансформаторе была снижена, что связано с уменьшением потерь мощности в обмотках.Более того, в документе поясняется, что внутреннюю температуру можно контролировать, увеличивая коэффициент пленки (с помощью вентилятора). В результате на основании результатов этого анализа можно выбрать подходящий вентилятор для охлаждения всего трансформатора. В статье также уточняется, что углы сердечника имеют более низкую температуру по сравнению с другими частями. Эта деталь также имеет максимальный тепловой поток.

ССЫЛКИ

S.Н. Талукдар и Дж. Р. Бейли, «Модели гистерезиса для системных исследований», IEEE Transactions по силовым устройствам и системам, Vol. 95, No. 4, 1976, pp. 1429-1434.
К. К. Вонг, «Модель динамического гистерезиса», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 24, No. 2, 1988, pp. 1966-1968.
Д. Р. Беннион, Х. Д. Крейн и Д. Ницан, «Цифровая магнитная логика», Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1969.
Ф. Пресиах, «О магнитном последействии», Zeitschrift für Physik, vol.94, 1935, стр. 227-302.
Р. Д. Веккио, «Эффективная процедура моделирования сложных процессов гистерезиса в ферромагнитных материалах», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 16, No. 5, 1980, pp. 809-811.
Д. Л. Атертон, Б. Шпунар и Дж. А. Шпунар, «Новый подход к диаграммам Прешиаха», IEEE Transaction on Magnetics, vol. 23, нет. 3, May 1987, pp. 1856-1865.
Б. Шпунар, Д. Атертон и М. Шенбахлер, «Расширенная модель Presiach для процессов гистерезиса», IEEE Transactions on Magnetics, Vol.23, No. 5, 1987, pp. 3199-3201.
Дж. П. Ванделак и П. Д. Зиогас, «Новый подход к минимизации потерь меди в высокочастотных трансформаторах», IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 3, вып. 2, 1988, стр. 266-277.
Б. Карстен. «Высокочастотные потери в проводнике в переключаемом магнитном режиме», in Proc. HFPC Con $ Ventura, CA: Intertec Communications Inc., май 1986 г.
Приложения для преобразования мощности и сетевых фильтров.
Конструкция низкопрофильных высокочастотных трансформаторов. Новый инструмент в проектировании ИИП.Магнитные изделия Philips. Примечание по применению. Май 1990 г.
Kool Mu. Магниты.
Л. М. Эскрибано, Р. Прието, Дж. А. Кобос и Дж. Учеда, Тепловое моделирование магнитных компонентов: обзор », Материалы 28 ^{-й ежегодной конференции Общества промышленной электроники} IEEE, Севилья, 5-8 ноября 2002 г., стр. 1336-1341.
Л. М. Эскрибано, Р. Прието, Дж. А. Оливер, Дж. А. Кобос и Дж. Учеда, «Аналитическая тепловая модель для магнитных компонентов», Труды 34-й ежегодной конференции специалистов по силовой электронике IEEE, 2003 г., стр.861-866.
J. C. S. Fagundes, A. J. Batista и P. Viarouge, «Тепловое моделирование магнитных компонентов сердечника электролизера, используемых в высокочастотных статических преобразователях», IEEE Transactions on Magnetic, Vol. 33, No. 2, March 1997, pp. 1710-1713.
Р. В. Эриксон и Д. Максимо, «Основы силовой электроники», 2-е издание, Springer, Берлин, 2002 г.

Номенклатура

Соленоиды и трансформаторы

3.Катушки и трансформаторы

3.1 Катушки

Катушки

не очень общий компонент в электронных схемах, однако, когда они используются, они нужно понимать. Они встречаются в генераторах, радиоприемниках, передатчиках и подобных устройствах, содержащих колебательные контуры. В любительские устройства, катушки могут быть изготовлены путем намотки одного или нескольких слоев изолированный медный провод на каркас, такой как ПВХ, картон, и т.п.Катушки заводского изготовления бывают разных форм. и размеров, но общим для всех является утепленный корпус с витками медной проволоки.

Основная характеристика каждой катушки — это ее индуктивность. Индуктивность измеряется в Генри (H), но чаще всего используются миллигенри (мГн) и микрогенри (H) как единое целое. Генри имеет довольно высокое значение индуктивности. Напоминаем:

1H = 1000 мГн = 10 ⁶ H.

Катушка индуктивность обозначена как X _L и может быть рассчитана с помощью по следующей формуле:

где f представляет частоту напряжения в Гц, а L представляет индуктивность катушки в Гн.

Например, если f равно 684 кГц, а L = 0,6 мГн, импеданс катушки будет:

Та же катушка иметь в три раза больший импеданс и в три раза больше частота. Как видно из приведенной выше формулы, импеданс катушки прямо пропорционален частоте, так что катушки, как как и конденсаторы, используются в схемах для фильтрации на заданных частотах. Обратите внимание, что импеданс катушки равен нулю для постоянного тока ( f = 0).

Несколько катушек показаны на рисунках 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4.

Самая простая катушка однослойная катушка с воздушным сердечником. Это сделано на цилиндрической изолятор (ПВХ, картон и др.), как показано на рисунке 3.1. На рисунке 3.1a, повороты между ними остается пробел, в то время как общие Практика заключается в том, чтобы наматывать провод без промежутков между витками. Во избежание раскручивания бухты концы следует продеть через небольшие отверстия, как показано на рисунке. показано на рисунке.

Рис. 3.1: Однослойная катушка

На рис. 3.1b показано, как катушка сделана. Если катушке нужно 120 витков при постукивании на тридцатом витке две катушки L1 с 30 витками и L2 с 90 витками. Когда конец первого и начало второй катушки припаиваем, получаем «отвод».

Многослойная катушка показана на рисунке 3.2a. В внутри пластмассового каркаса есть резьба, так что можно вставить ферромагнитный сердечник в форме винта.Ввинчивание сердечника перемещает его по оси в центр катушки для увеличения индуктивности. Таким образом, хорошо можно изменить индуктивность.

Рис. 3.2: а. Многослойная катушка с сердечником, б. В сочетании катушки

На рис. 3.2b показан высокочастотный трансформатор. Как видно, это две катушки, соединенные магнитной индукцией на общем теле. Когда требуется, чтобы катушки имели точные значения индуктивности, каждая катушка имеет ферромагнитный сердечник, который можно регулировать вдоль катушки ось.

На очень высоком частот (выше 50 МГц) индуктивность катушки мала, поэтому катушкам требуется только несколько поворотов. Эти катушки сделаны из толстый медный провод (около 0,5 мм) без корпуса катушки, как показано на рисунке 3.3a. Их индуктивность можно регулировать путем физического растяжения или сжимая витки вместе.

Рис. 3.3: а. Катушка высокой частоты , б. Трансформатор межчастотный

Рисунок 3.3b показан металлический кожух, содержащий две катушки, схематически на право. Параллельное соединение первой катушки и конденсатора С образует колебательный контур. Вторая катушка используется для передачи сигнал к следующему этапу. Используется в радиоприемниках и подобные устройства. Металлический кожух служит экраном для предотвращения внешние сигналы, воздействующие на катушки. Чтобы оболочка была эффективной, он должен быть заземлен.

На рис. 3.4 показан индуктор с сердечником. Ядро состоит из двух половинки и склеены.Сердечник изготовлен из ферромагнитного материала, обычно называют «ферритом». Эти индукторы используются на частотах до 100 кГц. Регулировка индуктивности может производиться латунью или стальной винт в центре катушки.

Рис. 3.4: Катушка индуктивности с сердечником

3.2 Трансформаторы

Для электроники Для работы устройств необходимо наличие источника постоянного тока.Батареи и аккумуляторы могут выполнять эту роль, но гораздо более эффективны. способ — использовать ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Основным компонентом источника питания является трансформатор для преобразования «сети» 220 В на более низкое значение, скажем 12 В. Обычный тип трансформатора имеет одну первичную обмотку, которая подключается к 220В и одна (или несколько) вторичных обмоток для более низких напряжений. Чаще всего сердечники изготавливают из E и I, но некоторые из них сделаны из ферромагнитного материала.Также используются трансформаторы с железным сердечником. для более высоких частот. На картинке показаны различные типы трансформаторов. ниже.

Рис. 3.5: Различные типы трансформаторов

Символы для трансформатор показан на рисунке 3.6 Две вертикальные линии показывают, что первичная и вторичная обмотки использовать одно и то же ядро.

Рис. 3.6: Символы трансформатора

С трансформатор, производители обычно предоставляют схему, содержащую информацию о первичной и вторичной обмотках, напряжениях и максимальных токах.В случай, когда диаграмма отсутствует, существует простой метод определения того, какой обмотка является первичной, а вторичная обмотка: первичная обмотка состоит из провода тоньше и витков больше, чем у вторичной обмотки. Она имеет более высокое сопротивление — и может быть легко проверено омметром. На рисунке 3.6d показан символ для трансформатор с двумя независимыми вторичные обмотки, одна из них имеет три вывода, что в сумме дает 4 разные выходные напряжения. Вторичный 5в выполнен из более тонкой проволоки с максимальным током 0.3А, а другая обмотка выполнена из более толстого провода с максимальным током 1,5 А. Максимальное напряжение на большей вторичной обмотке составляет 48 В, как показано на фигура. Обратите внимание, что напряжения, отличные от указанных на диаграмма может быть произведена — например, напряжение между ответвлениями обозначено 27V 36 В равно 9 В, напряжение между выводами, обозначенными 27 В и 42 В, равно 15 В, пр.

3.2.1 Принцип работы и основные характеристики

Как уже говорилось, Трансформаторы состоят из двух обмоток, первичной и вторичной (рисунок 3.7). При напряжении Up подключен к первичной обмотке (в нашем случае «сеть» 220В), по ней протекает переменный ток Ip . Этот ток создает магнитное поле, которое переходит в вторичная обмотка через сердечник трансформатора, индуцирующая напряжение Us (24 В в нашем примере). «Нагрузка» подключена ко вторичной обмотке, показанной на схеме как Rp (30 Ом в нашем примере). Типичной нагрузкой может быть электрическая лампочка, работающая на 24 В с расход 19.2Вт.

Рис. 3.7: Трансформатор: a. Принципы работы, б. Символ

Передача электрической энергии от первичный к вторичному осуществляется через магнитное поле (называемое «потоком») и магнитная цепь, называемая «сердечником трансформатора». К для предотвращения потерь необходимо убедиться, что весь магнитный поле, созданное первичным, переходит к вторичному. Это достигается за счет использования железного сердечника, который имеет гораздо более низкое магнитное сопротивление чем воздух.

Первичное напряжение — это «сетевое» напряжение. Это значение может быть 220 В или 110 В, в зависимости от страны. Вторичное напряжение обычно намного ниже, например 6 В, 9 В, 15 В, 24 В и т. Д., Но также может быть выше 220 В, в зависимости от назначения трансформатора. Соотношение первичного и вторичного напряжения указано с помощью следующая формула:

, где Ns и Np представляют количество витков на первичной и вторичной обмотке соответственно.Например, если Ns равно 80 и Np равно 743, вторичное напряжение будет быть:

Соотношение между первичным и вторичным током определяется по формуле:

Например, если Rp равно 30 Ом, то вторичный ток равен Ip = Up / Rp = 24V / 30Ω = 0,8 А. Если Ns равно 80 и Np равно 743, первичный ток будет:

Мощность трансформатора

рассчитывается по формулам:

В нашем примере мощность равно:

Все до этого момента относится к идеальный трансформатор.Ясно, что идеального не бывает, поскольку потери неизбежный. Они присутствуют из-за того, что обмотки имеют определенное значение сопротивления, которое нагревает трансформатор во время операции, а также тот факт, что магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, не целиком переходят на второстепенный. Вот почему выходная мощность меньше чем входная мощность. Их соотношение называется КПД:

Для поставки трансформаторов сотни ватт, КПД около = 0.85, что означает, что 85% электрическая энергия, взятая из сети, поступает к потребителю, в то время как 15% теряется из-за ранее упомянутых факторов в виде тепла. Для Например, если потребляемая мощность равна Up * Ip = 30 Вт, тогда мощность, которую трансформатор получает от сети равно:

Чтобы избежать путаница, имейте в виду, что производители уже приняли все меры по минимизации потерь трансформаторов и других электронных компонентов и что практически это максимально возможный КПД.Приобретая трансформатор, следует только беспокоюсь о требуемое напряжение и максимальный ток вторичной обмотки. Разделение мощность и вторичное напряжение дает вам максимальное значение тока для потребителя. Разделив мощность и первичное напряжение, вы получите ток что трансформатор питается от сети, что важно знать, когда покупка предохранителя. В любом случае, вы сможете рассчитать любое значение, которое вы может потребоваться использование соответствующих формул, указанных выше.

3.3 Практические примеры с катушками и трансформаторы

На рисунке Катушки 2.6b вместе с конденсатором образуют два фильтра для проведения токи к динамикам.
Катушка и конденсатор C на рисунке 2.6c образуют параллельный колебательный контур для «усиления» конкретного радиосигнала, отвергая все остальные частоты.

Рис. 2.6: а. Усилитель с наушниками, б.Переключатель диапазона, c. Детекторный радиоприемник

Самое очевидное заявка на трансформатор находится в блоке питания. Типичный трансформатор показан на рисунке 3.8 и используется для преобразования 220В. до 24В.

Рис. 3.8: Стабилизированный преобразователь со схемой LM317

Выходное напряжение постоянного тока может регулируется линейным потенциометром P в диапазоне 3 ~ 30 В.

Фиг.3.9: а. Стабилизированный преобразователь с регулятором 7806, б. автотрансформатор, c. трансформатор для устройств рабочая на 110В, д. разделительный трансформатор

Рисунок 3.9a показывает простой источник питания, использующий трансформатор с центральным отводом на вторичной обмотке. обмотка. Это дает возможность использовать два диода. вместо моста в рисунок 3.8.

Специальный виды трансформаторы, в основном используемые в лаборатории, автотрансформаторы.Схема автотрансформатора показано на рисунке 3.9b. Имеет только одну обмотку, намотанную на утюг. основной. Напряжение снимается с трансформатора через ползунок. Когда ползунок находится в крайнем нижнем положении, напряжение равно нулю. Перемещение ползунка вверх увеличивает напряжение U до 220 В. Дальнейшее движение ползунок увеличивает напряжение U выше 220В.

Трансформатор на рисунке 3.9c преобразует 220v в 110v и используется для питания устройств рассчитан на работу от 110В.

В качестве последнего примера, рисунок 3.9d представляет собой разделительный трансформатор. Этот трансформатор имеет одинаковое количество витков на первичной и вторичной обмотках. обмотки. Вторичное напряжение такое же, как первичное, 220 В, но полностью изолированы от «сети», сводя к минимуму риски поражения электрическим током. шок. В результате человек может стоять на мокром полу и трогать любая часть вторичного без риска, которая не является корпус с нормальной розеткой.

Ферромагнитные сердечники | Сердечники трансформатора

В настоящее время у нас есть более 10 видов сырья и мы можем произвести 900 спецификаций ферритовых сердечников для приводных трансформаторов, что обеспечивает их широкое применение во многих отраслях промышленности.

Характеристики
1. Для обеспечения высокого качества и высокой рентабельности наша компания импортировала печи Toshiba, прессы Tamagawa и современные шлифовальные станки с ЧПУ, а также внедрила передовые методы спекания и формовки.Вот почему мы достигаем годового производства 12 000 тонн.
2. Для обеспечения качества мы выбрали надежных производителей сырья. Основными поставщиками оксида железа являются Japan JFE, Korea RG и China Steel Corporation. Основными производителями оксида марганца и марганца являются завод специальных металлических материалов Hunan и Kingray New Materials Science & Technology Co., Ltd.
3. Мы уделяем большое внимание качеству продукции и проводим строгие испытания от сырья до конечной продукции. К высокоточным испытательным приборам относятся рентгеновский флуоресцентный спектрометр Bruker, высокочастотный прибор для измерения рассеиваемой мощности, рентгеновский флуоресцентный спектрофотометр S4 PIONEER и т. Д.

Применение: Приводные трансформаторы, высокочастотные трансформаторы, силовые индукторы, высокочастотные дроссельные катушки

Технические параметры

Имя	Чертеж №	Размеры (мм)							Вес	Параметры (мм)						AL ± 25% (нН / ч3)
Имя	Чертеж №	А	B	С	D	E	F	я	(г)	C1 (мм-1)	Le (мм)	Ae (мм2)	Ve (мм3)	AW (мм3)	AMIN (мм2)	JF40
EI12.5	802	12,5 ± 0,3	9,1 мин	2,4 ± 0,2	5,0 ± 0,2	5,1 ± 0,2	7,4 ± 0,25	1,5 ± 0,2	1,8	1,38	21,2	15,3	325	17,9	12	1200
EI15.7	1267	15,7 ± 0,25	8,5 ± 0,2	2.5 ± 0,15	11,0 ± 0,2	0,65 ± 0,15	2,2 ± 0,1	1,55 ± 0,1	2,8	0,35	12,7	36,1	457,9	2	27,5
EI16B	1023	16,0 ± 0,3	11,8 мин.	4,0 ± 0,2	4,8 ± 0,2	10,4 ± 0,3	12,4 ± 0,3	2.0 ± 0,2	3,3	1,85	35,1	19	668,8	42,1	18,75	1200
EI19	852	19,0 ± 0,3	14,0 ± 0,3	5,1-0,5	5,1-0,5	11,3 ± 0,3	13,55 ± 0,3	2,35 ± 0,2	4,6	1,1	31,1	28.5	884	41,8	19,2	1700
EI19A	1051	19,0 ± 0,3	14,5 + 0,6 -0,3	4,45 ± 0,25	5,2–0,4	11 + 0,6 -0,1	13,3 + 0,6 -0,1	2,3 ± 0,2	4,5	1,76	39,8	22,6	898,1	55,3	23,14	1200
EI20	714	20.0 ± 0,3	14,3 мин.	4,55 ± 0,2	5,0 ± 0,25	11,15 ± 0,2	13,5 ± 5,25	2,3 ± 0,2	4,8	1,68	39,2	23,3	914	50,3	23,46	1200
EI22	712	22,0 ± 0,6	15,75 мин	5,75 ± 0,3	5,75 ± 0,3	11.4 ± 0,3	15,4 ± 0,3	4,0 ± 0,3	9	1,19	44,1	37	1632	60,4	32,49	1800
EI25	715	25,4 ± 0,6	18 минут	6,8 ± 0,3	6,7 ± 0,3	13,25 ± 0,25	17,25 ± 0,25	3,5 ± 0,2	10	1.22	48,6	39,7	1930	77,9	45,56	1800
EI25B	822	25,3 ± 0,4	19мин	6,5 ± 0,3	6,75 ± 0,25	12,35 ± 0,25	15,55 ± 0,25	2,7 ± 0,2	9,8	1,15	46,9	40,8	1912	80	39.15	1800
EI28	716	28,0 ± 0,6	18,6 мин	7,25 ± 0,25	10,7 ± 0,3	13,0 ± 0,3	17,5 ± 0,3	3,5 ± 0,2	22	0,59	49,5	84,4	4170	77,7	77,58	2800
EI29	935	29.0 ± 0,5	20,3 мин	7,35 ± 0,25	10,7 ± 0,25	12,6 ± 0,3	17,1 ± 0,3	3,5 ± 0,2	22,1	0,6	50,7	82,7	4194,2	81,6	78,65	1250
EI30	717	30,0 ± 0,6	19,5 мин	10,7 ± 0,3	10,7 ± 0,3	16.25 ± 0,25	21,25 ± 0,25	5,5 ± 0,3	33	0,54	58,8	109	6440	75,3	107	3700
EI33A	728	33,0 ± 0,6	24,2 мин	9,7 ± 0,3	12,7 ± 0,3	19,4 + 0,4 -0,3	24,3 ± 0,3	5,0 ± 0,3	46	0.57	67,1	118	7640	146,5	104,14	3700
EI33B	728A	33,0 ± 0,6	23,5 мин	9,7 ± 0,3	12,7 ± 0,3	19,25 ± 0,25	24,05 ± 0,25	5,0 ± 0,3	41	0,57	67,1	118	7640	138.2	113,03	4400
EI40	718	40,0 ± 0,7	26,8 мин	11,65 ± 0,35	11,65 ± 0,35	21,35 ± 0,35	27 ± 0,35	6,5 ± 0,3	59	0,53	77,4	147	11390	168	135,72	3700

Magnetics — Ферритовые сердечники

Широкополосные трансформаторы	Низкие потери, высокие µ (проницаемость), хорошая частотная характеристика	Дж, Ш, М *	Сердечники, тороиды, сердечники E, U и I, RM, сердечники EP
Синфазные дроссели	Очень высокий µ	Дж, Ш, М *	Тороиды, сердечники E
Преобразователи и инверторы трансформаторы	Низкие потери, высокое насыщение	Ф, Л, П, Р, Т	Тороиды, сердечники E, U и I, сердечники Pot, сердечники RS, плоские сердечники
Дифференциальные индукторы	Низкие потери, высокая температурная стабильность, хорошая устойчивость в условиях нагрузки	Ф, П, Р, Т	Сердечники с зазорами, сердечники EP, сердечники E, сердечники RM, сердечники Planar, сердечники PQ
Узкополосные трансформаторы	умеренный добротность, высокий µ, высокая стабильность	F, J	Сердечники, тороиды, сердечники RM, сердечники EP
Фильтры шума	High µ, хорошая частотная характеристика	Дж, Ш, М	Тороиды
Силовые индукторы	Низкие потери при высоких плотностях потока и температурах, высокое насыщение, хорошая стабильность в условиях нагрузки	F, L, P, R	Сердечники Pot, сердечники E, сердечники PQ, сердечники RM, сердечники Planar
Силовые трансформаторы	Высокие µ и низкие потери при высоких плотностях потока и температурах, высокое насыщение, низкие токи возбуждения	Ф, Л, П, Р, Т	Сердечники без зазоров, сердечники E, U и I, тороиды, сердечники EP, ядра RS, ядра DS, ядра PQ, ядра Planar
Импульсные трансформаторы	Высокие µ, низкие потери, высокое насыщение B	Дж, Ш, М	Тороиды
Телекоммуникационные индукторы	Низкие потери, высокая температурная стабильность, хорошая устойчивость в условиях нагрузки	Ф, П, Р, Т	Сердечники Pot, сердечники EP, сердечники E, сердечники RM, сердечники Planar

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 8 0 объект /Заголовок /Предмет / Автор /Режиссер / Ключевые слова / CreationDate (D: 20210715154333-00’00 ‘) / ModDate (D: 20210331185330 + 02’00 ‘) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 47 0 объект > эндобдж 48 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 52 0 объект > эндобдж 53 0 объект > эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 60 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 62 0 объект > эндобдж 63 0 объект > эндобдж 64 0 объект > эндобдж 65 0 объект > эндобдж 66 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > эндобдж 118 0 объект > эндобдж 119 0 объект > эндобдж 120 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 128 0 объект > эндобдж 129 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 130 0 объект > ручей x ڝ Xn6 ++ QoEE + gtӋCdI «0bɔD, XsK% jJ] n_qg | Z> m \.& t} m ֆ | p & 8k 튢 gRE9 / kmqz6ӯˏOohPP (& ZnE, 6P> [єA J & msOGsq / aqT [@ GkѩMt} «u $ (TXL =? & U \ &; 26hE> P’¬9j + n + U $ Dɲ

Ферриты — обзор | Темы ScienceDirect

1 Введение

Ферриты в основном ферромагнитны. оксидные материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением и проницаемостью.Хотя намагниченность насыщения феррита составляет менее половины ферромагнитных сплавов, но они имеют такие преимущества, как применимость на более высоких частотах, высокое удельное сопротивление, более низкая цена, более высокая термостойкость и более высокая коррозионная стойкость.Коммерческое применение ферритов после 1950 года получило широкое распространение в радио, телевидении, операторской телефонии, компьютерных схемах и микроволновых устройствах. Несмотря на то, что магнетизм широко используется в качестве объемного материала, происхождение магнетизма является наноразмерным явлением (Beringer and Heald, 1954). Разработка магнитных нанокристаллических материалов вызывает озабоченность как с точки зрения научной ценности понимания уникальных функциональных свойств материалов, так и с точки зрения технологической значимости улучшения характеристик существующих материалов (Aricò et al., 2005; Банерджи и Тьяги, 2011). Для удовлетворения спроса на высокопроизводительные устройства важным шагом является синтез ферритов в наноразмерной форме. Ниже критического размера эти нанокристаллы существуют в однодоменном состоянии, так что можно избежать резонанса доменных границ и материал может работать на более высоких частотах (Rao et al., 2006). Растущий интерес обусловлен их химической стабильностью, биологической совместимостью, относительной простотой приготовления и многочисленными приложениями, связанными с ними. Они варьируются от термических и механических приложений, таких как герметики, смазочные материалы, охлаждающие жидкости, поглотители микроволнового излучения и магнитные хранилища данных.Недавние разработки биоконъюгированных магнитных наночастиц были продемонстрированы во множестве биомедицинских приложений. Например, суперпарамагнитные наночастицы оксида железа покрыты полимером в качестве агентов, усиливающих контраст крови (Lee et al., 2006). Другой распространенный подход к биомодификации суперпарамагнитных наночастиц оксида железа — покрытие наночастиц декстраном для увеличения клеточного поглощения (эндоцитоза) наночастиц и, следовательно, улучшения визуализации клеток (Moore et al., 1997).

Недавно сообщалось о замечательном результате применения наночастиц оксида железа в диагностике рака, когда размер рака простаты всего 2 мм можно различить при МРТ-сканировании с использованием суперпарамагнитных оксидов железа в качестве усилителей контраста по сравнению с обычным МРТ. (Harisinghani et al., 2003). Кроме того, сообщалось о различных других методах диагностики рака и опухолей, экспрессии генов, миграции Т-клеток, очистки и сортировки ДНК и клеток (Berry and Curtis, 2003; Chatterjee et al., 2001; Додд и др., 2001; Гупта, Котнала, 2012; Hoegemann et al., 2002; Pankhurst et al., 2003). Дальнейшее применение магнитных наночастиц основано на гипертермии, лечение которой зависит от локального нагревания ткани до температуры выше 42 ° C в течение короткого периода времени для разрушения ткани, особенно опухоли. При гипертермии тепло создается гистерезисом магнитных материалов. Для суперпарамагнитных частиц гистерезис обычно отстает от шкалы времени магнитных измерений.Однако в относительно высокочастотном переменном магнитном поле намагниченность отстает от магнитного поля, вызывая сложную восприимчивость. Таким образом, магнитная энергия будет рассеиваться в виде тепла в результате противофазы и восприимчивости к потерям (Rosensweig, 2002). Суперпарамагнитные частицы с более высокой намагниченностью насыщения и более низкой анизотропией были бы идеальной системой гипертермии, если учесть ограничения дозы инъекции и напряженности переменного магнитного поля, которые могут применяться при лечении гипертермией (Che et al., 2004; Деннис и др., 2009; Хашимото и Хисано, 2011 г .; Ли и др., 2007; Лю и др., 2008; Мозер и др., 2002; Нацев и др., 2011). В частности, для этих целей используются наночастицы магнетита и маггемита ( γ -Fe ₂ O ₃), поскольку они более биосовместимы и более поддаются воздействию забуференного водного раствора, присутствующего в биологических системах (Rastogi et al., 2011).

Основной причиной применимости ферритов является легкость, с которой они могут быть обнаружены и обработаны путем приложения внешнего магнитного поля.Время магнитного отклика сильно зависит от размера, что дает возможность синтезировать частицы для получения времени отклика, адаптированного к конкретным приложениям. Существует множество применений жесткого феррита как для радио-, так и для микроволновых частот. Из-за высокой начальной проницаемости в сочетании с высокой намагниченностью насыщения феррит находит широкое применение в радиосвязи и телеиндустрии в радиодиапазоне. Эти ферриты использовались в сердечнике отклоняющего ярма в кинескопе ЭЛТ, сердечниках антенн, а также в качестве индукторов, запоминающих устройств, переключающих устройств, трансформаторов и т. Д.На сверхвысоких частотах они широко используются в качестве изоляторов, циркуляторов, гираторов и фазовращателей. Гранаты, такие как Gd ₃ Fe ₅ O ₁₂, железо-иттриевый гранат и кубические ферриты, феррит MnZn, феррит NiZn используются в микроволновых и других высокочастотных устройствах (Gairola et al., 2010a, b).

Сейчас эра многофункциональных материалов набирает обороты. Намагничивание, управляемое электрическим полем, которое одновременно проявляет ферромагнитные и сегнетоэлектрические свойства, называется мультиферроидными материалами.Обозначение мультиферроиков зависит от наноразмерных эффектов, вызывающих переключаемые домены. Мультиферроики являются важной темой текущих исследований, поскольку мультиферроики могут использоваться в будущих запоминающих устройствах с произвольным доступом, которые сочетают в себе преимущества магнитных и сегнетоэлектрических запоминающих устройств с произвольным доступом. Единственное существующее при комнатной температуре сегнетоэлектрическое и антиферромагнитное соединение — это феррит висмута. Однако он демонстрирует высокий ток утечки, который подавляется за счет образования его композита с другим сегнетоэлектрическим соединением (Bhattacharjee et al., 2009; Singh et al., 2008a, c; Верма, Котнала, 2011). Его гомогенное смешение на атомном уровне с сегнетоэлектрическим соединением путем химического синтеза приводит к атомному происхождению магнитоэлектрической связи в нанокомпозите (Gupta et al., 2013; Singh et al., 2008b, 2011). В композитном мультиферроике с сегнетоэлектрическим соединением единогласно был выбран феррит-шпинель. С технологической точки зрения электрические поля легко реализовать даже на очень малых масштабах длины, они энергоэффективны и полностью переключаемы.Таким образом, возможность обратимого переключения ориентации намагниченности с помощью электрического поля считается важной вехой на пути к новым функциональным устройствам спинтроники.

Недавний интерес исследователей к объемному ферриту ослабевает в сценариях футуристических разработок передовых материалов. В последнее время традиционный магнетизм феррита-шпинели в конечном итоге приводит к передовой области спинтроники. Ферриты, такие как MnFe ₂ O ₄, CoFe ₂ O ₄, были исследованы в качестве спиновых фильтров (Лукашев и др., 2013; Мацен и др., 2013). Даже сложные магнитные структуры феррита-граната обладают огромным потенциалом для использования в спиновых устройствах (Uchida et al., 2013). Помимо магнитных свойств феррита, его нанопористая и микропористая микроструктура играет ключевую роль в свойствах чувствительности к газам и влажности. Микропористость увеличивает площадь поверхности и реакционную способность частиц с парами / молекулами газа. Ферриты MgFe ₂ O ₄, ZnFe ₂ O ₄, Fe ₃ O ₄ обычно используются для обнаружения газов.Недавно было обнаружено колоссальное изменение чувствительности к влажности с помощью тонкой пленки MgFe ₂ O ₄ (Kotnala et al., 2013).

Важнейшими ферромагнитными веществами, помимо металлов, железа, кобальта, никеля и их сплавов, являются металлические оксиды ферритов шпинельного типа. Основная формула ферритов шпинели: M ²⁺ Fe23 + O42−, где M — ион двухвалентного металла, такой как Mn ²⁺, Cd ²⁺, Ni ²⁺, Zn ²⁺, Mg ²⁺, Fe ²⁺ и т. Д.Также M может представлять два типа неравных чисел, одно трехвалентное, другое одновалентное; или он может быть представлен смесью трехвалентных ионов и вакантных центров (дефектная структура), например, феррит лития (Li ¹⁺ Fe ³⁺) _1/2 (Fe23 +) O42-. Смешивая два или более видов ионов M ²⁺, можно создавать смешанные ферриты для изменения его физических свойств в соответствии с желаемыми применениями. Феррит лития представляет собой магнитный материал, представляющий огромный научный и технологический интерес из-за его относительно высокой температуры Кюри ( T _c), высокой намагниченности насыщения ( M _s) и низких магнитных потерь при более высоких температурах. частот помимо его превосходной химической стабильности и высокого удельного сопротивления.В частности, смешанные литиевые ферриты представляют большой интерес из-за их применения в микроволновых устройствах, таких как изоляторы, циркуляторы, гираторы и фазовращатели. Для широкого технологического применения, если требуется дальнейшее улучшение, его диэлектрическая проницаемость, магнитные потери, удельное сопротивление, плотность и т. Д. Магнитные и электрические свойства ферритов сильно зависят от этапов обработки материала. Небольшое количество добавок резко влияет на свойства ферритов (Gonchar et al., 2000).Магнитные свойства ферритов в целом определяются химическим составом, пористостью и размером зерна. Некоторые легирующие примеси могут влиять на энергию границ зерен и, следовательно, действовать как движущая сила для роста зерен, что, в свою очередь, улучшает микроструктуру. Среди различных измерений микроструктуры размер зерна является одним из наиболее важных параметров, влияющих на магнитные свойства ферритов (Yan et al., 2007). Ферриты можно разделить на два класса в зависимости от их магнитной коэрцитивности: мягкие ферриты и твердые ферриты.

1.1 Мягкие ферриты

Ферриты, имеющие низкую коэрцитивную силу и низкие гистерезисные потери, называются мягкими ферритами, и типичная кривая гистерезиса показана на рисунке 4.1 (a). Из-за их сравнительно низких потерь на высоких частотах и высокой намагниченности они широко используются в сердечниках импульсных источников питания, ВЧ трансформаторах и индукторах (Bellad, 1999; Bellad et al., 1998; Radha and Ravinder, 1995). . Феррит марганца (MnFe ₂ O ₄), феррит цинка (ZnFe ₂ O ₄), феррит никеля (NiFe ₂ O ₄), феррит меди (CuFe ₂ O ₄ ), Литиевый феррит (Li _0.5 Fe _2,5 O ₄) являются некоторыми примерами мягкого феррита.

Рисунок 4.1. Типичные кривые M-H для мягкого феррита (а) и жесткого феррита (б).

1.2 Жесткие ферриты

Ферриты, имеющие сравнительно высокую коэрцитивную силу (2 кЭ или выше), называются твердыми ферритами. Они используются в громкоговорителях, автомобильных системах и т.д. в качестве постоянных магнитов (Charanjeet et al., 2008; Yang et al., 2009). Рисунок 4.1 (b) показывает типичные контуры M-H мягких и твердых ферритов.Феррит бария (BaFe ₁₂ O ₁₉) и феррит кобальта (CoFe ₂ O ₄) являются некоторыми типичными примерами твердого феррита.

Приложения по частоте — Micrometals

Радиочастота

<10 МГц

Радиочастотные (RF) железные порошки Преобразование энергии (ПК) Железные порошки Линейный фильтр (LF) Железные порошки

Порошковые сердечники с распределенным зазором

стали предпочтительным решением для инженеров по радиосвязи, которые проектируют катушки индуктивности или трансформаторы для работы с мощностью в диапазоне частот от 250 кГц до 5 МГц.Распределенный воздушный зазор порошковых сердечников способствует их довольно низкой проницаемости и очень хорошей стабильности. В приложениях, связанных с сигналами низкого уровня, выбор размера сердечника, материала и обмотки обычно основывается на требуемой добротности и / или требованиях к упаковке.

Сердечники из железного порошка обычно используются для производства индукторов с высокой добротностью и трансформаторов для селективных цепей.

Низкоуровневые широкополосные трансформаторы и ВЧ дроссели обычно изготавливаются на ферритовых сердечниках с высокой магнитной проницаемостью.Ферриты представляют собой металлическое керамическое ферромагнитное соединение с кристаллической структурой шпинели. Ферритовые сердечники имеют более высокую проницаемость, чем сердечники из порошка железа или сплава, но менее стабильны. Распространенное заблуждение состоит в том, что насыщение сердечника является основным ограничивающим фактором при выборе сердечника для приложений с ВЧ-мощностью. Хотя необходимо определить, какое падение напряжения или протекание тока может выдержать данный индуктор или трансформатор, прежде чем будет достигнут предел, этот предел будет либо магнитным насыщением, либо чрезмерным повышением температуры в результате потерь как в обмотке (медь), так и в материале сердечника.Магнитное насыщение — это точка, в которой увеличение силы намагничивания не приводит к дальнейшему увеличению плотности потока. Это означает, что произойдет потеря проницаемости. Катушка индуктивности покажет уменьшение индуктивности, а трансформатор покажет как уменьшение импеданса, так и не преобразует дополнительный сигнал. Порошки карбонильного железа обычно достигают максимальной проницаемости около 3000 Гс, а затем начинают насыщаться. Они достигают полного насыщения примерно при 10 000 Гс.

При непрерывных синусоидальных сигналах сердечники из железного порошка ограничены повышением температуры в результате потерь, а не магнитного насыщения. Повышение температуры происходит из-за потерь как в обмотке, так и в материале сердечника. На высокой частоте ток, переносимый проводником, имеет тенденцию концентрироваться у поверхности. Это известно как «скин-эффект». Глубина скин-слоя переменного тока в медном проводнике при комнатной температуре описывается следующим образом: Глубина скин-слоя (см) = 6,62 / f.5, где f — частота в герцах.Например, на частоте 1 МГц провод сечением более 35 AWG не будет использоваться полностью и, таким образом, будет иметь повышенное сопротивление переменному току. В связи с этим использование большого количества жил тонкой проволоки, изолированных друг от друга и переплетенных, может быть полезным для снижения сопротивления проводников переменному току на высокой частоте. Такой провод называется литцовой проволокой. Практические литц-проводники очень эффективны на частотах ниже 500 кГц, но начинают терять эффект выше 3 МГц.

Потери в обмотке — важный фактор при проектировании более мощных магнитных компонентов.Дополнительную информацию о скин-эффекте и сопротивлении проводов переменному току можно найти в Справочнике радиотехника, а также в ряде других ссылок.

Чтобы связаться с нашей инженерной группой по вопросам решений Micormetals для радиочастотных приложений, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу [email protected]

Радиочастота> 10 МГц

В то время как на низкой частоте магнитное поле в катушке направлено в осевом направлении, на высокой частоте каждый виток создает свое собственное поле, концентричное с проводом.Эти поля связаны с полями от соседних витков и связаны с сердечником через осевые поля, а не через одно центральное поле. Для этого требуются сердечники с очень низкой добротностью на ВЧ, например сердечники с распределенными зазорами из железного порошка.

Порошки карбонильного железа содержат частицы, которые образуются при разложении паров пентакарбонильного железа. Это дает сферическую частицу со структурой луковой кожуры. Такое расслоение кожуры лука приводит к тому, что удельное сопротивление отдельных частиц намного выше, чем у чистого железа.Это высокое сопротивление в сочетании с очень мелкими частицами (от 3 до 5 микрон) значительно улучшает высокочастотные характеристики. Проницаемость порошков карбонильного железа и, следовательно, его индуктивность могут быть изготовлены с очень жесткими допусками и оставаться чрезвычайно стабильными в зависимости от частоты, температуры и уровня приложенного сигнала. Все это важно в селективных схемах с высокой добротностью. Характеристика распределенного воздушного зазора порошка карбонильного железа дает сердцевину с проницаемостью от 4 до 35.Эта особенность в сочетании с присущей железу высокой точкой насыщения очень затрудняет насыщение при высокой мощности RF. Обычно приложения с высокой мощностью ограничиваются повышением температуры из-за потерь в сердечнике.

В высокочастотных приложениях, схемах с высокой добротностью, высокая проницаемость не так важна, как достижимая добротность и хорошая стабильность при изменяющихся окружающих и электрических условиях.

В упрощенном виде Q = tanθ = ωL / R, где θ — фазовый угол, ωL — индуктивное реактивное сопротивление, а R — эффективное последовательное сопротивление.В случае идеального индуктора фазовый угол составляет 90 °, а добротность бесконечна. Точно так же катушка индуктивности с Q = 1 имеет фазовый угол 45 градусов, и поэтому ее реактивные и резистивные элементы равны. Q = 150 имеет фазовый угол 89,6 градуса. Факторы, составляющие эффективное сопротивление, довольно сложны. Они связаны как с потерями в сердечнике, так и в обмотке.

Потери в сердечнике зависят от материала, частоты, плотности потока и размера сердечника. Потери в обмотке связаны с сопротивлением провода, витком на виток и витком на сердечник. Емкостные эффекты, которые зависят от частоты и размера.Доступен строгий анализ этих взаимосвязей, но в целом они слишком сложны, чтобы иметь практическое применение, когда дело доходит до проектирования высокочастотного индуктора с высокой добротностью. Оптимальная добротность достигается, когда суммарные потери в сердечнике равны полным потерям в обмотке. Легг показал, что в целом максимально достижимая Q напрямую связана с физическим размером сердечника для любого данного материала. Также было показано, что частота, при которой возникает этот максимально достижимый Q, обычно обратно пропорциональна проницаемости, размеру сердечника и квадратному корню из потерь в сердечнике.

При выборе оптимальной обмотки для данной катушки необходимо учитывать два основных эффекта, уменьшающих добротность: резистивный и емкостной. Сопротивление медного провода на очень низкой частоте такое же, как его сопротивление постоянному току. Глубина скин-слоя переменного тока обратно пропорциональна квадратному корню из рабочей частоты. Таким образом, сопротивление проводника переменному току пропорционально f1 / 2. Из-за этого повышенное сопротивление из-за скин-эффекта начнет проявляться на более высоких частотах для меньшего провода и на относительно низкой частоте для большого провода.

В качестве примера, провод №30 начнет видеть повышенное сопротивление до 300 кГц, а провод №40 будет подвержен влиянию около 3 МГц. Это сопротивление дополнительно увеличивается в случае намотанных катушек из-за эффекта близости соседних витков. Чтобы помочь сопротивлению проводника переменному току приблизиться к сопротивлению постоянного тока при умеренной частоте, можно использовать провод Литца.

Литцовый провод состоит из нескольких жилок небольшого изолированного провода, соединенных параллельно на концах и полностью переплетенных.Переплетение необходимо для того, чтобы разные пряди равномерно распределяли ток. Существует значительная разница между истинным производителем Litz и многожильным проводом. Практичная проволока Litz очень эффективна на частотах до 1 МГц. Однако по мере увеличения частоты преимущества начинают исчезать. На очень высокой частоте снижение сопротивления из-за переплетения прядей более чем компенсируется накоплением емкости между прядями. Поскольку сегодня большая часть работ в РФ выполняется на частотах выше 1 МГц, использование Litz-проводов стало довольно редким явлением.

В обмотке накапливающаяся собственная емкость является результатом межвитковой емкости соседних проводов, а также емкости сердечника. Емкость между витками зависит от размера провода, количества витков, а также от расстояния и расположения витков. В общем, емкостные эффекты на Q становятся все более важными при возведении в квадрат частоты (f²). Для тороидальной катушки одним из наиболее важных факторов в управлении емкостным накоплением является ограничение обмотки одним слоем, поскольку собственная емкость тороидальной катушки зависит от количества слоев.Видно, что добавление даже частичного второго слоя резко увеличивает собственную емкость.

Железный порошок — это материал сердечника, хорошо подходящий для высокодобротных стабильных индукторов, используемых в диапазоне частот от 100 кГц до 200 МГц. Для данного материала сердечники большего размера дают более высокую добротность при более низкой частоте, а пики добротности при более низкой частоте при увеличении числа витков — существует оптимизация частоты и обмотки добротности. Для данного размера керна оптимальное значение Q обратно пропорционально проницаемости.

С точки зрения обмотки, чтобы помочь оптимизировать добротность на низкой частоте (<500 кГц), знайте, что резистивные потери являются преобладающими, и поэтому использование лицевого провода является преимуществом. На частотах выше 1 МГц начинают преобладать потери из-за емкостных воздействий, и многослойность очень пагубно сказывается на Q. Обычно можно считать, что полный единственный слой обеспечит наилучший результат.

Чтобы связаться с нашей инженерной группой по вопросам решений Micormetals для высокочастотных приложений, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу applications @ micrometals.com

Преобразование мощности

<1 МГц

Преобразователь мощности (ПК) Железный порошок Радиочастота (RF) Железный порошок Линейный фильтр (НЧ) Железный порошок

Порошковые сердечники с распределенным зазором стали наиболее распространенным материалом сердечника для индукторов в импульсных источниках питания.

Железный порошок — один из наиболее распространенных материалов сердечников, которые используются для производства магнитных компонентов в современных импульсных источниках питания. Это один из наименее дорогих материалов для сердцевины, сравнимый по стоимости с Sendust.

Ядра из порошка железа и сплава

Micrometals представляют собой специально разработанные порошки, получаемые из очень мелких изолированных частиц, которые сжимаются под чрезвычайно высоким давлением для получения твердого ядра. Этот процесс создает магнитную структуру с распределенным воздушным зазором. Присущая железу высокая плотность потока насыщения в сочетании с распределенным воздушным зазором дает материал сердечника с высокой способностью аккумулировать энергию. Процесс уплотнения, используемый для производства порошковых сердечников с распределенным зазором, подходит для изготовления самых разных конфигураций.Тороидальные сердечники, E-сердечники, U-образные сердечники, заглушки и сердечники сборных шин доступны в виде порошка из железа или сплава.

Стержни

Micrometals могут поставляться с нестандартными вариациями высоты существующих размеров посредством регулировки пресса без необходимости использования отдельного инструмента. Пользовательские инструменты также могут быть созданы для изготовления узкоспециализированных форм с типичной стоимостью 1500 долларов за дюйм для основного размера. Порошковые сердечники с распределенным зазором могут изготавливаться с довольно жесткими физическими и электрическими допусками.2 / ueff). В случае материалов сердечника с высокой проницаемостью, таких как ферриты, за счет создания воздушного зазора достигается значительно меньшая проницаемость. Это увеличивает способность сердечника аккумулировать энергию, позволяя сохранять дополнительную энергию в воздушном зазоре.

Конструкции индукторов накопителя энергии будут ограничены либо магнитным насыщением, либо чрезмерным повышением температуры в результате потерь как в обмотке, так и в сердечнике. В случае порошка железа из-за довольно низкой проницаемости, умеренных потерь в сердечнике и характеристик очень постепенного насыщения; конструкции почти всегда ограничены повышением температуры, а не магнитным насыщением.

При выборе провода требуемого диаметра для работы с заданным количеством тока формулы «практического опыта», основанные на круговых мельницах на ампер, обычно неадекватны. Повышение температуры намотанного блока из-за потерь в меди напрямую зависит от размера сердечника, размера провода и характера обмотки.

Несмотря на то, что существует множество приложений с выходными дросселями постоянного тока, которые не имеют достаточного содержания переменного тока для создания каких-либо заметных потерь в сердечнике, большинство дросселей постоянного тока с более высоким напряжением, высокой частотой и катушек индуктивности с коррекцией коэффициента мощности действительно должны учитывать потери в сердечнике.Кроме того, конструкции для индукторов дифференциального режима 60 Гц и резонансных индукторов переменного тока весьма существенно зависят от потерь в сердечнике.

Потери в сердечнике являются результатом воздействия переменного магнитного поля в материале сердечника. Потери, возникающие для данного материала, являются функцией рабочей частоты и полного колебания магнитного потока (∆B). Потери в сердечнике обусловлены гистерезисом, вихревыми токами и остаточными потерями в материале сердечника. Железный порошок имеет более высокие потери в сердечнике, чем некоторые другие более дорогие материалы сердечника, и иногда становится ограничивающим фактором в приложениях с относительно высоким током пульсаций на очень высокой частоте.Следовательно, важно хорошо понимать, как правильно оценивать потери в сердечнике.

Чтобы связаться с нашей инженерной группой по вопросам решений Micormetals для приложений Power Conversion, используйте контактную форму на нашем веб-сайте или отправьте электронное письмо по адресу [email protected]

Преобразование мощности> 1 МГц

Преобразователь мощности (ПК) Сердечники из железного порошка Радиочастота (ВЧ) Железные порошки Линейный фильтр Сердечники из железного порошка

Катушки индуктивности

в топологиях с повышением коэффициента мощности не имеют простых устойчивых форм сигналов.Скорее, высокочастотный сигнал таков, что как пиковое напряжение на катушке индуктивности (E), так и время «включения» (t) постоянно изменяются на протяжении периода основной частоты линии (50 или 60 Гц). Потери в сердечнике в этом случае будут усредненными по времени потерями в сердечнике отдельных импульсов за период линейной частоты. Генерируемая плотность потока зависит от вольт-секунд на импульс, в то время как потери в сердечнике зависят приблизительно от квадрата плотности потока. Чтобы оценить высокочастотные потери в сердечнике в этом типе применения, рекомендуется приблизить среднеквадратичное значение в вольт-секундах в течение периода сетевой частоты.Это обеспечит значение пиковой плотности потока переменного тока, которое будет использоваться с кривыми потерь в сердечнике. Частота — это частота повторения высокочастотного сигнала. В дополнение к высокочастотным потерям в сердечнике в катушке индуктивности с коррекцией коэффициента мощности, основная частота линии также вызывает потери в сердечнике. Эти потери также следует учитывать при определении общих потерь. Поскольку способность сердечников рассеивать тепло (площадь поверхности) изменяется в квадрате с их размером, но тепловыделение сердечников из-за магнитных потерь зависит от его размера в кубе (объеме), физически маленькие сердечники могут рассеивать больше энергии на единицу объема, чем физически большие. ядра.

Когда присутствуют как повышенные переменный ток, так и постоянный ток, возрастающий уровень смещения постоянного тока вызывает снижение проницаемости материалов сердечника, что по мере увеличения уровня переменного тока вызывает повышение проницаемости. Это свойство означает, что выходным дросселям с повышенным уровнем переменного тока потребуется меньше витков, чем можно было бы спрогнозировать, учитывая только влияние постоянного тока.

Катушки индуктивности коррекции коэффициента мощности содержат как ток смещения, так и высокочастотный сигнал более низкого уровня. Эти катушки индуктивности в типичных повышающих топологиях видят как постоянно изменяющийся ток смещения (50 или 60 Гц), так и постоянно меняющиеся условия высокочастотной пульсации.Комбинация этих двух эффектов делает оценку этих катушек индуктивности более сложной, чем у обычных дросселей постоянного тока. Обычно рекомендуется рассматривать ток смещения как постоянный ток. Это обеспечит максимально консервативный дизайн.

Еще одно применение индукторов накопления энергии — в резонансных приложениях переменного тока. Этот тип индуктора приводится в действие всем высокочастотным переменным током. Чтобы поддерживать потери в сердечнике на приемлемом уровне, необходимо минимизировать рабочую плотность потока.Это достигается за счет использования материалов с более низкой проницаемостью, для которых потребуется больше витков, так что такое же падение напряжения (такой же протекающий ток) приведет к более низкой рабочей плотности потока переменного тока. Один из методов снижения эффективной проницаемости и, таким образом, снижения рабочей плотности потока состоит во введении локализованного воздушного зазора. На частотах выше 100 кГц дополнительные «потери в зазоре», создаваемые высокочастотной окантовкой, могут вызвать серьезные проблемы с локальным нагревом. Во многих случаях только «потери в зазоре» могут быть больше, чем рассчитанные потери в сердечнике.Железный порошок производился в течение многих лет для использования в цепях связи большой мощности, работающих от 500 кГц до нескольких МГц. Одним из материалов, набирающих популярность в резонансных источниках питания, является Материал -2. Этот материал имеет проницаемость 10, что помогает поддерживать низкую рабочую плотность потока без создания локальных проблем с потерями в зазоре. На этих высоких частотах использование гибкого провода имеет важное значение для минимизации потерь в обмотке переменного тока.

В то время как материал -2 является предпочтительным материалом для резонансных приложений с частотой выше 20 кГц, материал -30 следует рассматривать для низкочастотных индукторов переменного тока в ИБП очень большой мощности, работающих в диапазоне частот от 1 кГц до 5 кГц.Этот материал обеспечивает хороший баланс проницаемости, потерь в сердечнике, характеристик насыщения и стоимости сердечника.

Линейные фильтры

Сетевой фильтр (LF) Железные порошки Радиочастота (RF) Железные порошки Преобразование энергии (ПК) Железные порошки

Добавление обоих U.С. и международные правила увеличили потребность в эффективной фильтрации основной линии электропередачи. Для этого необходимо контролировать как синфазный, так и дифференциальный (нормальный) шум.

Синфазный шум — это помехи, которые являются общими для положительной и нейтральной линий относительно земли и обычно являются результатом емкостной связи. Дифференциальный шум — это помеха, которая присутствует между положительной и нейтральной линиями и обычно создается переключающими устройствами, такими как транзисторы, тиристоры и симисторы.Этот тип шума легче фильтруется, когда дроссель находится в непосредственной близости от источника шума.

Синфазная фильтрация требует заземления конденсаторов. Правила техники безопасности ограничивают эти конденсаторы относительно низким значением. Это обязательное низкое значение емкости для синфазной фильтрации делает высокое значение индуктивности важным для эффективной фильтрации. Для синфазных катушек индуктивности обычно требуется минимальная индуктивность 1000 мГн, и они чаще всего наматываются в симметричной конфигурации на ферритовый сердечник с магнитной проницаемостью 5000 или выше.Балунная обмотка позволяет компенсировать в сердечнике плотность потока 60 Гц, генерируемую каждой линией, тем самым избегая насыщения. Материалы с более низкой проницаемостью, такие как железный порошок, полезны для синфазных приложений, связанных со значительным дисбалансом линии. В противном случае для большинства синфазных приложений увеличенный размер сердечника, необходимый для обеспечения количества витков, необходимых для достижения требуемой индуктивности, делает эту альтернативу менее привлекательной.

Дифференциальные дроссели обычно имеют одну обмотку, хотя можно установить более одного дифференциального дросселя на сердечник, соединив обмотки в аддитивной конфигурации, а не в симметричной конфигурации.Этот тип дросселя должен поддерживать значительную плотность потока 60 Гц без насыщения и в то же время реагировать на высокочастотный шум. Распределенный воздушный зазор из железного порошка в дополнение к его высокой плотности потока насыщения, превышающей 12000 гаусс (1,2 Тл), делает его хорошо подходящим для этого требования.

Железный порошок испытывает магнитострикцию. Это означает, что по мере намагничивания материал претерпевает очень незначительные изменения в размерах. В приложениях, превышающих звуковые частоты (> 20 кГц), это не имеет значения.Однако в некоторых приложениях с частотой 60 Гц жужжание ядра может быть заметным. Это условие будет более заметно с сердечниками типа E, чем с тороидами. Это также будет более значительным для сигналов, которые были прерваны (регуляторы света, контроллеры двигателей), чем для обычных синусоидальных сигналов. Это также зависит от рабочей плотности потока переменного тока. Конструкция индуктора накопителя энергии ограничена повышением температуры в результате совокупных потерь в меди и сердечнике, а также насыщением сердечника. В то время как материалы -8, -18 и -52 имеют более низкие потери в сердечнике при 60 Гц.

Кроме того, более высокие характеристики потерь в сердечнике материалов -26 и -40 на частотах выше 25 кГц будут давать катушку с низкой добротностью на высокой частоте. Эта характеристика является дополнительным преимуществом, помогающим подавить нежелательные сигналы.

Материалы -26 и -40 обладают хорошей проницаемостью по сравнению с характеристиками плотности потока переменного тока. Значительное увеличение процентной проницаемости для этих материалов может быть значительным преимуществом. Похоже, что это увеличение проницаемости наблюдается в таких приложениях, как диммеры.

Для приложений, где неясно, будет ли высокочастотный сигнал испытывать такое же увеличение проницаемости, как и сигнал 60 Гц, рекомендуется рассматривать сигнал 60 Гц как постоянный ток.

Ферромагниты для высокочастотных трансформаторов: Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания — Компоненты и технологии

Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания — Компоненты и технологии

ФЕРРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ — Coretech — радиоэлектронные компоненты

Конструктивные особенности трансформатора

Узнать еще:

Высокочастотные ферромагнетики — Энциклопедия по машиностроению XXL

Материал взят из книги

Скачать оригинал КНИГИ в хорошем качестве

Применяемые материалы | Трансформаторы малой мощности | Архивы

Трансформатор сердечники — Справочник химика 21

Анализ теплового поведения высокочастотных трансформаторов с использованием метода конечных элементов

Соленоиды и трансформаторы

Ферромагнитные сердечники | Сердечники трансформатора

Magnetics — Ферритовые сердечники

Ферриты — обзор | Темы ScienceDirect

1 Введение

1.1 Мягкие ферриты

1.2 Жесткие ферриты

Приложения по частоте — Micrometals

Радиочастота

Радиочастота> 10 МГц

Преобразование мощности

Преобразование мощности> 1 МГц

Линейные фильтры

Добавить комментарий Отменить ответ