магнитный сердечник — Magnetic core

Магнитный сердечник представляет собой кусок магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью , используемой для удержания и направления магнитных полей в электрических, электромеханических и магнитных устройствах , такие как электромагниты , трансформаторы , электродвигатели , генераторы , катушки индуктивности , магнитные записывающих головки и магнитные узлы. Он изготовлен из ферромагнитного металла , такие как железо, или ферромагнитные соединения , таких как ферриты . С высокой проницаемостью, по сравнению с окружающим воздухом, приводит к тому , силовым линиям магнитного поля , сосредоточены в материале сердцевины. Магнитное поле часто создаются с помощью токопроводящей катушки проволоки вокруг сердечника.

Использование магнитного сердечника может увеличить силу магнитного поля в электромагнитной катушке с коэффициентом нескольких сот раз то , что было бы без сердечника. Однако магнитные сердечники имеют побочные эффекты , которые должны быть приняты во внимание. В переменного тока устройства (AC) они вызывают потери энергии, называемые потери в сердечнике , из — за гистерезиса и вихревых токов в приложениях , таких как трансформаторы и катушки индуктивности. «Мягкие» магнитные материалы с низкой коэрцитивной силой и гистерезиса, такие как кремнистой стали или феррита , как правило , используются в сердечниках.

Основные материалы

Электрический ток через провод , намотанный в виде катушки создает магнитное поле через центр катушки, из — за циркуляционный закон Ампера . Катушки широко используются в электронных компонентах , таких как электромагниты , катушки индуктивности , трансформаторов , электродвигателей и генераторов . Катушка без магнитного сердечника называется «воздушный сердечник» катушка. Добавление кусок ферромагнитного или ферримагнитного материала в центре катушки может увеличить магнитное поле в сотни и тысячи раз; это называется магнитным сердечником. Поле проволоки проникает в материал сердечника, намагничивания его, так что сильное магнитное поле сердечника добавляет к полю , создаваемому проволока. Сумма , которую магнитное поле увеличивается на ядре зависит от магнитной проницаемости материала сердечника. Из — за побочных эффектов , таких как вихревые токи и гистерезис могут привести к частотно-зависимые потери энергии, различные основные материалы используются для катушек , используемых на различных частотах .

В некоторых случаях потери нежелательны и с очень сильными полями насыщения может быть проблема, и «воздух ядро» используются. Бывший по-прежнему может быть использовано; кусок материала, такие как пластик или композитная, которые могут не иметь какую-либо существенную магнитную проницаемости, но которая просто удерживает витки провода на месте.

Твердые металлы

мягкое железо

«Мягкая» ( отожженной ) железа используется в магнитных узлов, постоянного тока (DC) электромагнитов , а в некоторых электродвигателей; и это может создать концентрированное поле, которое так же , как 50 000 раз интенсивнее , чем воздушный сердечник.

Железо желательно , чтобы магнитные сердечники, поскольку он может выдерживать высокие уровни магнитного поля без насыщения (до 2,16 тесла при температуре окружающей среды.) Отожженная железа используется , потому что, в отличии от «жесткого» железа, он имеет низкую коэрцитивную силу и поэтому не остается намагничен , когда поле удаляется, что часто важно в тех случаях , когда магнитное поле требуется , чтобы быть повторно включен.

Из — за электрической проводимости металла, когда твердый цельный металлический сердечник используется в переменный ток (AC) приложений , таких как трансформаторы и катушки индуктивности, изменение магнитного поля вызывает большие вихревые токи , циркулирующие внутри нее, замкнутые петли электрического тока в плоскости , перпендикулярной полю. Ток , протекающий через сопротивление металла нагревает его джоулев тепло , в результате чего значительных потерь мощности. Таким образом, твердые ядра железа не используются в трансформаторах или индукторах, они заменяются ламинированными или порошкообразными железными сердечниками, или непроводящими ядрами , такими как феррит .

Ламинированный кремнистая сталь

(слева) вихревые тока ( I, красный ) в пределах твердого ядра железа трансформатора. (справа) Создание ядра из тонких пластин параллельно поля ( В, зеленый ) с изоляцией между ними уменьшают вихревые тока. На этой диаграмме поля и тока показаны в одном направлении, но они на самом деле обратное направление с переменным током в обмотке трансформатора.

Для того , чтобы уменьшить потери от вихревых токов , упомянутых выше, большинство трансформаторов и индукторы мощности низкой частоты используют ламинированные сердечники, изготовленные из штабеля тонких листов кремнистой стали :

слоистость

Типичное Ламинирование EI.

Ламинированные магнитные сердечники выполнены из штабеля тонких железных листов , покрытых изолирующим слоем, лежащий в максимально возможной степени параллельно с линиями потока. Слои изоляции служат в качестве барьера для вихревых токов, так что вихревые токи могут течь только в узких петель в пределах толщины каждого отдельного ламинирования. Так как ток в вихретоковой петле пропорционален площади петли, это предотвращает большую часть тока , протекающих от, снижая вихревые тока до очень малого уровня. Так как мощность , выделяемая пропорциональна квадрату тока, преодолев большое ядро в узкие ламинаций уменьшает потери мощности резко. Исходя из этого, можно заметить , что чем тоньше слоистые, тем меньше потерь на вихревые токи.

Кремний легирование

Небольшое добавление кремния к железу (около 3%) приводит к резкому увеличению этого удельного сопротивления металла, в четыре раза выше. Чем выше сопротивление уменьшает вихревые токи, так что кремнистой стали используют в трансформаторных сердечников. Дальнейшее увеличение концентрации кремния ухудшает механические свойства стальных, вызывая трудности для прокатки из — за хрупкости.

Среди двух типов кремнистой стали , ориентированные зерна (GO) и зерна неориентированного (GNO), ГО является наиболее желательным для магнитных сердечников. Это анизотропное , предлагая лучшие магнитные свойства , чем GNO в одном направлении. Так как магнитное поле в индуктивности и трансформаторных сердечников всегда в том же направлении, что является преимуществом в использовании текстурированной стали в предпочтительной ориентации. Вращающиеся машины, где направление магнитного поля можно изменить, не получает никакой пользы от трансформаторной стали.

Специальные сплавы

Семейство специализированных сплавов существует для магнитных основных приложений. Примерами являются мю-металла , пермаллой и супермаллой . Они могут быть изготовлены в виде штампованных или в виде длинных лент для сердечников ленты раны. Некоторые сплавы, например сендаст , изготовлены в виде порошка и спекают в форме.

Многие материалы требуют тщательной термической обработки для достижения своих магнитных свойств, и потерять их при воздействии механических или термических злоупотребления. Например, проницаемость мю-металл возрастает примерно в 40 раз после отжига в атмосфере водорода в магнитном поле; последующие резкие изгибы нарушить ее выравнивание зерна, что приводит к локализованной потере проницаемости; это может быть восстановлено путем повторения стадии отжига.

Стекловидное металла

Аморфный металл представляет собой разновидность сплавов (например , Metglas ) , которые не являются кристаллическими или стекловидными. Они используются для создания трансформаторов высокой эффективности. Материалы могут быть очень отзывчивым к воздействию магнитных полей для низких потерь на гистерезис, и они также могут иметь более низкую проводимость , чтобы уменьшить потери от вихревых токов. Китай в настоящее время делает широкое использование промышленной и энергосистемы этих трансформаторов для новых установок.

Порошковые металлы

Порошковые сердечники состоят из металлических зерен, смешанных с подходящим органическим или неорганическим связующим, и прессуют до нужной плотности. Более высокая плотность достигается при более высоком давлении, и меньшим количеством связующего вещества. Ядра более высокой плотности имеют более высокую проницаемость, но меньшее сопротивление и, следовательно, более высокие потери из-за вихревых токов. Более мелкие частицы допускают работу при более высоких частотах, так как вихревые токи в основном ограничивается в пределах отдельных зерен. Покрытие из частиц с изолирующим слоем, или их разделением с тонким слоем связующего вещества, снижает потери от вихревых токов. Присутствие более крупных частиц может привести к снижению производительности высокой частоты. Проницаемость зависит от расстояния между зернами, которые образуют распределенный воздушный зазор; тем меньше зазор, тем выше проницаемость и менее мягкие насыщения. Из-за большую разность плотностей, даже небольшое количество связующего, вес-накрест, может значительно увеличить объем и, следовательно, расстояние между межзеренным.

Снижение проницаемости материалы лучше подходят для более высоких частот, из-за балансировки сердечника и обмотки потерь.

Поверхность частиц часто окисляется и покрывается фосфатным слоем, чтобы обеспечить их взаимной электрической изоляции.

Железо

Порошкообразное железо является дешевым материалом. Он имеет более высокую , чем потери в сердечнике более продвинутых сплавов, но это может быть компенсирована за счет изготовления сердечника больше; предпочтительно , где стоимость является более важной , чем массы и размера. Насыщенность потока приблизительно от 1 до 1,5 тесла. Относительно высокий гистерезис и потери на вихревые токи, работа ограничена более низких частот (прибл. Ниже 100 кГц). Используется в индукторов хранения энергии, выходные дроссели постоянного тока, дифференциальный режим дроссели, регулятор симистор дроссели, дроссели для коэффициента мощности коррекции, резонансных катушек, и пульс и строчный трансформатор.

Связующее используется, как правило, на основе эпоксидной или другой органической смолы, чувствительны к тепловому старению. При более высоких температурах, обычно выше 125 ° С, связующее вещество деградирует и основные магнитные свойства могут быть изменены. С более термостойких связующих ядра может быть использовано до 200 ° C.

порошковые сердечники железа являются наиболее часто доступны в виде тороидов. Иногда в качестве Е, EI, и стержней или блоков, используемых главным образом в мощных и сильноточных частях.

Карбонильного железа значительно дороже водорода с уменьшенным содержанием железа.

карбонильного железа

Порошковые сердечники из карбонильного железа , с высокой степенью чистоты железа, обладают высокой стабильностью параметров в широком диапазоне температур и магнитного поток уровней, с отличными добротностями между 50 кГц и 200 МГц. Порошки карбонильного железа в основном состоят из микронных размеров сфер железа , покрытого тонким слоем электрической изоляции . Это эквивалентно микроскопическом ламинированного магнитной цепи (см кремнистой стали, выше), следовательно , уменьшения вихревых токов , в частности , на очень высоких частотах. Карбонильного железа имеет более низкие потери , чем водорода с уменьшенным содержанием железа, но и меньшую проницаемость.

Популярное применение карбонильного железа на основе магнитных сердечников в высокочастотных и широкополосных индукторах и трансформаторах , особенно более высоких мощности.

Карбонильного железа сердечники часто называют «RF» сердечники.

В качестве подготовленных частиц, «Е-тип» и имеет лук-как кожа, с концентрическими оболочками разделены зазором. Они содержат значительное количество углерода. Они ведут себя так, гораздо меньше, чем их внешний размер должен предложить. Частицы «типа С» могут быть получены путем нагревания тех Е-типа в атмосфере водорода при 400 ° С в течение длительного времени, что приводит к безуглеродным порошкам.

Водород-восстановленное железо

Порошковые сердечники , изготовленные из водорода восстановленного железа имеют более высокую проницаемость , но более низкую , чем Q карбонильного железа. Они используются в основном для электромагнитных помех фильтров и низкочастотных дросселей, главным образом , в коммутируемых источниках питания .

Ядра железа водорода с уменьшенным содержанием часто называют «силовые жилы».

МРР (molypermalloy)

Сплав около 2% молибдена , 81% никеля и 17% железа. Очень низкие потери в сердечнике, низкий гистерезис и , следовательно , низкое искажение сигнала. Очень хорошая температурная стабильность. Высокая цена. Максимальный поток насыщения около 0,8 Тл. Используется в высокодобротных фильтрах, резонансных контуры, погрузочные катушки, трансформаторы, дроссели и т.д.

Материал был впервые представлен в 1940 году, используется в загрузочных катушках для компенсации емкости в длинных телефонных линиях. Он может использоваться до примерно 200 кГц до 1 МГц, в зависимости от поставщика. Это по — прежнему используется в надземных телефонных линиях, из — за его температурную стабильность. Подземные линии, где температура более стабильна, как правило, используют ферритовые сердечники из — за их низкую стоимость.

Высокоскоростной поток (Ni-Fe)

Сплав примерно 50-50% никеля и железа. Высокая аккумулирования энергии, плотность потока насыщения около 1,5 Тл. Остаточная плотность потока близка к нулю. Используется в устройствах с высоким током смещением постоянного тока (линия шум фильтрами или индукторами в переключении регуляторов) или, где низкая плотность остаточного потока требуется (например, импульсный и строчный трансформатор, высокая насыщенность подходит для однополярного привода), особенно там, где ограниченное пространство. Материал может использоваться примерно до 200 кГц.

Сендаст, KoolMU

Сплав 6% алюминия, 9% кремния и 85% железа. Основные потери выше , чем MPP. Очень низкая магнитострикции , делает низкий звуковой шум. Теряет индуктивность с повышением температуры, в отличие от других материалов; может быть использовано в сочетании с другими материалами , в качестве композитного сердечника, для температурной компенсации. Насыщенность потока около 1 Тл. Хорошая стабильность температуры. Используется в импульсных источников питания, импульсные и строчный трансформатор, рядный фильтры помех, свинг дроссели, а также в фильтрах в контроллерах фазе обжига (например , диммеры) , где низкий уровень акустического шума имеет большое значение.

Отсутствие результатов никеля в более легкой обработке материала и его более низкая стоимость, чем как высокий поток и MPP.

Материал был изобретен в Японии в 1936 году Он может использоваться до примерно 500 кГц до 1 МГц, в зависимости от поставщика.

нанокристаллических

Нанокристаллического сплава стандартного железо-бор-кремниевого сплава, с добавлением небольших количеств меди и ниобия . Размер зерен порошка достигает до 10-100 нанометров. Материал имеет очень хорошую производительность при более низких частотах. Он используется в дросселях для инверторов и при высоких мощности. Он доступен под названиями , как , например , Nanoperm, Vitroperm, Hitperm и FINEMET.

керамика

феррит

Ферритовые керамики используются для высокочастотных применений. Ферритовые материалы могут быть сконструированы с широким диапазоном параметров. В керамике, они, по существу , изоляторы, который предотвращает вихревые токи, хотя потери , такие как потери на гистерезис все еще может произойти.

Воздух

Катушка , не содержащий магнитный сердечник, называется воздушным сердечником . Это включает в себя катушки , намотанные на пластмассовой или керамической формы в дополнение к тем , которые изготовлены из жесткой проволоки , которые являются самонесущими и имеют воздух внутри них. С воздушным сердечником катушка обычно имеет гораздо меньшую индуктивность , чем аналогичного размер ферромагнитных сердечника катушки, но используется в радиочастотных схемах , чтобы предотвратить потери энергии , называемые потерями в сердечнике , которые происходят в магнитных сердечниках. Отсутствие нормальных потерь в сердечнике позволяет более высокий коэффициент Q , так что с воздушным сердечником катушка используется в высоких частотах резонансных контурах , например, до нескольких мегагерц. Однако потери , такие как эффект близости и диэлектрические потери все еще присутствуют. Воздушные сердечники также используется при напряженности поля выше примерно 2 Тесла необходимы , поскольку они не подвержены насыщению.

Часто используемые структуры

Прямой цилиндрический стержень

Ферритовые стержни представляют собой простые цилиндры феррита, которые могут быть намотаны вокруг.

Чаще всего сделаны из феррита или порошкообразного железа, и используются в радио , особенно для настройки в индуктор . Катушка намотана вокруг стержня или формы катушки со стержнем внутри. Перемещение штока в или из катушки изменяет поток через катушку, и может быть использовано для регулировки индуктивности . Часто стержень с резьбой , чтобы обеспечить регулирование с помощью отвертки. В радиолиний, капля воска или смолы используют один раз индуктор был настроен , чтобы предотвратить ядро от перемещения.

Наличие сердечника с высокой проницаемостью увеличивает индуктивность , но магнитные силовые линии должны по- прежнему проходит через воздух с одного конца стержня к другому. Путь воздуха гарантирует , что индуктор остается линейным . В этом типе катушки индуктивности излучения происходит в конце стержня и электромагнитных помех может быть проблемой в некоторых обстоятельствах.

Одножильный «Я»

Как цилиндрический стержень, но квадрат, редко используется самостоятельно. Этот тип ядра, скорее всего, можно найти в катушках зажигания автомобиля.

«С» или ядро ​​«U»

U и С — образных сердечников используются с I или другого C или U ядра , чтобы сделать квадрат закрытым сердечника, самый простой закрытой основной формы. Обмотки могут быть поставлены на одну или обе ноги сердечника.

U-образного сердечника, с острыми углами

С-образного сердечника, с закругленными углами

«Е» ядро

Е-образного сердечника больше симметричные решения образуют замкнутую магнитную систему. Большая часть времени, электрическая цепь намотана вокруг центральной ножки, чья площадь поперечного сечения вдвое больше, чем каждая отдельной внешней ветви. В сердечниках трансформатора 3-фазы, ножки имеют одинакового размера, и все три ног намотаны.

Классическая E ядро

В EFD» сердечника позволяет конструкции индукторов или трансформаторов с более низким профилем

ETD сердечник имеет цилиндрическую центральную ногу.

ЕР ядро находится на полпути между Е и горшком ядром

«E» и «I» ядро

Листы из подходящего железа штампа в формах , такие как ( без засечек ) букв «Е» и «Я», уложенные с «Я» против открытого конца «Е» с образованием 3-ножками структурой. Катушки могут быть намотаны вокруг любой ноги, но , как правило, используется центральная ножка. Этот тип сердечника часто используется для силовых трансформаторов, автотрансформаторов, и катушки индуктивности.

Строительство индуктора с использованием двух ER сердечников, пластиковая шпульки и два зажима. Бобины имеют штифты , чтобы быть припаяны к печатной плате .

Пара «Е» ядер

Опять же используется для железных сердечников. Аналогично с помощью «E» и «Я» вместе, пара ядер «Е» будет вмещать больший каркас катушки и может производить большую катушку индуктивности или трансформатор . Если требуется воздушный зазор, центральная ножка «Е» сокращаются так , что воздушный зазор находится в середине катушки , чтобы свести к минимуму ореолов и уменьшить электромагнитные помехи .

ядро Planar

Плоский сердечник состоит из двух плоских кусков магнитного материала, расположенные один над одним и ниже катушкой. Это , как правило , используется с плоской катушкой , которая является частью печатной платы . Такая конструкция отлично подходит для массового производства и позволяет высокая мощность , малый объем трансформатор должны быть построена по низкой стоимости. Это не так , как идеал либо ядра горшка или тороидальный сердечник , но стоит меньше производить.

Плоское ядро ​​«E»

Плоский индуктор

В разобранном виде, который показывает спиральную дорожку, перечисляемых непосредственно на печатной плате

ядро Pot

Обычно феррит или аналогичный. Это используется для катушек индуктивности и трансформаторов . Форма сердечника горшка круглая с внутренней пустотой , что почти полностью окружает катушку. Обычно основной бак сделан из двух половинок , которые совмещаются вокруг катушки первого ( бобины ). Такая конструкция сердечника имеет экранирующий эффект, предотвращающий излучение и уменьшая электромагнитные помехи .

Горшок ядро ​​типа «RM»

Регулярное Горшок ядро

ядро тороидального

Эта конструкция основана на тороид (такую же форму , как пончик ). Катушка намотана через отверстие в торе и вокруг него снаружи. Идеальная катушка распределяется равномерно по всей окружности тора. Симметрии этой геометрии создает магнитное поле круговых петель внутри сердечника, и отсутствие резких изгибов будет сдерживать практически все поля на материал сердцевины. Это не только делает весьма эффективный трансформатор , но и уменьшает электромагнитные помехи , излучаемые катушки.

Тороидальный сердечник

Это является популярным для применений , в которых желательные характеристики: высокая удельная мощность в массе и объеме , низкий гул сети и минимальным электромагнитным помехам . Одним из таких применений является блок питания для привет-фантастического аудио усилителя . Основной недостаток , что ограничивает их применение для общего применения является неотъемлемой трудностью намотки проволоки через центр тора.

В отличии от расщепленного ядра (ядро состоит из двух элементов, как пара Е ядер), специализированная техника требуется для автоматизированной намотки тороидального сердечника. Тороиды меньше слышимый шум, например, сетевой шум, так как магнитные силы не оказывают изгибающий момент на ядре. Ядро только при сжатии или растяжении, а круглая форма является более стабильной механическим способом .

Кольцо или гранула

С левой стороны , не-регулируемый ферритом стержень с соединительными проводами приклеен к концам. Справа, формованный ферритовый стержень с отверстиями, с одной проволокой с резьбой через отверстие. Ферритовое кольцо на кабеле данных компьютера.

Кольцо, по существу, идентичны по форме и характеристикам тороида, за исключением того, что индукторы обычно проходят только через центр сердечника, без упаковки вокруг сердечника несколько раз.

Сердечника кольца также может состоять из двух отдельных С-образных полушарий обеспеченных вместе в пластиковой оболочке, что позволяет ему быть размещена на готовых кабелях с крупными разъемами уже установлен, что помешало бы резьбу кабеля через небольшой внутренний диаметр твердого кольца ,

_Л значение

_L значение конфигурации ядра часто указывается производителями. Зависимость между индуктивностью и A _L число в линейной части кривой намагничивания определяется как:

Lзнак равноN2AL{\ Displaystyle л = п ^ {2} A_ {L}}

где п число витков, L индуктивность (например , в нГн) и А _л выражается в индуктивности в свою очередь , квадрат (например , в нГн / п ² ).

потери в сердечнике

Когда сердечник подвергают изменяющегося магнитного поля, как это происходит в устройствах , которые используют переменный ток , такие как трансформаторы , катушки индуктивности , и двигатели переменного тока и генераторы переменного тока , некоторые силы , которые в идеале быть переданы через устройство теряется в ядре, рассеивается в виде тепла , а иногда и шума . Потери часто описываются как в трех категориях:

гистерезисные потери

Когда магнитное поле через сердечник изменения, намагниченность изменяется материал сердцевины с помощью расширения и сжатия крошечных магнитных доменов он состоит, из — за движение доменных стенок . Этот процесс вызывает потери, поскольку доменные стенки получают «зацепили» на дефектах в кристаллической структуре , а затем «привязать» мимо них, рассеивая энергию в виде тепла. Это называется гистерезисные потери . Это можно видеть на графике В области по сравнению с H поля для материала, который имеет форму замкнутой петли. Чистая энергия , которая течет в катушку индуктивности , выраженной в отношении к характеристике BH сердечника показана уравнение

Wзнак равно∫(NAсdВ(T)T)(ЧАС(T)LмN)dTзнак равно(AсLм)∫ЧАСdВ{\ Displaystyle W = \ Int {\ влево (nA_ {C} {\ гидроразрыва {дБ (т)} {т}} \ справа) \ влево ({\ гидроразрыва {Н (т) L_ {т}} {п} } \ справа) дт} = (А_ {C} L_ {т}) \ Int {Hdb}}

Это уравнение показывает , что количество энергии теряется в материале в одном цикле приложенного поля пропорционально площадь внутри петли гистерезиса . Так как потери энергии в каждом цикле постоянна, потери гистерезиса мощности увеличивать пропорционально с частотой . Окончательное уравнение для потери гистерезиса мощности является

пЧАСзнак равно(е)(AсLм)∫ЧАСdВ{\ Displaystyle Р- {H} = (е) (А_ {C} L_ {т}) \ Int {Hdb}}

Потери на вихревые токи

Если сердечник электрически проводящим , изменение магнитное поле индуцирует циркулирующие петли тока в нем, называется вихревые токи , в результате электромагнитной индукции . Петли текут перпендикулярно к оси магнитного поля. Энергия токов рассеивается в виде тепла в сопротивлении материала сердцевины. Потери мощности пропорциональна площади петли и обратно пропорциональна удельному сопротивлению материала сердцевины. Потери тока Вихревые может быть уменьшена путем выполнения сердечник из тонких пластин , которые имеют изоляционное покрытие, или в качестве альтернативы, что делает сердцевину из магнитного материала с высоким электрическим сопротивлением, как феррит .. Большинство магнитных сердечников , предназначенные для преобразователя мощности используют приложение ферритовых сердечников по этой причине.

Аномальные потери

По определению, эта категория включает в себя любые потери в дополнении к вихретоковым и гистерезисным потерям. Это также может быть описано как расширение петли гистерезиса с частотой. Физические механизмы аномальной потери включают локализованные вихревые токи эффекты вблизи движущихся доменных стенок.

Уравнение Легг в

Уравнение известно как уравнение модели Легга — х годах магнитного материала потери в сердечнике при низких потока плотностей. Уравнение имеет три компонента: потери гистерезиса, остаточные и вихревых токов, и задается

рпеременный токμLзнак равноaВМаксимуме+се+ее2{\ Displaystyle {\ гидроразрыва {R _ {\ {Текст ас}}} {\ мкл}} = {ав _ \ {Текст макс}} + е + ср эф ^ {2}}

где

коэффициенты Steinmetz

Потери в магнитных материалах можно характеризовать коэффициентами Steinmetz, которые, однако, не принимают во внимание изменчивость температуры счета. Материальные производители предоставляют данные о ключевых потерь в табличной и графической форме для практических условий использования.

Смотрите также

Рекомендации

• Arnold Engineering Company (й), MPP Сердечники , Маренго, IL: Arnold Engineering Company

внешняя ссылка

Память на магнитных сердечниках — Википедия

Матрица ферритовой памяти суперкомпьютера CDC 6600 (1964). Размер 10,8 × 10,8 см, ёмкость 4096 бит

Память на магнитных сердечниках (англ. magnetic core memory) или ферритовая память (англ. ferrite memory) — запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников, обычно имеющих форму кольца. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило (в зависимости от конструкции запоминающего устройства) от двух до четырёх проводов для считывания и записи информации. Память на магнитных сердечниках была основным типом компьютерной памяти с середины 1950-х и до середины 1970-х годов.

Существовало несколько вариантов памяти на магнитных сердечниках.

Биакс[править | править код]

Биакс (от лат. bi- — два и axis — ось) — ферритовый сердечник с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями. Считывание информации с биакса осуществляется без разрушения информации, таким образом не требуется время на её восстановление. Использовался в некоторых ЭВМ семейства БЭСМ.

Схема совпадения токов^{[уточнить]}[править | править код]

X, Y — провода возбуждения, S — считывания, Z — запрета Матрица памяти на магнитных сердечниках

Схема с кольцеобразными сердечниками и четырьмя проводниками работает по принципу совпадения токов. Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре провода: два провода возбуждения X и Y, провод запрета Z под углом 45°, провод считывания S под углом 90°. Для считывания значения бита на провода возбуждения подаётся импульс тока таким образом, что сумма токов через отверстие сердечника приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определённое направление независимо от того, какое направление она имело до этого. Значение бита можно определить, измерив ток на проводе считывания: если намагниченность сердечника изменилась, то в проводе считывания возникает индукционный ток.

Процесс считывания (как и в запоминающей ЭЛТ) разрушает сохранённую информацию, следовательно, бит после считывания необходимо записать повторно.

Для записи на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении и намагниченность сердечника меняет направление (относительно того, которое она имеет после считывания). Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания.

Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников, нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X₁…X_N и Y₁…Y_N. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно.

Силу тока в проводах возбуждения и материал сердечника подбирают так, чтобы тока через один провод не хватило бы для изменения намагниченности сердечника. Это необходимо, поскольку на один провод возбуждения нанизано несколько десятков сердечников, а менять направление намагниченности нужно только в одном из них. Следует отметить, что минимальная сила тока, которая может изменить намагниченность сердечника, зависит от температуры сердечника. Производители компьютерной техники решали эту проблему по-разному. Компьютеры серии PDP фирмы DEC регулировали силу тока возбуждения при помощи термистора. В компьютерах IBM матрицы памяти помещались в воздушную «духовку» или в масляную ванну^[1], в которой поддерживалась постоянная высокая температура.

Другие варианты[править | править код]

Существовали и другие варианты ферритовой памяти, отличающиеся как по проводке, так и по конфигурации сердечников. Например, функции считывания и запрета можно было совместить в один провод.

В некоторые компьютеры — например, в Packard Bell 440 и в некоторые ЭВМ семейства БЭСМ — ставили память не с кольцеобразными сердечниками, а с биаксами. У биакса было два перпендикулярных отверстия; через одно проходил провод считывания, через другое — провод записи. Такая схема позволяла прочесть бит без разрушения информации.^[2]

Идея запоминающего устройства в виде матрицы ферритовых сердечников впервые возникла в 1945 году у Джона Преспера Экерта, одного из создателей ЭНИАКа. Его отчёт широко циркулировал среди американских компьютерных специалистов. В 1949 году Ван Ань и Во Вайдун — молодые сотрудники Гарвардского университета китайского происхождения — изобрели сдвиговый регистр на магнитных сердечниках (Ван назвал его «устройством, управляющим передачей импульсов» — pulse transfer controlling device) и принцип «запись — считывание — восстановление», который позволил использовать сердечники, у которых процесс считывания разрушает информацию. В октябре 1949 года Ван подал заявку на патент, и получил его в 1955 году.^[3] К середине 1950-х память на магнитных сердечниках уже получила широкое распространение. Ван подал в суд на IBM, и IBM пришлось выкупить патент у Вана за $500 000.

Тем временем, Джей Форрестер в Массачусетском технологическом институте работал над компьютерной системой Whirlwind («Вихрь»). Изначальные планы использовать память на матрице запоминающих ЭЛТ к успеху не привели. В 1949 году, также как и у Вана, у Форрестера возникла идея о памяти на магнитных сердечниках. Согласно утверждениям самого Форрестера, он пришел к этому решению независимо от Вана. В марте 1950 года Форрестер со своей командой разработал ферритовую память, работающую по принципу совпадения токов; предложенная им схема с четырьмя проводами — X, Y, считывание, запрет — стала общепринятой (см. описание выше). В мае 1951 года Форрестер подал заявку на патент, и получил его в 1956 году.^[4]

В 1970 году Intel выпустила память DRAM на полупроводниковой микросхеме. В отличие от памяти на магнитных сердечниках, память на микросхемах не требовала мощного источника питания при работе и кропотливого ручного труда при производстве, а её ёмкость росла экспоненциально согласно закону Мура. Таким образом в 1970-х годах память на магнитных сердечниках была вытеснена с рынка.

Однако, в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боялись радиации и электромагнитного импульса, и поэтому память на магнитных сердечниках некоторое время продолжали использовать в военных и космических системах — в частности, её использовали в бортовых компьютерах Шаттлов до 1991 года.^[5]

Следы эпохи повсеместного распространения ферритовой памяти остались в компьютерном термине core dump (букв. «распечатка содержимого сердечников»), а также «прошивка» (запись в память). В современных Unix- и Linux-системах так называется файл, в который операционная система для отладки сохраняет содержимое рабочей памяти процесса.

Устройство модуля памяти на магнитных сердечниках в винтажном мейнфрейме IBM 1401

Модуль ферритовой памяти на 4000 символов в мейнфрейме IBM 1401

Мейнфрейм IBM 1401 был представлен в 1959 году, а к середине 60-х стал самым популярным компьютером в мире, намного опережая конкурентов. Особым спросом он пользовался у среднего и крупного бизнеса, в силу своей дешевизны. Ключевым фактором успеха 1401 была его память на магнитных сердечниках (ферритовая память) на 4000 символов, где данные хранились на крошечных намагниченных ферритовых кольцах — сердечниках.

Модуль памяти (см. фото вверху) на удивление сложно устроен, с тысячами маленьких сердечников, закреплённых на красной электропроводке. В этой статье мы детально углубимся в его устройство.

Мейнфрейм IBM 1401 середины 60-х. Справа построчный принтер 1403, на заднем плане ленточный накопитель 792

Мейнфрейм IBM 1401 имеет размер примерно как два холодильника. Чтобы добраться до модуля памяти, нужно распахнуть переднюю дверцу, как показано внизу. Консольные коммутаторы, лампочки и провода остаются слева. Сам модуль памяти в центре, по большей части закрыт коричневой печатной платой.

Открыв панель (слева) на мейнфрейме 1401, мы видим модуль памяти на магнитных сердечниках (в центре)

Диаграмма внизу показывает, как хранится в памяти символ ‘A’. Каждому биту в памяти соответствует своё ферритовое кольцо или сердечник. Эти сердечники можно намагнитить в одном или двух направлениях, что соответствует биту 0 или 1. Сердечники сгруппированы в решётку из 4000 штук, которая называется «уровень» (plane). Чтобы обратиться к определённому адресу, активируются провода X и Y, выбирая сердечник, который находится на их пересечении. Каждый уровень хранит один бит данных по данному адресу, и они сложены так, чтобы хранить один символ. Вы можете предположить, что 8 уровней используются для хранения байта, но IBM 1401 создавалась до повсеместного применения байтов и использует 6-битные символы на двоично-десятичном коде (BCD, binary-coded decimal). В каждой локации также хранится бит специальных метаданных, который называется «отметка слова» (word mark), соответствующая началу поля или инструкции. Добавим бит чётности – и получаем хранилище на восемь бит по каждому адресу.

Диаграмма из справочного руководства показывает, как хранится в памяти символ ‘A’

Поскольку IBM 1401 был компьютером для бизнеса, он использовал десятичную арифметику, а не двоичную; каждый символ представляет собой двоично-десятичный код, вместе с двумя дополнительными «битами зоны» для буквенно-цифровых символов. Мейнфрейм применял адреса из трёх цифр, казалось бы, он может получить доступ только к тысяче локаций. Но хитрость в том, что два бита зоны для разряда сотен давали тысячный разряд от 0 до 3. Как следствие, адреса выше 1000 становились буквенно-цифровыми вместо цифровых; локация 2345 обозначалась как L45.

Свойства ферритовых сердечников

Физические свойства ферритовых сердечников критически важны для функционирования памяти, поэтому очень важно понимать их. Во-первых, если по проводу через сердечник проходит сильный ток, то сердечник намагнитится в соответствии с направлением тока (по правилу буравчика). Ток в одном направлении запишет в сердечник «единицу», ток в противоположном направлении вызовет противоположное намагничивание и запишет в сердечник «ноль».

Гистерезис — ключевое свойство сердечника: ток должен превысить определённый порог, чтобы повлиять на намагничивание сердечника. Малый ток не окажет никакого эффекта, но ток выше порога приведёт к «щелчку» с переходом в намагниченное состояние в соответствии с направлением тока.

Крупный план ферритовых сердечников IBM 1401 с 4K памяти. Четыре провода проходят через каждый сердечник: два провода возбуждения X и Y, S (sense, провод считывания) и Z (inhibit, провод запрета)

Свойство гистерезиса делает возможным выбор конкретного сердечника. «Половинный» ток направляется по соответствующему проводу возбуждения X, и «половинный» ток — по соответствующему проводу возбуждения Y. Таким образом, только единственный сердечник среди тысяч остальных получит ток, достаточный для изменения своего состояния.

Последнее важное свойство заключается в том, что когда сердечник изменяет направление намагниченности, он индуцирует ток в проводе считывания, проходящем через этот сердечник. Если направление намагниченности не изменяется, то никакого тока там нет. Этот индуцированный ток используется для считывания состояния бита памяти. Как следствие, при считывании информации с сердечника информация стирается и должна быть перезаписана.

Структура уровня с сердечниками

Каждый уровень состоит из 4000 сердечников, расположенных в сетке 50х80. Чтобы уменьшить наводки, ферритовые сердечники расположены в шахматном порядке, где каждый сердечник находится диагонально в противоположном направлении от своих соседей. Четыре провода проходят через каждый из них. Горизонтальные провода — провода возбуждения X и провода запрета Z, которые используются для записи. Вертикальные провода — провода возбуждения Y и провода считывания S. Провода возбуждения X и Y идут через все уровни, так что все уровни доступны параллельно.

Ферритовая память IBM 1401. Каждый уровень содержит 4000 сердечников в сетке 80х50

Чтобы прочитать состояние бита памяти, провода возбуждения X и Y намагничивают выбранные сердечники в направлении «0». Если сердечник до этого был в состоянии «1», то изменение состояния индуцирует ток в проводе считывания S. Если сердечник и так был был в состоянии «0», никакого тока не индуцируется. Таким образом, провод считывания позволяет определить, какой бит хранится в памяти. Процедура считывания уничтожает предыдущее состояние сердечника, переводя его в состояние «0». На каждом уровне есть провод считывания, протянутый через все сердечники уровня.

Для записи информации ток в противоположном направлении направляется через провода возбуждения X и Y для намагничивания сердечника в состояние «1». Чтобы сохранить сердечник в состоянии «0», ток направляют по проводу запрета этого уровня. Провод запрета проходит через все сердечники уровня параллельно проводам возбуждения X. При наличии тока в противоположном направлении в проводе запрета ток в проводе X компенсируется и состояние сердечника остаётся неизменным. Ток запрета слишком мал, чтобы сам по себе изменить состояние бита, так что остальные сердечники не обнуляются.

Диаграмма внизу демонстрирует топологию уровня в модуле памяти на магнитных сердечниках IBM 1401. Большинство сердечников вырезано из диаграммы, на что указывают серые пунктирные линии. Стороны уровня обозначены буквами от A до D, в соответствии с документацией 140. На сторонах A и C расположено по 56 контактов, в то время как на сторонах B и D — по 104 контакта. Не все контакты подключены.

Топология проводов в уровне модуля памяти на магнитных сердечниках IBM 1401

Провода возбуждения X обозначены зелёным цветом, а провода возбуждения Y — красным. Провода возбуждения управляются сложным способом через матричные коммутаторы, так что адреса сердечников расположены не последовательно. Каждый матричный коммутатор получает два набора входящих линий и активирует исходящий ток ток в зависимости от входящих значений. Матричный коммутатор из 5х10 проводов возбуждения X имеет пять входящих линий по горизонтали и десять входящих линий по вертикали, выдавая 50 исходящих значений, которые соответствуют проводам возбуждения X. Десять входящих линий по вертикали соответствуют разряду единиц, а пять горизонтальных — цифре чётных сотен.

Матричный коммутатор из 8х10 проводов возбуждения Y имеет восемь входящих линий по горизонтали и десять входящих линий по вертикали, выдавая 80 исходящих значений, которые соответствуют проводам возбуждения Y. Десять входящих линий по вертикали соответствуют разряду десятков, а восемь горизонтальных — хитрая комбинация одновременно нечётных сотен и тысяч.

Схема может показаться слишком сложной, но она сводит к минимум количество оборудования, необходимого для декодирования адресов в памяти.

Каждая половина уровня (0-1999 и 2000-3999) оснащена отдельной петлёй провода считывания, но обычно они соединены вместе. Два провода считывания показаны синим цветом и установлены в направлении Y. Провода считывания аккуратно расположены, чтобы не пострадать от наводок. Провода пересекаются посередине, чтобы аннулировать наводки от проводов возбуждения Y — провода считывания проходят в противоположном направлении вдоль половины каждого провода возбуждения Y, так что любой индуцированный сигнал сведён на нет. Вдобавок, провода считывания скручиваются на выходе с середины уровня, чтобы избежать наводок. (Многие другие системы памяти на магнитных сердечниках избегают наводок за счёт протяжения проводов считывания диагонально, но в 1401 используется прямоугольная планировка).

На каждой половине уровня есть отдельный провод запрета. Два провода запрета показаны коричневым цветом и проходят рядом с проводами возбуждения X, которые они и должны блокировать. Два провода обычно управляются отдельно для уменьшения наводок, но у них одинаковый сигнал. Поскольку провода запрета меняют направление в каждом ряду, альтернативные провода возбуждения X тоже имеют разное направление тока в каждом ряду.

Как память на магнитных сердечниках монтируется в мейнфрейм

Следующая фотография показывает модуль памяти, установленный в стойку, вместе с большим количеством транзисторных плат (SMS-карты), которые нужны для его работы. Каждая из карт SMS (Standard Modular System) размером с колоду игральных карт содержит несколько транзисторов и других компонентов. Слева — карты DKA и AQW для матричных коммутаторов, а также карты AQV для проводов запрета. В следующей колонке — карты для декодирования адресов. В третьей колонке — карты WX и AQX для проводов возбуждения. Далее прикреплён сам модуль памяти с матричными коммутаторами сверху.

Модуль памяти и печатная плата мейнфрейма IBM 1401

На фото внизу модуль памяти установлен внутри мейнфрейма, перед ним свисает пучок чёрных и жёлтых проводов, в основном, адресных. Матричные коммутаторы слева.

Кстати, на фотографии заметна одна из интересных особенностей 1401. Сверху на компьютере установлен счётчик, который фиксирует время работы компьютера. IBM обычно сдавала мейнфрейм в аренду на условии использования не более восьми часов в день, иначе требовалось доплатить. (Конечно, если вы только изначально не выбрали тариф 24/7).

В верхнем правом углу можно увидеть розетки электропитания — обычные электрические розетки, но установленные внутри компьютера.

Заключение

Память на магнитных сердечниках была ведущей технологией памяти с середины 50-х годов, пока её не вытеснила полупроводниковая память в начале 70-х. Для своего времени, ферритовая память обеспечивала компактное, надёжное и недорогое хранилище данных, но с тех пор технологии сделали значительный шаг вперёд. В памяти мейнфрейма 1401 скорость машинного цикла составляла 11,5 микросекунд, по сравнению с 5 наносекундами в современных ОЗУ. Объём памяти составлял 4K (расширялся до 16K), а в современных компьютерах он измеряется гигабайтами. Апгрейд мейнфрейма с добавлением ещё одного модуля 4K стоил $20 100 ($162 000 на современные доллары). Сейчас же модуль на 16 гигабайт стоит меньше ста долларов. Несмотря на всё, устаревшая память на магнитных сердечниках — интересная технология для изучения.

Автор благодарит за помощь участников группы реставрации 1401 и сотрудников Музея компьютерной истории в Калифорнии, где этот раритет выставляют для публики по средам и субботам.

Перевод опубликован с сокращениями

Магнитный сердечник

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении потерь на гистерезис и повышении надежности за счет уменьшения магнитного потока через магнитотвердый материал в нормальных рабочих условиях. Магнитный сердечник (10а) ограничителя выбросов тока содержит по меньшей мере один первый магнитный элемент (12) и по меньшей мере один второй магнитный элемент (14). Магнитные элементы (12, 14) расположены таким образом, чтобы формировать по существу параллельную решетку магнитных элементов (12, 14). Каждый первый магнитный элемент (12) содержит магнитно-мягкий материал. Каждый второй магнитный элемент (14) содержит магнитно-твердый материал. Каждый магнитно-мягкий материал в ненасыщенном состоянии имеет более высокую магнитную проницаемость, чем каждый магнитно-твердый материал. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к магнитному сердечнику ограничителя выбросов тока и его использованию в магнитном ограничителе выбросов тока.

При работе электрического устройства электрический ток, протекающий через устройство, обычно поддерживают в пределах заданного рабочего тока электрического устройства. Однако неисправность или иные ненормальные условия эксплуатации электрического устройства могут привести к большому выбросу тока, превышающему рабочий ток электрического устройства. Например, во время работы сетей передачи энергии преобразователи энергии уязвимы из-за неисправностей со стороны постоянного тока, представляющих собой короткое замыкание с низким полным сопротивлением линий передачи постоянного тока или кабелей. Такие неисправности могут возникать из-за повреждения и пробоя изоляции, замыканий из-за перемещения проводов или других случайных замыканий проводов посторонними объектами.

Возникновение выбросов тока может приводить не только к повреждению компонентов электрического устройства, но также может вызывать отключение электрического устройства на длительный период времени. Это приводит к увеличению стоимости ремонта и обслуживания аппаратных средств электрического устройства и неудобствам для конечных пользователей, работающих с электрическим устройством.

Неблагоприятные эффекты можно предотвратить путем ограничения величины выбросов тока с помощью ограничителей тока.

Известным решением для ограничителя тока является использование магнитного ограничителя выбросов тока. Магнитный ограничитель выбросов тока ведет себя как переменная индуктивность, представляющая собой небольшое полное сопротивление в нормальных рабочих условиях и высокое полное сопротивление в условиях неисправности, приводящей к возникновению больших выбросов тока во взаимодействующей системе электропитания. В магнитных ограничителях выбросов тока, использующих материал постоянного магнита, магнитный поток проходит через материал постоянного магнита в нормальных рабочих условиях, когда взаимосвязанная система электропитания находится в исправном состоянии, и в условиях неисправностей.

Прохождение магнитного потока через материал постоянного магнита вызывает наведенные токи Фуко и магнитный гистерезис. Это приводит не только к потерям энергии в ограничителе тока, но также вызывает повышение температуры материала постоянного магнита, которое недопустимо в силу того, что у материалов постоянного магнита снижается эффективность при превышении определенной температуры.

Сила наведенных токов Фуко может быть уменьшена путем деления единого блока материала постоянного магнита на множество тонких пластин. Каждая из таких пластин может быть покрыта тонким электроизолирующим материалом и затем соединена с другими пластинами с помощью механического и (или) клеящего средства. Относительно небольшое поперечное сечение каждой пластины снижает циркуляцию наведенных токов Фуко и тем самым минимизирует силу наведенных токов Фуко.

Магнитный поток, проходящий через материал постоянного магнита, может поддерживаться на относительно низком уровне для уменьшения потерь на гистерезис, т.к. материал постоянного магнита проявляет магнитный гистерезис в большей степени при увеличении плотности магнитного потока. Данное обстоятельство, однако, означает, что магнитные ограничители выбросов тока непригодны для использования выше определенной силы тока, что ограничивает рабочий диапазон ограничителя.

Влияние нагрева на потери от гистерезиса в материале постоянного магнита может быть снижено путем оснащения магнитного ограничителя выбросов тока охлаждающей системой. Однако охлаждающая система не только является дополнительным источником потерь мощности, но также снижает надежность устройства из-за возможных выходов из строя самой системы охлаждения и ее различных компонентов, таких как оборудование обнаружения и управления и вспомогательное устройство электропитания. Наличие охлаждающей системы также ведет к увеличению стоимости аппаратных средств, габаритов и веса.

Альтернативно, материал постоянного магнита может быть изготовлен с использованием такой топологии, как большая площадь поверхности, которая способствует естественному охлаждению. Однако в таком случае материал постоянного магнита будет занимать значительный объем пространства, чтобы достаточно охлаждаться во время работы магнитного ограничителя выбросов тока.

В документе JP 2003-197436 А описан магнитный сердечник ограничителя выбросов тока, содержащий первый магнитный элемент, включающий в себя магнитно-мягкий материал, и второй магнитный элемент, включающий в себя магнитно-твердый материал. Магнитные элементы расположены таким образом, чтобы образовывать по существу параллельную решетку магнитных элементов.

Документ GB 2415833 А относится к использованию постоянных магнитов в магнитных цепях, таких как ограничители выбросов тока для переменных токов. Компоновка постоянных магнитов включает в себя множество постоянных магнитов, соединенных параллельно друг с другом.

В статье «Design and Construction of Magnetic Fault Current Limiter» J.-L. Rasolonjanahary и др. раскрыт ограничитель выбросов тока на постоянных магнитах. Статья касается идеального ограничителя тока для последовательного соединения, имеющего малое полное сопротивление для рабочих токов цепи, но высокое полное сопротивление для выбросов тока.

Документ US 2004/0 134 565 относится к процессу самосборки многокомпонентных или структурированных магнитных наночастиц типа ядро-оболочка в нанокомпозиты. В частности, он касается процесса самосборки магнитных нанокомпозитов, включающего в себя магнитно-мягкую и магнитно-твердую фазы, которые обменно связаны и обладают высоким энергетическим произведением, существенно более высоким, чем однофазные материалы.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предлагается магнитный сердечник ограничителя выбросов тока, содержащий по меньшей мере один первый магнитный элемент и по меньшей мере один второй магнитный элемент, магнитные элементы расположены таким образом, чтобы формировать по существу параллельную решетку магнитных элементов, причем каждый первый магнитный элемент включает в себя магнитно-мягкий материал, а каждый второй магнитный элемент включает в себя магнитно-твердый материал, в котором каждый магнитно-мягкий материал в ненасыщенном состоянии имеет более высокую магнитную проницаемость, чем каждый магнитно-твердый материал.

Применение по существу параллельной решетки из первого и второго магнитных элементов позволяет создать магнитный сердечник ограничителя выбросов тока с уменьшенными потерями на гистерезис благодаря тому, что доля магнитного потока, проходящего через магнитно-твердый материал во время нормальной работы магнитного ограничителя выбросов тока, минимизирована.

При использовании, когда катушка намотана вокруг сердечника с целью создания магнитного ограничителя выбросов тока, по существу параллельное расположение первого и второго магнитных элементов и более высокая магнитная проницаемость ненасыщенного магнитно-мягкого материала позволяют большей части магнитного потока проходить преимущественно через магнитно-мягкий материал в нормальных рабочих условиях взаимосвязанной электрической цепи. Это означает, что в нормальных рабочих условиях через магнитно-твердый элемент проходит минимальный магнитный поток. Это приводит к снижению потерь на гистерезис в сердечнике, т.к. магнитно-мягкий материал обладает меньшим уровнем гистерезиса, чем магнитно-твердый материал.

В случае неисправности или иного ненормального режима работы, приводящего к большому выбросу тока во взаимосвязанной электрической цепи, переключение пути прохождения магнитного потока на магнитно-твердый материал приводит к высокому полному сопротивлению катушки, что ограничивает выброс тока. Хотя это изменение пути магнитного потока и приводит к высоким уровням магнитного гистерезиса, магнитный поток проходит через магнитно-твердый материал в течение короткого периода времени. Соответственно, суммарные потери на гистерезис в магнитно-твердом материале остаются на минимальном уровне.

Поэтому по существу параллельное расположение первого и второго магнитных элементов минимизирует долю магнитного потока, проходящую через магнитно-твердый материал в нормальных рабочих условиях магнитного ограничителя выбросов тока, и тем самым снижает потери на гистерезис в магнитном сердечнике ограничителя выбросов тока.

Дополнительно, по существу параллельное расположение первого и второго магнитных элементов также означает, что управление магнитным потоком через магнитный ограничитель выбросов тока является по своей природе пассивным и не требует дополнительного оборудования для обнаружения и (или) переключения. Это не только минимизирует габариты, вес и стоимость аппаратных средств, но и повышает надежность ограничителя тока, снижая риск выхода из строя связанного с ним оборудования обнаружения и (или) управления.

Предпочтительно по меньшей мере один первый магнитный элемент отделен по меньшей мере от одного соседнего магнитного элемента изолятором. Каждый изолятор может быть выполнен в виде воздушного промежутка или твердого неэлектропроводящего материала, такого как клей, лак, слюда или тому подобного материала.

В вариантах осуществления настоящего изобретения магнитный сердечник ограничителя выбросов тока может дополнительно включать в себя множество первых магнитных элементов и (или) множество вторых магнитных элементов, при этом магнитные элементы расположены таким образом, чтобы формировать чередующиеся первичные слои первого и второго магнитных элементов.

В других вариантах осуществления по меньшей мере один первый магнитный элемент и (или) по меньшей мере один второй магнитный элемент могут включать в себя множество вторичных слоев магнитного материала, причем каждый вторичный слой отделен от соседнего вторичного слоя или каждого соседнего вторичного слоя изолятором.

Использование первичных и (или) вторичных слоев магнитных элементов помогает создать магнитный сердечник ограничителя выбросов тока, в котором потери мощности, возникающие из-за наведения токов Фуко, снижены. Сила любых токов Фуко, наведенных в магнитных элементах, когда изменяющийся поток проходит через магнитные элементы, значительно уменьшена благодаря относительно небольшому поперечному сечению каждого первичного и (или) вторичного слоя первого и (или) второго магнитных элементов и их электрической изоляции друг от друга, что в совокупности ограничивает циркуляцию токов Фуко.

Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока может включать в себя по меньшей мере один магнитный элемент с осевым отверстием, в котором часть по меньшей мере одного первого магнитного элемента помещена в осевое отверстие второго магнитного элемента, имеющего осевое отверстие, и (или) часть по меньшей мере одного второго магнитного элемента помещена в осевое отверстие первого магнитного элемента.

Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока также может включать в себя по меньшей мере один магнитный элемент, имеющий полую и герметичную внутреннюю часть, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент помещен в полую герметичную часть второго магнитного элемента и (или) по меньшей мере один второй магнитный элемент помещен в полую герметичную внутреннюю часть первого магнитного элемента.

В одних вариантах осуществления настоящего изобретения каждый магнитный элемент может быть стержнем или брусом. В других вариантах осуществления поперечное сечение магнитного элемента может быть круглым, овальным или многоугольным.

Конструкция магнитного сердечника ограничителя выбросов тока может меняться в зависимости от требований применения магнитного ограничителя выбросов тока.

Предпочтительно в сердечнике ограничителя выбросов тока, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент отделен по меньшей мере от одного соседнего второго магнитного элемента воздушным промежутком по меньшей мере один такой воздушный промежуток заполнен электроизоляционным материалом.

Такое использование электроизоляционного материала не только обеспечивает электрическую изоляцию соседних магнитных элементов, но также формирует поддерживающую структуру для удержания соседних магнитных элементов на месте.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается магнитный ограничитель выбросов тока, содержащий магнитный сердечник ограничителя выбросов тока в соответствии с любым из вышеупомянутых вариантов осуществления и по меньшей мере один электрический проводник, намотанный вокруг части сердечника или каждого сердечника, тем самым формируя катушку.

Конструкция ограничителя тока проста в изготовлении и легко адаптируема для установки в любое устройство, требующее одного или более ограничителей тока.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электрический провод или каждый электрический провод может быть намотан вокруг первого и второго магнитных элементов.

Намотка электрического провода или каждого электрического провода вокруг как первого, так и второго магнитных элементов позволяет создаваемому магнитному полю оказывать большее влияние на магнитные элементы и тем самым повышает эффективность ограничителя тока при управлении путем прохождения магнитного потока и при ограничении выбросов тока.

Предпочтительно во время работы по электрическому проводу или по каждому электрическому проводу проходит переменный ток.

Катушка или каждая катушка во время работы предпочтительно соединена с одной или более электрических цепей. В таких вариантах осуществления катушка или каждая катушка представляет собой полное сопротивление для минимизации выбросов тока, возникающих из-за неисправности при работе электрической цепи.

Ограничитель тока может использоваться для минимизации выбросов тока в одной или нескольких связанных электрических цепях при неисправности или при других ненормальных условиях работы, чтобы предотвращать повреждение связанной электрической цепи или каждой связанной электрической цепи.

В других вариантах осуществления катушка или каждая катушка может быть выполнена в виде соленоида или тороида для создания однородного и управляемого магнитного поля.

Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления на примерах, не имеющих ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 — магнитный сердечник ограничителя выбросов тока в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.2 — магнитный сердечник ограничителя выбросов тока в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Магнитный сердечник 10 ограничителя выбросов тока в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения показан на Фиг.1.

Магнитный сердечник 10 ограничителя выбросов тока содержит первый магнитный элемент 12 и второй магнитный элемент 14, расположенные таким образом, чтобы создать по существу параллельную решетку магнитных элементов 12,14.

Каждый первый магнитный элемент 12 включает в себя множество вторичных слоев магнитно-мягкого материала. Предпочтительно магнитно-мягкий материал является сталью, имеющей высокую магнитную проницаемость и малые потери на гистерезис.

Каждый вторичный слой может быть покрыт тонким электроизолирующим материалом для обеспечения электрической изоляции между соседними вторичными слоями. Эти покрытые вторичные слои могут быть соединены вместе механически и (или) с использованием клея, чтобы сформировать первый магнитный элемент 12. Предусмотрено, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый вторичный слой может быть отделен от каждого соседнего вторичного слоя воздушным промежутком и в некоторых случаях один такой воздушный промежуток может быть дополнительно заполнен электроизолирующим материалом.

Наличие вторичных слоев снижает потери мощности, связанные с токами Фуко, наводимыми в магнитном сердечнике ограничителя выбросов тока. Это происходит из-за того, что сила токов Фуко, наводимых в магнитных элементах, когда изменяющийся поток проходит через магнитный сердечник ограничителя выбросов тока, существенно ограничена относительно малым поперечным сечением каждого вторичного слоя, что значительно ограничивает циркуляцию токов Фуко.

Дополнительно, электрическая изоляция вторичных слоев друг от друга ограничивает циркуляцию токов Фуко.

Второй магнитный элемент 14 выполнен из магнитно-твердого материала и отделен от первого магнитного элемента 12 воздушным промежутком, который в других вариантах осуществления может быть заполнен электроизолирующим материалом.

Магнитный сердечник 10b ограничителя выбросов тока в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения показан на Фиг.2.

Магнитный сердечник 10b ограничителя выбросов тока содержит множество первых магнитных элементов 12 и множество вторых магнитных элементов 14, эти магнитные элементы расположены таким образом, чтобы формировать чередующиеся первичные слои первого и второго магнитных элементов 12, 14.

Каждый первичный слой может быть покрыт электроизолирующим материалом, чтобы обеспечивать электрическую изоляцию соседних первичных слоев. Как отмечено выше, эти покрытые первичные слои могут быть объединены вместе механически и (или) с использованием клея, чтобы сформировать магнитный сердечник ограничителя выбросов тока. Предусмотрено, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый первичный слой может быть отделен от каждого соседнего первичного слоя воздушным промежутком и в некоторых случаях по меньшей мере один такой воздушный промежуток может быть дополнительно заполнен электроизолирующим материалом.

Толщина каждого из вторых магнитных элементов 14 может быть больше, чем толщина каждого из первых магнитных элементов 12 из-за большей глубины проникновения электромагнитного поля в магнитно-твердых материалах.

Предусмотрено, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения магнитный сердечник ограничителя выбросов тока может содержать любое количество первых и вторых магнитных элементов 12, 14 и (или) по меньшей мере один из первого и (или) второго магнитных элементов 12, 14 может содержать множество вторичных слоев соответствующего магнитного материала.

В других вариантах осуществления по меньшей мере один либо оба из первого и второго магнитных элементов 12, 14 могут иметь осевое отверстие, так что часть по меньшей мере одного первого магнитного элемента 12 размещают в осевом отверстии второго магнитного элемента 14, имеющего осевое отверстие, и (или) часть по меньшей мере одного второго магнитного элемента 14 размещают в осевом отверстии первого магнитного элемента 12.

В прочих вариантах осуществления по меньшей мере один или оба из первых и вторых магнитных элементов 12, 14 могут иметь полое герметичное внутреннее пространство, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент 12 помещен в полое герметическое внутреннее пространство второго магнитного элемента 14 и (или) по меньшей мере один второй магнитный элемент 14 помещен в полое герметическое внутреннее пространство первого магнитного элемента 12.

Предпочтительно каждый магнитный элемент представляет собой стержень или брус и (или) поперечное сечение каждого магнитного элемента имеет круглую, овальную или многоугольную форму.

Для создания магнитного ограничителя выбросов тока можно намотать один или более электрических проводников, например электрических проводов, вокруг части или всего магнитного сердечника 10а, 10b ограничителя выбросов тока, чтобы сформировать одну или более катушек. Предпочтительно электрический провод или каждый электрический провод наматывают вокруг первого и второго магнитных элементов, чтобы магнитный гистерезис магнитно-твердого материала имел большее влияние на полное сопротивление катушки и тем самым повышал эффективность ограничителя тока.

Катушка или каждая из катушек и сердечник 10а, 10b образуют магнитный ограничитель выбросов тока, который при использовании ограничивает или гасит выбросы тока в связанной электрической цепи в случае неисправности или иных ненормальных рабочих условий.

При работе через катушку или каждую из катушек протекает переменный ток, который может иметь синусоидальную форму или другие виды форм. Как таковой ограничитель тока может быть функционально связан с одной или более электрическими цепями, по которым проходит переменный ток, такими как силовые преобразователи и электродвигатели.

Во время работы связанной электрической цепи ток протекает через связанную электрическую цепь и через катушку, намотанную на сердечнике 10а, 10b. Протекание тока через катушку приводит к возникновению магнитного потока, проходящего через сердечник 10а, 10b внутри катушки, который вызывает намагничивание и размагничивание магнитных материалов первого и второго магнитных элементов 12, 14 по мере прохождения переменного тока через катушку.

Для целей данного описания термины положительный и отрицательный относятся к направлению намагничивающей силы и магнитной индукции.

Для создания первого магнитного поля вокруг катушки переменный ток течет через катушку в прямом направлении. Увеличение значения переменного тока в прямом направлении приводит к соответствующему увеличению намагничивающей силы в положительном направлении, что в свою очередь приводит к созданию положительной магнитной индукции в магнитном материале сердечника 10а, 10b. Положительная магнитная индукция достигает своего максимума на пике значения переменного тока в прямом направлении.

После достижения своего пикового значения в прямом направлении переменный ток начинает уменьшаться до нулевого значения, что ведет к соответствующему уменьшению намагничивающей силы в положительном направлении. При нулевом токе намагничивающая сила имеет нулевое значение.

Уменьшение намагничивающей силы в положительном направлении приводит к уменьшению положительной магнитной индукции в магнитном материале. Однако магнитный материал может сохранять положительную магнитную индукцию при нулевом значении тока и намагничивающей силы. Это происходит из-за того, что приложение намагничивающей силы к магнитному материалу приводит к намагничиванию магнитного материала, который может оставаться в намагниченном состоянии даже после полного исчезновения намагничивающей силы. Остаточный магнетизм магнитного материала после снятия намагничивающей силы известен как стойкий остаточный магнетизм.

Для создания второго магнитного поля вокруг катушки переменный ток течет через катушку в обратном направлении. Увеличение значения переменного тока в обратном направлении приводит к соответствующему увеличению намагничивающей силы в отрицательном направлении. Однако стойкий остаточный магнетизм магнитного материала приводит к тому, что магнитная индукция в магнитном материале остается положительной до тех пор, пока намагничивающая сила в отрицательном направлении не станет достаточно большой, чтобы размагнитить магнитный материал.

После того как магнитный материал размагничен, дальнейшее увеличение значения переменного тока в обратном направлении и, следовательно, намагничивающая сила в отрицательном направлении приводит к созданию отрицательной магнитной индукции в магнитном материале. Отрицательная магнитная индукция в магнитном материале достигает своего максимального отрицательного значения при пиковом значении переменного тока в обратном направлении.

Во время смены направления переменного тока с обратного направления на прямое направление магнитный материал сохраняет отрицательную магнитную индукцию до тех пор, пока намагничивающая сила в положительном направлении не станет достаточно большой, чтобы размагнитить магнитный материал. После размагничивания магнитного материала дальнейшее увеличение значения переменного тока в прямом направлении и тем самым намагничивающей силы в положительном направлении приводит к созданию положительной магнитной индукции в магнитном материале, которая достигает своего максимального значения при пиковом значении переменного тока в прямом направлении. Описанный выше циклический процесс определяет замкнутую петлю гистерезиса, которая описывает соотношение между намагничивающей силой и магнитной индукцией. Форма и размер петли магнитного гистерезиса влияют на полное сопротивление, вносимое катушкой в связанную электрическую цепь.

Полное сопротивление катушки является функцией активного сопротивления и реактивного сопротивления.

Для преодоления магнитного гистерезиса магнитного материала требуется дополнительная энергия. Расходование этой дополнительной энергии способствует увеличению сопротивления катушки. Поэтому сопротивление катушки увеличивается в зависимости от уровня магнитного гистерезиса в сердечнике.

Реактивное сопротивление является функцией индуктивности, которая в свою очередь пропорциональна магнитной проницаемости магнитного материала. Магнитная проницаемость равна скорости изменения магнитной индукции при изменении намагничивающей силы, которая зависит от формы и размера петли магнитного гистерезиса. Широкая петля гистерезиса приводит к более крутой зависимости скорости изменения магнитной индукции от изменения намагничивающей силы и тем самым к большим значениям магнитной проницаемости по мере приближения переменного тока к его пиковому положительному или отрицательному значению. Более высокие значения магнитной проницаемости приводят к увеличению индуктивности катушки и тем самым ее реактивного сопротивления.

В нормальных рабочих условиях магнитно-мягкий материал первого магнитного элемента или каждого первого магнитного элемента 12 имеет более высокую магнитную проницаемость, чем магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14, если магнитно-мягкий материал находится в ненасыщенном состоянии. Благодаря этой разнице в магнитной проницаемости большая часть магнитного потока проходит преимущественно через магнитно-мягкий материал первого магнитного элемента или каждого первого магнитного элемента 12 сердечника 10а, 10b и тем самым минимизирует долю магнитного потока, проходящего через магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 сердечника.

Это приводит к снижению потерь энергии, связанных с гистерезисом сердечника 10а, 10b, во время нормальной работы связанной с ним электрической цепи, т.к. магнитно-мягкие материалы обладают низкими уровнями магнитного гистерезиса и поэтому более узкими петлями гистерезиса, чем магнитно-твердые материалы. Низкие уровни магнитного гистерезиса, присущие магнитно-мягким материалам при относительно низких уровнях токов, также приводят к низкому полному сопротивлению катушки или каждой катушки, вносимому в соответствующую электрическую цепь, и поэтому оказывают минимальное влияние на протекание переменного электрического тока в нормальных условиях работы соответствующей электрической цепи.

В случае неисправности или других ненормальных рабочих условий, приводящих к выбросам тока в электрической цепи, уровни магнитного потока в сердечнике 10а, 10b будут расти. Магнитный поток будет продолжать течь преимущественно через первый магнитный элемент или каждый первый магнитный элемент 12 до тех пор, пока магнитно-мягкий материал первого магнитного элемента или каждого первого магнитного элемента 12 не достигнет насыщения. Насыщение магнитно-мягкого материала или каждого магнитно-мягкого материала приводит к падению относительной магнитной проницаемости соответствующего первого магнитного элемента 12 до 1.

На этом этапе магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 имеет более высокую магнитную проницаемость, чем насыщенный магнитно-мягкий материал первого магнитного элемента или каждого первого магнитного элемента 12. Это побуждает магнитный поток, создаваемый катушкой, по которой протекает электрический ток, проходить преимущественно через магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14. Такое изменение среды прохождения магнитного потока с первого насыщенного магнитного элемента или каждого первого насыщенного магнитного элемента 12 на второй магнитный элемент или каждый второй магнитный элемент 14 приводит к изменению полного сопротивления катушки, которое ограничивает выброс тока в связанной с ней электрической цепи.

Это происходит из-за того, что более высокие уровни магнитного гистерезиса в магнитно-твердом материале в совокупности с относительно высокими уровнями выбросов тока приводят к более широкой петле магнитного гистерезиса и поэтому к большей скорости изменения плотности магнитного потока с изменением намагничивающей силы по мере приближения мощных выбросов тока к своему положительному или отрицательному пиковому значению. Это приводит к увеличению активного сопротивления катушки и реактивного сопротивления катушки, как это подчеркивалось выше. Как таковая катушка представляет собой большое полное сопротивление, вносимое в связанную с ней электрическую цепь, и ограничивающее пиковое значение выброса тока в случае неисправности или других ненормальных условий работы.

Наличие магнитно-твердого материала в сердечнике 10а, 10b повышает эффективность магнитного ограничителя выбросов тока, когда он начинает ограничивать выброс тока, благодаря более высокому полному сопротивлению катушки, являющемуся следствием более высоких уровней магнитного гистерезиса в магнитно-твердом материале по сравнению с магнитно-мягкими материалами. В противном случае отсутствие магнитно-твердого материала второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 и наличие магнитно-мягкого материала первого магнитного элемента или каждого первого магнитного элемента 12 приводят к низкому полному сопротивлению катушки, которое может оказаться недостаточным для ограничения выброса тока.

Предпочтительно высокое полное сопротивление, вносимое в электрическую цепь в условиях неисправности, таково, что пиковое значение выброса тока удерживается в пределах максимального рабочего тока соответствующей электрической цепи, чтобы обеспечить защиту компонентов электрической цепи.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения ограничитель тока может быть предназначен для ограничения величины выброса тока на короткий период времени до того момента, пока внешние автоматические выключатели не разомкнут цепь и тем самым прекратят выброс тока.

Ввиду того что магнитный поток проходит через магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 в течение короткого промежутка времени, суммарные потери на гистерезис и рост температуры в магнитно-жестком материале сводятся к минимуму.

Как таковое наличие по существу параллельной решетки из первого и второго магнитных элементов 12, 14 обеспечивает создание магнитного сердечника 10а, 10b ограничителя выбросов тока, обладающего пониженными потерями на гистерезис и малым ростом температуры во время работы магнитного ограничителя выбросов тока, и поэтому он может быть использован в комбинации с электрическими цепями, работающими при больших уровнях тока. Это в свою очередь приводит к снижению стоимости аппаратных средств, габаритов и веса, т.к. нет необходимости устанавливать систему охлаждения или использовать топологию сердечника, позволяющую учитывать потери на гистерезис и рост температуры сердечника.

Такая компоновка также обеспечивает пассивное управление магнитным потоком в магнитном сердечнике 10а, 10b ограничителя выбросов тока. Это позволяет исключить необходимость в устройстве обнаружения и (или) переключения, чтобы обеспечить активное управление прохождением магнитного потока через магнитный сердечник 10а, 10b. Пассивная природа ограничителя тока означает, что можно минимизировать или исключить использование устройства обнаружения и (или) управления, обычно используемого для контроля и управления током в электрической сети.

Предпочтительно магнитно-твердый материал второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 выбирают таким образом, чтобы намагничивающая сила, требуемая для достижения насыщения магнитно-твердого материала, была выше, чем намагничивающая сила, возникающая при выбросе тока. Для магнитно-твердого материала второго магнитного элемента или каждого второго магнитного элемента 14 может оказаться нежелательным достижение насыщения, т.к. это приводит к снижению его магнитной проницаемости, что ведет к уменьшению полного сопротивления катушки и тем самым к ненадлежащей работе магнитного ограничителя.

1. Магнитный сердечник (10b) ограничителя выбросов тока, содержащий первые магнитные элементы (12) и вторые магнитные элементы (14), причем магнитные элементы расположены таким образом, чтобы формировать по существу параллельную решетку магнитных элементов, при этом каждый первый магнитный элемент (12) содержит магнитно-мягкий материал, а каждый второй магнитный элемент (14) содержит магнитно-твердый материал, магнитные элементы расположены таким образом, чтобы формировать чередующиеся первичные слои первого и второго магнитных элементов, причем магнитно-мягкий материал в насыщенном состоянии имеет более низкую магнитную проницаемость, чем магнитно-твердый материал, и каждый магнитно-мягкий материал в ненасыщенном состоянии имеет более высокую магнитную проницаемость, чем каждый магнитно-твердый материал.

2. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент (12) отделен по меньшей мере от одного соседнего второго магнитного элемента (14) изолятором.

3. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент (12) и/или по меньшей мере один второй магнитный элемент (14) включают в себя множество вторичных слоев магнитного материала, при этом каждый вторичный слой отделен от каждого соседнего вторичного слоя изолятором.

4. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором по меньшей мере один магнитный элемент имеет полость, причем часть по меньшей мере одного первого магнитного элемента размещена в полости второго магнитного элемента, имеющего полость, и/или часть по меньшей мере одного второго магнитного элемента размещена в полости первого магнитного элемента.

5. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором по меньшей мере один магнитный элемент имеет полое и герметичное внутреннее пространство, при этом по меньшей мере один первый магнитный элемент размещен в полом и герметичном внутреннем пространстве второго магнитного элемента и/или по меньшей мере один второй магнитный элемент размещен в полом и герметичном внутреннем пространстве первого магнитного элемента.

6. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором каждый магнитный элемент является стержнем или брусом.

7. Магнитный сердечник ограничителя выбросок тока по п.1, в котором поперечное сечение каждого магнитного элемента имеет форму круга, овала или многоугольника.

8. Магнитный сердечник ограничителя выбросов тока по п.1, в котором по меньшей мере один первый магнитный элемент отделен по меньшей мере от одного соседнего второго магнитного элемента воздушным промежутком, причем по меньшей мере один такой воздушный промежуток заполнен электроизолирующим материалом.

9. Магнитный ограничитель выбросов тока, содержащий один или более магнитных сердечников ограничителя выбросов тока по любому из пп.1-8, и по меньшей мере один электрический проводник, намотанный вокруг части каждого сердечника, чтобы сформировать катушку.

10. Магнитный ограничитель выбросов тока по п.9, в котором каждый электрический проводник намотан вокруг первого и второго магнитных элементов.

11. Магнитный ограничитель выбросов тока по п.10, в котором при его использовании по каждому электрическому проводнику протекает переменный электрический ток.

12. Магнитный ограничитель выбросов тока по п.9, в котором каждая катушка функционально соединена при использовании с одной или более электрическими цепями.
13 Магнитный ограничитель выбросов тока по п.12, в котором каждая катушка представляет собой полное сопротивление для минимизации выброса тока, возникающего в результате неисправности электрической цепи.

14. Магнитный ограничителя выбросов тока по п.9, в котором каждая катушка имеет вид соленоида или тороида.

Интерлавка | Определение магнитной проницаемости сердечника

Предлагаемая методика и соответствующая ей программа (MUCalculator.exe) предназначены для измерения и расчета магнитной проницаемости материалов магнитопроводов импульсных блоков питания. Это позволяет использовать магнитопроводы без маркировки или с неизвестной маркировкой. На страницах сайта и на страницах радиолюбительских журналов опубликовано множество описаний импульсных блоков питания. Один из основных элементов такого устройства — импульсный трансформатор, от правильного расчета которого зависят работоспособность, надежность и долговечность блока и питаемого прибора. В описаниях этих устройств указаны материал и типоразмер магнитопровода, а также намоточные данные трансформатора, поэтому проблем с изготовлением устройства не возникает. А как быть радиолюбителю, который решил повторить устройство, но не может найти нужный магнитопровод? На помощь приходят методики и программы расчета импульсного трансформатора [1, 2]. Зачастую у радиолюбителя накапливаются трансформаторы от различных блоков питания телевизоров, компьютеров и прочей бытовой техники. Если магнитопровод имеет маркировку, то нужную для расчета информацию находят в справочниках [3, 4] или на сайтах в Интернете (особенно для зарубежных ферритов). Эти параметры подставляют в формулы или вводят в программы. Но попадаются магнитопроводы, которые не имеют никаких опознавательных знаков (а если и имеют, то что-либо определить по ним трудно). Предлагаемая методика была разработана именно для таких магнитопроводов.       Она основана на известной формуле расчета индуктивности тороидальной обмотки       где L — индуктивность, Гн; w — число витков; µo = 4 pi -10-7 Гн/м — абсолютная магнитная проницаемость вакуума; µ— магнитная проницаемость материала магнитопровода; l — средняя длина магнитной силовой линии в магнито-проводе, м; S—площадь поперечного сечения магнитопровода, м2. Из (1) получаем формулу для расчета магнитной проницаемости       Для практических расчетов более удобна формула, полученная из (2), в которой индуктивность выражена в микрогенри, а размеры — в миллиметрах:       Кроме индуктивности, для расчета магнитной проницаемости материала магнитопровода нужно еще знать параметры l и S. Следует учесть, что формула (3) приближенная и дает наиболее точный результат для тороидальных (кольцевых) магнитопроводов. Для других типов (Ш-образный, П-образный, броневой), которые имеют разветвленную магнитную цепь, сложно вывести точные формулы, связывающие индуктивность, магнитную проницаемость и размеры магнитопровода. Поэтому расчеты ведут, используя так называемые эквивалентные размеры l и S ([5], с. 20—36), которые подставляют в формулу (3). Для радиолюбительской практики такой точности достаточно. В таблице перечислены формулы для определения l и S для наиболее распространенных типов магнитопроводов [5].             Работу ведут в определенной последовательности.       1. На исследуемый магнитопровод наматывают пробную обмотку, например, из 10…20 витков провода диаметром 0,3…0,4 мм (их число и диаметр роли не играют). Важно, чтобы витки равномерно по всей длине разместились на магнитопроводе. Для удобства расчета по формуле (3) лучше намотать 10 витков. Затем измеряют индуктивность пробной обмотки в микрогенри. Если магнитопровод состоит из нескольких частей (Ш-образный, П-образный, броневой), то его нужно сжать, чтобы устранить или минимизировать немагнитный зазор, который уменьшает индуктивность пробной обмотки и занижает вычисленное значение магнитной проницаемости материала. Также следует учесть влияние инструментов, стягивающих болтов и шпилек, поэтому желательно, чтобы они были изготовлены из немагнитных материалов.       2. Далее из таблицы выбирают тип исследуемого магнитопровода и по соответствующему чертежу делают все необходимые измерения в миллиметрах. Измерять лучше штангенциркулем, чтобы результаты были как можно точнее. Затем по соответствующим формулам вычисляют среднюю длину магнитной линии ? в миллиметрах и площадь поперечного сеченияS в квадратных миллиметрах.       3. Измеренную в микрогенри индуктивность, число витков w, а также значения l и S подставляют в формулу (3) и определяют магнитную проницаемость материала магнитопровода.         Для упрощения расчетов и экономии времени разработана программа «? -Калькулятор» для ПК, которая по предлагаемой методике рассчитывает магнитную проницаемость магнитопроводов распространенных типов. Программа написана в среде Visual Studio 2008 фирмы Microsoft на языке Visual Basic 2008 ЕЕ. Она также определяет сечение магнитопровода и среднюю длину магнитной линии, которые тоже нужны для дальнейших расчетов импульсного трансформатора. Зная магнитную проницаемость материала магнитопровода, можно по справочникам найти ближайший аналог и определить необходимые параметры (индукцию насыщения, удельные потери и др.).       Папка с программой может иметь любое удобное имя и храниться на любом носителе или разделе жесткого диска. В ней имеются исполняемый файл MUCalculator.exe и файл справки Help.chm (его можно запустить отдельно, чтобы изучить работу с программой до ее использования).       После запуска программы MUCalculator.exe открывается ее окно (рис. 6). В его верхней части расположена строка меню, содержащая два пункта: Файл и Справка. Пункт меню Файл состоит из команд: Сохранить — сохраняет текущий расчет в текстовом файле внутри папки с программой, Печать — печатает текущий расчет на системном принтере, Рассчитать — выполняет расчет магнитной проницаемости выбранного магнитопровода, Выход — выход из программы без сохранения текущего расчета. Пункт меню Справка информирует пользователя о программе и ее авторе.       Часть окна программы ниже строки меню состоит из пяти панелей (рис. 6):       8 — выбор типа магнитопровода, 7 — ввод его размеров, 1 — вывод изображения чертежа магнитопровода, 2 — расчет, 3 — вывод результата расчета. Последняя панель имеет три кнопки: 6 — очистка полей ввода, 5 — вызов справки, 4 — выход из программы.       Панель расчета, показанная с увеличением на рис. 7, содержит элементы: 5 и 4 — поля для ввода индуктивности L и числа витков w пробной обмотки; 3 — кнопка Рассчитать, 2 и 1 — поля для вывода вычисленных значений S и ? .       На панели выбора типа магнитопровода щелчком левой кнопки мыши выбирают тип исследуемого магнитопровода. После этого в правом верхнем углу панели появляется чертеж выбранного магнитопровода с указаниями необходимых размеров, а также надписи возле полей. Далее как можно точнее измеряют в миллиметрах все необходимые размеры исследуемого магнитопровода и записывают их в соответствующие поля.       На панели расчета вводят измеренную в микрогенри индуктивность пробной обмотки и число ее витков. При наличии дробной части ее вводят после разделительной точки (не запятой). После ввода всей информации нажимают на кнопку Рассчитать или выполняют команду меню Файл -> Рассчитать. После этого в полях вывода появятся вычисленные значения ? и S, а также ? — магнитной проницаемости материала магнитопровода.       Для проведения нового расчета нужно очистить все поля нажатием на кнопку Очистить. Для удобства программа показывает всплывающие подсказки при наведении указателя мыши на основные объекты панелей и сообщения об ошибках, если какой-нибудь параметр не введен или введен неверно, с указанием названия этого параметра.       Распечатку результатов расчета выполняют командой меню Файл—>Печать. По этой команде системный принтер печатает стандартную страницу А4 с результатами текущего расчета и чертежом магнитопровода.       Для сохранения результатов расчета в текстовый файл следует выполнить команду меню Файл—>Сохранить. При этом откроется стандартное окно сохранения файла. В поле Имя файла нужно ввести имя сохраняемого файла (расширение .txt программа добавляет автоматически) и нажать на кнопку Сохранить. Если файла с таким именем не существует, программа спросит, нужно ли его создать На этот вопрос надо ответить утвердительно (нажать на кнопку ОК). В результате будет создан текстовый файл с информацией об исследуемом магнитопроводе, результатами и датой расчета. Если файл с таким именем существует, программа об этом предупредит и спросит, нужно ли его создать. Если на этот вопрос также ответить утвердительно, программа дописывает новые результаты расчета в конец этого файла, не стирая ранее сделанные записи.       Сохраненный файл можно прочитать, удалить в нем ненужные записи и распечатать с помощью любого подходящего текстового редактора, например, Notepad++ (рис. 8). Ю. ИЛИТИЧ, пгт. Верховина Ивано-Франковской обл., Украина Радио, №4 2011г стр. 30-32       ЛИТЕРАТУРА       1. Косенко С. Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя Радио, 2005, № 4. с. 35-37, 44.       2. Москатов Е, Методика и программа расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя. — Радио, 2006, № 6, с. 35-37       3. Куневич А. В., Сидоров И. Н. Индуктивные элементы на ферритах. Ферритовые сердечники в узлах радиоаппаратуры. Справочник домашнего мастера. — Л.: Лениздат, 1997.       4. Сидоров И. Н., Христинин А. А., Скорняков С. В. Малогабаритные магнитопрово-ды и сердечники. — М.: Радио и связь, 1989.       5. Гликман И. Я., Русин Ю. С, Горский А. Н. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1991. СКАЧАТЬ ПРОГРАММУ       Программа для определения проницаемости проверялась на WIN XP SP3, необходим Net framework 3.0

магнитный сердечник — это… Что такое магнитный сердечник?



магнитный сердечник

 

магнитный сердечник
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

• электротехника, основные понятия

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

• магнитный сепаратор изотопов
• магнитный сердечник (компьют.)

Смотреть что такое «магнитный сердечник» в других словарях:

• магнитный сердечник — magnetinė šerdis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic core; magnetical core vok. Magnetkern, m rus. магнитный сердечник, m pranc. noyau magnétique, m …   Fizikos terminų žodynas

• магнитный сердечник катушки индуктивности — сердечник катушки Ндп. магнитопровод Деталь или сборочная единица из магнитного материала, предназначенная для сосредоточения в ней магнитного потока. [ГОСТ 20718 75] Недопустимые, нерекомендуемые магнитопровод Тематики катушки индуктивности… …   Справочник технического переводчика

• магнитный сердечник (компьют.) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN magnetic core …   Справочник технического переводчика

• магнитный сердечник с двумя устойчивыми состояниями — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN bimag …   Справочник технического переводчика

• магнитный сердечник, покрытый изолирующей лентой — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN bobbin core …   Справочник технического переводчика

• Магнитный сердечник катушки индуктивности — 5. Магнитный сердечник катушки индуктивности Сердечник катушки Ндп. Магнитопровод Е. Magnetic core of inductance coil F. Noyau magnétique de bobine ďinductance Источник: ГОСТ 20718 75: Катушки индуктивности аппаратуры связи. Термины и определения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• крестообразный магнитный сердечник — сердечник ступенчатого сечения — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы сердечник ступенчатого… …   Справочник технического переводчика

• пластинчатый магнитный сердечник — пластинчатый (магнитный) сердечник [IEV number 151 14 03] EN laminated (magnetic) core core made of sheets of magnetically soft material which are stacked in parallel configuration and which are insulated against each other NOTE – A… …   Справочник технического переводчика

• кольцевой (магнитный) сердечник — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN anchor ringcore ring …   Справочник технического переводчика

• сердечник электротехнического изделия — Ферромагнитная деталь, на которой или вокруг которой расположена обмотка электротехнического изделия. [ГОСТ 18311 80] (магнитный) сердечник [IEV number 151 14 02] EN (magnetic) core part of a device, composed of high permeability material and… …   Справочник технического переводчика

Магнитные сердечники

ООО «Полимагнит СПб» — один из крупнейших поставщиков изделий из магнитных материалов в России. Мы являемся эксклюзивными дистрибьюторами магнитных сердечников компании Arnold Powder Cores (Micrometals Group, USA) в России и странах СНГ. Сердечники Arnold широко применяются в электронной промышленности, в частности в источниках вторичного питания, инверторах, конверторах.

Предлагаем купить оптом и в розницу магнитные сердечники следующих типов:

Магнитные сердечники Cендаст (Sendust) — порошковый материал, приготовленный из сплава железа, кремния и алюминия. Отличительные особенности сердечников Сендаст: низкий уровень шумов, сравнительно низкая стоимость, отсутствие температурного старения, рабочие частоты до 1 МГц, возможность изготовления сердечников разных форм. Купить сердечники Sendust лучше для энергонакапливающих и фильтрующих индуктивностей в переключаемых источниках питания, низкочастотных выходных АС фильтров для звуковых усилителей и UPS, катушек индуктивности мощных резонансных контуров и дросселей EMI фильтров.

Магнитные сердечники Мо-пермаллой (ММР Molypermalloy) — порошковый материал, приготовленный из сплава железа, никеля и молибдена (81% Ni, 2% Mo и 17% Fe). Аналог отечественного МП (МП-140 и т.д.). Отличительные особенности сердечников Мо-пермаллой: самый низкий уровень шумов и потерь, отсутствие температурного старения, рабочие частоты до 200 кГц, возможность изготовления сердечника тороидальной формы. Купить сердечники Мо-пермаллой лучше для использования в фильтрах звуковой частоты, колебательных контурах и дросселях, в источниках питания, в катушках индуктивности, в резонансных контурах с фиксированной настройкой, высокодобротных фильтрах, пупиновских катушках, RFI фильтрах, трансформаторах тока в диапазоне от 10 кГц до 300 МГц.

Магнитные сердечники Флюксан (Fluxsan) — порошковый материал, приготовленный из сплава железа и кремния. Отличительные особенности сердечников Флюксан: самая высокая индуктивность насыщения, отсутствие температурного старения, относительно низкие удельные потери на частотах до 200 кГц, возможность изготовления сердечников разных форм. Купить сердечники Флюксан можно в качестве более дешевой альтернативы ХайФлюкс (Hi-Flux), при этом Флюксан обеспечивает более низкие потери.

Магнитные сердечники ХайФлюкс (Hi-Flux) — порошковый материал, приготовленный из сплава железа и кремния (50% Ni и 50% Fe). Отличительные особенности сердечников ХайФлюкс: высокая индуктивность насыщения, отсутствие температурного старения, приемлемые удельные потери на частотах до 200 кГц, возможность изготовления сердечника тороидальной формы с размерами до 154 мм. Купить сердечники ХайФлюкс лучше для производства мощных источников питания, катушек индуктивностей импульсных стабилизаторов, фильтров линейных шумов, фильтров переключаемых источников питания, проходных фильтров помех переменного тока, сетевых фильтров, EMI/RTF фильтров, дроссельных фильтров батарей высокомощных преобразователей низкого напряжения. Также эти сердечники хороши для импульсных трансформаторов и трансформаторов строчной развертки.

Магнитные сердечники Оптилой (Optilloy) — порошковый материал, приготовленный из сложного сплава. Отличительные особенности сердечников Оптилой: высокая индуктивность насыщения, отсутствие температурного старения, приемлемые удельные потери на частотах до 200 кГц, возможность изготовления сердечника тороидальной формы с размерами до 154 мм.

Руководство по выбору и применению магнитных сердечников можно загрузить по данной ссылке (формат — PDF, 2.7 Мб).

Готовы обеспечить потребности Вашего предприятия в указанных магнитных материалах и, при необходимости, принять у себя ваших специалистов для согласования технических требований и условий поставки. По вопросу приобретения обратитесь к нашим менеджерам по телефонам или e-mail.