Miezurile de pulbere sunt fabricate dintr-o varietate de materiale. Aliajul magnetic are forma unor particule fine cu un diametru de 5 până la 200 μm. Particulele sunt acoperite cu un material izolator cu o grosime de 0,1 până la 3 μm și sunt presate în matrițe la un efort de până la 30000 kg / cm2.
Miezuri de pulbere.
Miezurile de pulbere sunt fabricate dintr-o varietate de materiale. Aliajul magnetic are forma unor particule fine cu un diametru de 5 până la 200 μm. Particulele acoperite cu un material izolant de grosime de la 0,1 la 3 micrometri și presate în forme cu o forță de până la 300.000 de livre pe inch pătrat (21,000 kg / cm2).
La presiuni atât de mari, este necesar să se folosească o unealtă din carbură de tungsten. Poate o mare varietate de forme de miezuri de pulbere, dar cele mai frecvente sunt toroidele. Toroidele mici sunt acoperite cu un strat de parilen (poli-n-xilenină, parilen), iar pe cele mari - o acoperire epoxidică. Acoperirea este necesară pentru a preveni scurtcircuitarea în timpul operării și înfășurării.
Schimbarea mărimii particulelor, grosimea stratului de acoperire și a presiunii face posibilă modificarea permeabilității miezurilor de pulberi finite în domeniul de la 14 la 350. Apoi, miezurile sunt recoace la o temperatură ridicată la atmosfera de hidrogen. Annealingul ameliorează solicitările interne apărute în timpul presării, previne oxidarea și îmbunătățește proprietățile magnetice ale miezurilor de pulbere.
Pierderile la curenții turbionari în miezurile de pulberi sunt minime deoarece fiecare particulă de material magnetic este izolată de celelalte. Materialul izolator asigură un spațiu distribuit de aer care reduce permeabilitatea și permite miezului să stocheze o cantitate semnificativă de energie. Absența unui spațiu de aer localizat elimină efectul nociv al efectului de margine și pierderile asociate cu acesta.
Fierul cu pulbere este disponibil cu o permeabilitate de la 10 la 90 și este cel mai ieftin material pulverulent. Datorită complexității producției, fabricarea de miezuri cu permeabilități mai mari este practic imposibilă. În plus față de toroide, este produs sub formă de tije și miezuri E și I. Saturați în regiunea de 10 kG, dar are pierderi foarte mari.
Deși pierderile în fierul pulverizat sunt ridicate, ele sunt mai scăzute decât în oțelul transformatorului. Se aplică efectiv sub formă de tije la niveluri foarte mici de curgere pentru reglarea circuitelor rezonante cu cuplaj de transformator. Pulberea fierului este de asemenea folosită în filtrele cu performanțe reduse care trebuie să reziste la curenții constanți mari, iar prețul este de o importanță decisivă. Sub influența unui curent pulsatoriu de înaltă frecvență de o mărime considerabilă, pulberea de fier devine foarte fierbinte.
Mo-Permalloy (MPP) este cel mai bun material pentru audio filtru de frecvență de frecvență medie circuite rezonante și netezirea nivel scăzut bobinelor de surse de alimentare trecut. Mo-Permalloy (MPP) miezuri pot utiliza circuite de rezonanță puternice care lucrează în saturație la frecvențe de până la 3,5 kHz. Prea multă căldură este eliberată în saturație la frecvențele de mai sus. Acesta este cel mai bun material pentru transformatoarele de curent în gama 10 kHz - 1 MHz, mai ales dacă trebuie să reziste la curenții constanți mari. Soluția cea mai eficientă, din cauza pierderilor de curenți turbionari foarte mici, dacă este necesar, izolează șina de alimentare de la vârfurile de putere scurte.
Sendad a fost inventat în Japonia înainte de al doilea război mondial. Se compune din 6% aluminiu, 9% siliciu și 85% fier. Toroidele Touchend sunt produse cu permeabilități de la 60 la 125 sub brandul Super-MSS. Proprietățile sendust atunci când DC prejudecată similară Mo-permalloy (RAM), iar pierderea este mai mică decât pulberea de fier, dar mai mare decât cea a Mo-permalloy (MPP). Fabricat din capete magnetice de înaltă calitate. MSS este potrivit pentru filtre de rețea și de ieșire cu performanțe medii.
Și, deși este puțin mai scump decât fierul pulverulent, pierderile sale mult mai mici justifică diferența de preț. În sursele de alimentare comutabile, unde pierderile nu sunt atât de importante, Super-MSS (Sendad) este folosit în mod obișnuit ca înlocuitor pentru Mo-permalloy (MPP). Adesea aceasta este cea mai bună alegere, deoarece Super-MSS (Sendast) este mai ieftină decât Mo-permalloy (MPP).
Miezurile de pulbere de înaltă fază (HF) sunt fabricate dintr-un aliaj de 50% nichel și 50% fier. toroids HF au o permeabilitate cuprinsă între 14 și 200. Nucleul Hi-Flux (HF) poate stoca până la de patru ori mai multă energie decât MPP miez (Mo Permalloy) sau SMS (sendust) este aceeași dimensiune și permeabilitatea, deoarece saturației practică - 11 kgf. Hi-Flux (HF) este un pic mai ieftin RAM (Mo-Permalloy) și este cea mai bună alegere pentru aplicații în care acumularea de energie necesară maximă, iar costul nu contează prea mult. Pierderea sa este mult mai mică decât cea a fierului pulverizat, dar mai mult decât MPP (Mo-permalloy) sau Super-MSS (Sendast). Hi-Flux (HF) este cea mai bună alegere pentru circuitele rezonante cu rezonanță de joasă frecvență și presiunea, prin care trebuie să curgă curenții permanenți mari. Acest lucru face posibila crearea de filtre RFI pentru surse de alimentare de retea care pot extinde impulsurile redresorului si imbunatatesc factorul de putere.
Feriturile sunt materiale ceramice fabricate din oxid de fier prin adăugarea de oxizi de mangan, zinc sau alte metale. Componentele sub formă de pulberi sunt amestecate, plasate într-o matriță și sinterizate. Rezultatul este o substanță tare și fragilă. În mod tipic, permeabilitatea are un domeniu de la 750 la 10000. Densitatea fluxului de saturație este de la 3 la 5 kG. Feritele pot fi produse în orice formă convenabilă - toroide, miezuri în formă de E și I, miezuri armate și tije.
Feriturile pot avea cele mai mici pierderi din toate materialele utilizate în mod obișnuit datorită magnetizării reziduale reduse și rezistivității ridicate. Ele sunt cea mai bună alegere pentru transformatoare în domeniul de frecvență de la 1 kHz la 1 MHz. Ele nu sunt foarte potrivite pentru aplicații de înaltă frecvență, cu excepția cazului în care acestea sunt prevăzute cu un gol. Aceasta se datorează influenței mari a temperaturii și a nivelului de excitație asupra permeabilității și Q (factorul Q).
De obicei, rezistivitatea feritelor este de milioane de ori mai mare decât cea a aliajelor magnetice moi. Deși acest lucru cauzează cele mai scăzute pierderi de curenți turbionari din toate materialele solide, înfășurarea ar trebui să fie în continuare izolată de miez. Marginile feritei, ascuțite ca o mașină de ras, rupe ușor izolația firului în timpul înfășurării.
Pentru a preveni scurtcircuitarea în timpul înfășurării, toroidele de ferită sunt acoperite cu un strat de parilare sau epoxidic. În ciuda faptului că feriturile au o rezistivitate suficient de mare, pierderile de curenți turbionari pot provoca uneori probleme. Acest lucru se întâmplă în cazul aplicațiilor cu tensiune ridicată pe rând, cum ar fi comutatoarele în circuite de joasă frecvență cu impulsuri de înaltă tensiune. În aceste cazuri, cea mai bună alegere este MPP (Mo-permalloy).
Forme de miezuri.
Toroidele sunt cea mai eficientă formă magnetică și, în același timp, cele mai ieftine din producție. Pentru a sufla un număr mare de viraje, sunt necesare mașini speciale, care corectează oarecum prețul lor scăzut în sus. În toroide, diferențele nu sunt de obicei folosite din cauza complexității aderării celor două secțiuni împreună.
Miezurile E și I sunt mai costisitoare pentru fabricare datorită nevoii de aliniere precisă. Dacă nu sunt aliniate exact, atunci la fixare se vor împărți. Dacă este necesar, spațiul este introdus prin măcinarea tijei mediane a miezului E. Uneori, pentru a dubla decalajul, conectați două nuclee. Bobinele pentru astfel de miezuri sunt înfășurate la viteză mare pe mașini ieftine, ceea ce compensă parțial costul ridicat al miezurilor.
Cea mai scumpă în producție - miez de armură. Ele sunt realizate sub forma a două jumătăți, care ar trebui să fie foarte precise unele cu altele. Miezul aproape înconjoară complet bobina, cu excepția găurilor mici pentru cabluri. Practic întregul câmp magnetic al bobinei este închis în interiorul miezului. Dacă miezul este împământat, ferita, care are o conductivitate electrică medie, acționează la fel de bine ca un scut electromagnetic. Astfel, miezurile blindate sunt protejate mai bine decât toate celelalte tipuri de miezuri.
Miezurile de armură sunt supuse supraîncălzirii, deoarece bobina lor este înconjurată de un material de miez, care conduce la căldură slab și previne circulația aerului. În ceea ce privește miezul E, unul sau ambii bolțuri centrale pot fi drenate pentru a asigura un gol de aer. Totuși, acțiunea termică a efectelor margini asupra înfășurării conduce la o creștere și mai mare a temperaturii. Miezurile blindate cu un orificiu pentru reglarea inductanței pot avea miezuri de șuruburi în partea centrală.
Diferența de aer poate asigura atât stabilitatea permeabilității ferite, cât și capacitatea de a stoca cantități semnificative de energie. Cu o scădere a permeabilității, feritiții sunt capabili să reziste la valori mari DC fără saturație. La frecvențe înalte, pentru a minimiza pierderile la efectele de margine, este necesar să se utilizeze liticitrat.
La începutul anilor 1980, compania Stackpole Carbon a produs toroide de ferită cu permeabilitate redusă pentru stocarea energiei. Cu toate acestea, din motive necunoscute, linia de producție a fost lichidată.
Când dimensiunile miezului sunt dublate, suprafața crește de patru ori, iar volumul și pierderile cresc de opt ori. Creșterea temperaturii este proporțională cu raportul pierderii miezului la suprafața, adică în miezurile mari, este mai mult decât de două ori. Miezurile cu un diametru mai mare de 3 inci (76,2 mm) pot necesita răcire cu aer forțată, chiar și la niveluri moderate de curgere.
Pierderea în miez cauzează o creștere a temperaturii înfășurării. Rezistența la cupru crește cu 0,4% / o C. Astfel, o creștere a temperaturii cu 30 ° C datorită pierderii miezului, crește cu 12% pierderi de cupru, ceea ce crește și mai mult temperatura. Temperatura ridicată a miezului duce, de asemenea, la degradarea izolației înfășurării și provoacă solicitări termice, ceea ce poate duce la scurtarea răsucirilor înfășurării.
Cele mai multe reacții chimice se dublează aproximativ cu creșterea temperaturii cu 10 ° C. Mecanismul de îmbătrânire al majorității componentelor electronice depinde de temperatură și, prin urmare, o creștere a temperaturii de funcționare cu 10 ° C scurtează durata de viață la jumătate. Puterea risipită ridică temperatura în interiorul echipamentului electronic, ceea ce duce la o scădere a duratei de viață a componentelor.
Căldura excesivă oxidează lent și face rosturi de lipit fragile și plăci de circuite imprimate cu carbon. Expunerea pe termen lung la condensatoare electrolitice de înaltă temperatură le usucă și scurtează durata de viață. Rezistoarele în condițiile de funcționare la temperatură ridicată își modifică valoarea. Funcționând la o temperatură ridicată a semiconductorilor conduce la o redistribuire a impurităților introduse în ele și mărește fluxul de încărcări. Acest preaplin poate crește în continuare temperatura semiconductorului.
Pentru a menține stabilitatea semiconductorilor la temperaturi ambientale ridicate, sunt necesare radiatoare mai masive și mai scumpe. În multe cazuri, costul radiatorului depășește economiile pe bază care funcționează la temperatură ridicată. Foarte des, utilizarea de miezuri scumpe, a căror temperatură la locul de muncă de mai jos, vă permite să abandonați ventilatorul și să reduceți costul total. Se pare că economiile de 1 $ pe costul miezului pot duce la o pierdere de 100 $ dacă sursa de alimentare trebuie reparată pe teren.
Curbe de V / H.
În Fig. 1 prezintă buclă de histerezis a miezului de ferită EC70 / 70 (3C81) fără un gol în producția de Phillips (Ferroxcube) cu o înfășurare de 200 de fire de sârmă # 17. Inductanța sa este de aproximativ 160 mH la 90 mA. Același miez, dar cu un spațiu de aer (EC70 / 70G), este prezentat în Fig. 2. Tensiunea de excitație a rămas neschimbată, iar curentul a crescut semnificativ. Inductanța este de 4 mH la 3,5 A și scala sa schimbat. Bucla de histerezis a devenit mult mai liniară de la introducerea unui spațiu de 190 mil (0,48 mm), dar saturația are loc la aceeași valoare de 3 kG. Diferența de aer, distribuită sau nu, extinde pur și simplu axa H. Nu afectează pierderea de miez la aceeași frecvență și debit.
Miezurile din MPP (Mo-permalloy), Super-MSS (Sendast), Hi-Flux și fier pulverulent au fost utilizate pentru a face inductori de 4 mH. Diametrul toroidului a fost de 1,84 inci (46,73 mm), permeabilitatea de 60, înfășurarea a constat din 172 înfășurări de sârmă # 17. În Fig. 3 prezintă buclă de histereză pentru nucleul MPP (Mo permalloy). Bucla de histereză pentru un miez de fier pulverizat este prezentată în Fig. 4. Este mai "masiv" decât bucla nucleului MPP (Mo permalloy), iar pierderile sunt mult mai mari. În multe tipuri de pulbere de fier, există o scădere semnificativă a permeabilității la nivele foarte mici de excitație. La baza utilizate, această scădere a fost de aproximativ 45%. În timpul acestui test, miezul era foarte fierbinte și producea un zgomot sonor neplăcut.
În Fig. 5 prezintă expunerea triplă a jumătăților drepte ale buclelor de histereză ale miezurilor de pudră din MPP (Mo-permalloy), Super-MSS (Sendast) și Hi-Flux. În miezurile de la MPP (Mo-permalloy) și Super-MSS (Sendast), curbele sunt aproape identice, cu excepția celei mai mari histerezis în MPP (Mo-permalloy). Saturarea acestor nuclee are loc în regiunea de 7 kG. În miezurile de pulbere de la Hi-Flux, histerezisul este mai mare decât cel al Super-MSS (Senddast), iar saturația este mai netedă la un nivel mai mare de 11 kG. Pierderile pentru MPP (Mo-permalloy) și Super-MSS (Sendast) sunt atât de mici încât buclele lor de histerezis reprezintă o linie practic practică. Buclea de histerezis Hi-Flux poate fi văzută, dar nu este deloc ca fierul pulverulent din Fig. 4.
Zgomotul acustic produs de miezurile de fier pulbere și ferită cu un decalaj la măsurători la o frecvență de 1 kHz este destul de neplăcut. Hi-fluxul de zgomot este 3dB mai silențios și MPP (Mo-permalloy) și Super-MSS (Sendast) - 6 dB. Dar chiar și aceste nuclee pot produce zgomot enervant atunci când funcționează la o frecvență de aproximativ 3 kHz la nivelurile maxime de debit.
Măsurarea pierderilor în miezuri.
În Fig. 6 prezintă formele de undă ideale corespunzătoare unei clapete de accelerație de 4 mH introduse în saturație printr-un semnal dreptunghiular cu o frecvență de 1 kHz. Când curentul intră în inductanță, energia stocată în el este proporțională cu valoarea inductanței și cu pătratul curentului. Când curentul scade, inductanța readuce energia la circuit. Energia este stocată la o tensiune pozitivă, iar curentul crește de la zero la maximum. Aceasta este o perioadă de putere pozitivă, deoarece energia curge de la sursă la inductanță.
Când tensiunea de excitație devine brusc negativă, energia din inductanță revine la sursă. Puterea devine negativă, deoarece tensiunea este negativă, iar curentul este pozitiv. Când curentul trece prin zero și devine negativ, energia începe să curgă în inductanță, iar puterea devine din nou pozitivă. În acest moment, curentul și tensiunea sunt negative.
Când tensiunea de excitație devine pozitivă data viitoare când tensiunea este pornită, puterea din nou devine negativă și energia din inductanță revine la sursă. În acest caz, tensiunea este pozitivă, iar curentul este negativ. În cele din urmă, curentul trece zero în direcția pozitivă, iar puterea devine pozitivă. Forma de schimbare a puterii este un val de fierăstrău cu o frecvență de 2 kHz cu o polarizare de 5 wați în curent direct datorită pierderilor de miez. Pentru a măsura astfel de pierderi mici la ± 400 wați de putere reactivă, este nevoie de un wattmeter de înaltă multiplicare.
Într-o sursă tipică de alimentare comutabilă, amplitudinea dublată a curentului de rupere care curge prin șocul de netezire depinde de mărimea miezului utilizat. Reducerea dimensiunii miezului pentru a economisi costurile duce la o creștere a curentului de rupere. Curentul de rupere mai mare determină o încălzire mai mare datorită pierderilor datorate histerezisului, ceea ce face necesară utilizarea unui condensator de filtru mai mare. Cea mai justificată din punct de vedere economic este utilizarea unui miez care oferă un curent ruptură cu aproximativ un sfert din curentul de sarcină.
Pierderile datorate histerezisului cauzate de curentul de rupere sunt adesea mai mari decât pierderile de cupru. Un indicator util al performanței inductanței în sursa de alimentare comutată este Q, măsurat la o frecvență de 40 kHz. Acest lucru face posibilă determinarea inductanței ESR. Au fost efectuate măsurători Q pentru MPP (Mo-permalloy), Super-MSS (Sendast), Hi-Flux, fier pulverulent și ferită. Nivelurile DC au fost 6, 6, 15, 13 și 3,5 A. Permeabilitatea miezurilor de pulberi este 60. Q la 40 kHz a fost măsurat la o amplitudine dublă de 2A pentru miezurile de pulbere și 1A pentru ferită. Rezistența înfășurării a fost de aproximativ 0,18 Ω pentru miezurile de pulbere și 0,28 Ω pentru ferită. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabelul 1.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: