Что такое железный сердечник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Закрепим над вертикальным железным сердечником катушки с большим числом витков обмотки медную чашку с водой и включим в цепь обмотки переменный ток. Связанное с этим током переменное магнитное поле, направление и числовое значение которого изменяются с большой быстротой, вызовет вихревые токи в дне чашки.  [3]

Верхняя мембранная коробка 7 связана тягой 8 с железным сердечником катушки дистанционной передачи .  [5]

Под воздействием нагрузки на подвижную часть датчика, связанного с железным сердечником катушки , изменяется зазор ( на сотые доли миллиметра), а вместе с ним и сила индукционного тока во вторичной катушке. Зазор б для большого диапазона измерений колеблется в пределах 0 1 — 0 2 мм. Считается целесообразным, чтобы с увеличением нагрузки зазор б не уменьшался, а увеличивался. В этом случае повышается чувствительность метода и, кроме того, с увеличением б дроссель предохраняется от замыкания.  [6]

Задача 19.3. Обмотка тонкой тороидальной катушки, средняя длина которой / 20 см, содержит Af 200 витков. Железный сердечник катушки имеет поперечный воздушный зазор толщины V 0 5 мм.  [7]

Электромагнитные приводы постоянного тока применяются в закрытых и в открытых распределительных устройствах для управления выключателями различных систем, за исключением воздушных. В основу конструкции этих приводов положен принцип электромагнитного действия на железный сердечник катушки , обтекаемой током. При прохождении тока по катушке сердечник, втягиваясь в нее, производит операцию включения или отключения.  [8]

На ведомом цилиндре имеется груз для создания противодействующего момента. Угол поворота ведомого цилиндра пропорционален вязкости измеряемой жидкости. К ведомому цилиндру подвешен железный сердечник катушек дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний . Блок с цилиндрами является датчиком анализатора. В качестве вторичного прибора используется самопишущий индукционный мост переменного тока. Шкала такого анализатора может быть отградуирована в единицах вязкости.  [10]

Контакты прерывателя размыкаются его кулачком, когда ротор отходит от полюсного башмака примерно на 2 — 3 мм и ток в первичной обмотке достигает максимума. Угол, определяющий это положение ротора, называется углом размыкания; иногда его называют абрисом. Для правильной установки прерывателя завод-изготовитель указывает угол размыкания или на сколько миллиметров должен отойти от железного сердечника катушки зажигания полюс ротора.  [12]

Сигнал возникает при достижении минимального или максимального отклонения или нарастает пропорционально отклонению размера от установленного номинала. Точность измерения при контактном методе контроля толщины ленты зависит от качества изготовления роликов, биение которых должно быть значительно меньше измеряемых отклонений и может составлять 0 002 — 0 0005 мм. В качестве примера методов контактного контроля толщины листа или ленты рассмотрим применяемый на практике контактный летучий микрометр, схема которого показана на фиг. Ось ролика 8 укреплена на подвижном шпинделе /, находящемся под действием пружины 12, стремящейся свести ролики вместе. На конце последнего укреплен железный наконечник 4 ( якорь), перемещающийся относительно железных сердечников катушек 3 и 5 и изменяющий их индуктивность. Катушки включены как два плеча моста для измерения индуктивностей. Прибор отрегулирован таким образом, что при соответствии толщины листа установленному номиналу мост находится в равновесии и прибор показывает нуль. Смещение якоря 4 относительно среднего положения вследствие изменения толщины листа вызывает нарушение равновесия моста, и прибор показывает величину и знак отклонения. Прибор позволяет измерять отклонения с точностью до микронов.  [13]

Разница между ферритовым сердечником и железным порошковым сердечником

1. Ферритовый сердечник представляет собой ферромагнитный оксид металла. Что касается электрических свойств, удельное сопротивление феррита намного больше, чем у металлических и легированных магнитных материалов, а также имеет более высокие диэлектрические свойства. Магнитные свойства ферритов также показывают высокую проницаемость на высоких частотах. Поэтому феррит стал широко используемым неметаллическим магнитным материалом в области высоких частот и слабого тока. Феррит имеет низкую намагниченность насыщения (обычно только 1 / 3-1 / 5 чистого железа), что ограничивает его применение в низкочастотных мощных и мощных областях, требующих высокой плотности магнитной энергии.

2. Железный порошковый сердечник является популярным термином для магнитного материала Fe3O4, который в основном используется для решения проблем электромагнитной совместимости (ЭМС) в электрических цепях. При практическом применении различные виды других веществ будут добавляться в соответствии с различными требованиями для фильтрации в разных диапазонах.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) относится к помехам, возникающим по разным причинам в электрической цепи. Эти помехи не только наносят вред нормальной работе электрической цепи, но и в определенной степени наносят вред организму человека. Поэтому в странах (особенно в Европейском союзе) существуют различные правила, касающиеся электромагнитной совместимости (ЭМС).

Беспорядок на проводе в основном решает проблему ЭМС через магнитный сердечник. Когда определенная полоса беспорядка проходит через сердечник, электромагнитные характеристики сердечника приводят к тому, что ток в этой полосе превращается в магнитную силу и часть потребляемого тепла. Для достижения цели снижения беспорядка.

3. Ферритовый сердечник для синфазного режима, железный порошок для дифференциального режима и магнитная проницаемость железного порошка меньше, чем у феррита; железный сердечник включает феррит, а железный порошковый сердечник включает MPP, HF, SENDUST феррит для высокой частоты, но не постоянного тока, а железный порошковый сердечник для низкой частоты может быть постоянным.

4. Самым большим преимуществом ферритового мягкого магнетизма является то, что он обладает высокой проницаемостью и удельным сопротивлением (102-106 мкм) на высокой частоте, но его Bs намного ниже, чем у металлических материалов, поэтому его можно использовать только при низкой мощности. Магнитный порошковый сердечник просто заполняет зазор между металлическим магнитомягким материалом и ферритом. Обычно частотой использования от низкой до высокой является металлический магнитный порошковый ферритовый сердечник, а несущей мощностью от низкой до высокой является ферритовый магнитный порошковый металлический сердечник.

Феррит, как многофункциональный магнитный материал, может создавать множество индуктивных устройств. В настоящее время большинство профессиональных проектировщиков электроэнергии в Китае знакомы с ферритом, но не знакомы с металлическими магнитопорошковыми сердечниками.

Строго говоря, металлические магнитные порошковые сердечники специализируются на производстве индуктивных устройств. Различия между металлическими магнитопорошковыми сердечниками и ферритами перечислены ниже.

1) Металлические магнитные порошковые сердечники имеют более высокую Bs и более низкую проницаемость. В то же время кривая магнитного смещения является квазилинейной и может противостоять большему смещению постоянного тока, потому что ядро нелегко насыщать.

2) Равномерное распределение воздушного зазора в металлическом магнитном порошковом сердечнике позволяет избежать локальных потерь, вызванных открытием воздушного зазора.

3) Металлические магнитные порошковые сердечники реагируют медленнее, чем ферриты, на изменение окружающей среды (изменение температуры и механическое воздействие), что определяется характеристиками самих металлических и керамических материалов. Первый имеет высокую температуру Кюри, и его проницаемость очень мало изменяется в рабочем диапазоне, поэтому его надежность лучше, чем у второго. Это также причина, почему металлические магнитные порошковые сердечники широко используются в военной промышленности. Диапазон рабочих температур металлического магнитного порошкового сердечника шире, чем у феррита, и некоторые материалы могут даже работать при 300 С.

4) Метод проектирования металлического магнитопорошкового сердечника относительно прост, особенно в конструкции силового дросселя, практически нет необходимости тестировать динамические показатели для проверки конструкции. Из-за плохой стабильности ферритовых материалов для разных ситуаций требуются разные конструкции, и необходимы динамические испытания.

Проницаемость ферритового сердечника намного выше, чем у железного порошкового сердечника. Обычно используется при изготовлении высокочастотного трансформатора и синфазного индуктора. В сердечнике из железного порошка имеется много зазоров, таких как воздушный зазор магнитного сердечника, которые обычно используются для индуктивности накопления энергии и индуктивности дифференциального режима.

Shaanxi Gold-Stone Electronics Co., Ltd

ДОБАВИТЬ: № 21 Dongyi Road. Сиань Шэньси PRChina

Веб-сайт: WWW. gsmagntics.com

Электронная почта ： hellen.Liu@gsmag netics.com

Skype: hellen.Liu@gsmag netics.com

Тел . : 029-85401274
Мобель: +86 15353511281

Почему железо лучшее ядро ​​для электромагнита?

Железо считается лучшим сердечником для электромагнита, но почему? Это не единственный магнитный материал, и есть много сплавов, таких как сталь, которые вы могли бы ожидать более широко использовать в современную эпоху. Понимание того, почему вы с большей вероятностью увидите электромагнит с железным сердечником, чем тот, который использует другой материал, дает вам краткое введение во многие ключевые моменты науки об электромагнетизме, а также структурированный подход к объяснению, какие материалы чаще всего используются для изготовления электромагнитов. Короче говоря, ответ сводится к «проницаемости» материала для магнитных полей.

Понимание магнетизма и доменов

Происхождение магнетизма в материалах немного сложнее, чем вы думаете. В то время как большинство людей знают, что такие вещи, как стержневые магниты, имеют «северный» и «южный» полюсы, а противоположные полюса притягивают, а соответствующие полюсы отталкивают, происхождение силы не так широко понятно. Магнетизм, в конечном счете, связан с движением заряженных частиц.

Электроны «вращаются» вокруг ядра атома-хозяина, немного похоже на то, как планеты вращаются вокруг Солнца, а электроны несут отрицательный электрический заряд. Движение заряженной частицы — вы можете думать о ней как о круговой петле, хотя это не совсем так просто — приводит к созданию магнитного поля. Это поле генерируется только электроном — крошечной частицей, масса которой составляет около одной миллиарда миллиарда миллиарда грамм — поэтому вас не должно удивлять, что поле от одного электрона не такое большое. Однако это влияет на электроны в соседних атомах и приводит к выравниванию их полей с исходным. Тогда поля от этих влияют на другие электроны, они в свою очередь влияют на другие и так далее. Конечным результатом является создание небольшого «домена» электронов, в котором все создаваемые ими магнитные поля выровнены.

Любая макроскопическая часть материала — другими словами, достаточно большой образец, чтобы вы могли видеть и взаимодействовать с ним — имеет достаточно места для множества областей. Направление поля в каждом из них является практически случайным, поэтому различные области имеют тенденцию взаимно компенсировать друг друга. Следовательно, макроскопический образец материала не будет иметь чистого магнитного поля. Однако, если вы подвергаете материал воздействию другого магнитного поля, это приводит к тому, что все домены совпадают с ним, и поэтому все они также будут выровнены друг с другом. Когда это произойдет, макроскопический образец материала будет иметь магнитное поле, потому что все маленькие поля «работают вместе», так сказать.

Степень, в которой материал поддерживает это выравнивание доменов после удаления внешнего поля, определяет, какие материалы вы можете назвать «магнитными». Ферромагнитные материалы — это те, которые поддерживают это выравнивание после удаления внешнего поля. Как вы уже поняли, если знаете свою периодическую таблицу, это название взято из железа (Fe), а железо является самым известным ферромагнитным материалом.

Как работают электромагниты?

В приведенном выше описании подчеркивается, что движущиеся электрические заряды создают магнитные поля. Эта связь между двумя силами имеет решающее значение для понимания электромагнитов. Точно так же, как движение электрона вокруг ядра атома создает магнитное поле, движение электронов как части электрического тока также создает магнитное поле. Это было открыто Гансом Кристианом Эрстедом в 1820 году, когда он заметил, что стрелка компаса была отклонена током, протекающим через ближайший провод. Для прямой длины провода линии магнитного поля образуют концентрические круги, окружающие провод.

Электромагниты используют это явление, используя катушку с проволокой. Когда ток течет через катушку, магнитное поле, создаваемое каждой петлей, добавляет к полю, генерируемому другими петлями, создавая определенный «север» и «юг» (или положительный и отрицательный) конец. Это основной принцип, лежащий в основе электромагнитов.

Одного этого было бы достаточно для создания магнетизма, но электромагниты улучшаются с добавлением «сердечника». Это материал, вокруг которого наматывается проволока, и если это магнитный материал, его свойства будут влиять на поле, создаваемое катушка провода. Поле, создаваемое катушкой, выравнивает магнитные домены в материале, поэтому и катушка, и физический магнитный сердечник работают вместе, создавая более сильное поле, чем любой из них в отдельности.

Выбор основной и относительной проницаемости

На вопрос, какой металл подходит для сердечников электромагнита, отвечает «относительная проницаемость» материала. В контексте электромагнетизма проницаемость материала описывает способность материала образовывать магнитные поля. Если материал обладает более высокой проницаемостью, он будет намагничиваться сильнее в ответ на внешнее магнитное поле.

«Относительный» в этом термине устанавливает стандарт для сравнения проницаемости различных материалов. Проницаемость свободного пространства задается символом μ ₀ и используется во многих уравнениях, касающихся магнетизма. Это константа со значением μ ₀ = 4π × 10 — 7 Генри на метр. Относительная проницаемость ( μ _r) материала определяется:

Где μ — проницаемость рассматриваемого вещества. Относительная проницаемость не имеет единиц измерения; это просто чистое число. Поэтому, если что-то совсем не реагирует на магнитное поле, оно имеет относительную проницаемость, равную единице, что означает, что оно реагирует так же, как и полный вакуум, другими словами, «свободное пространство». Чем выше относительная проницаемость, чем больше магнитный отклик материала.

Что такое лучшее ядро ​​для электромагнита?

Поэтому лучшим сердечником для электромагнита является материал с самой высокой относительной проницаемостью. Любой материал с относительной проницаемостью выше единицы увеличивает прочность электромагнита при использовании в качестве сердечника. Никель является примером ферромагнитного материала, и его относительная проницаемость составляет от 100 до 600. Если вы используете никелевый сердечник для электромагнита, тогда напряженность создаваемого поля будет резко улучшена.

Однако железо имеет относительную проницаемость 5000, когда оно имеет чистоту 99, 8%, а относительная проницаемость мягкого железа с чистотой 99, 95% составляет огромные 200 000. Эта огромная относительная проницаемость — вот почему железо является лучшим сердечником для электромагнита. При выборе материала для сердечника электромагнита существует множество соображений, в том числе вероятность потерь в результате вихревых токов, но, вообще говоря, железо дешевое и эффективное, поэтому оно либо каким-либо образом включено в материал сердечника, либо сердечник сделан из чистого утюг.

Какие материалы чаще всего используются для изготовления электромагнитных сердечников?

Многие материалы могут работать как сердечники электромагнита, но некоторые распространенные из них — это железо, аморфная сталь, железная керамика (керамические соединения, изготовленные с оксидом железа), кремниевая сталь и аморфная лента на основе железа. В принципе, любой материал с высокой относительной проницаемостью может быть использован в качестве сердечника электромагнита. Существуют некоторые материалы, специально предназначенные для использования в качестве сердечников для электромагнитов, в том числе пермаллой, относительная проницаемость которого составляет 8000. Другой пример — наноперман на основе железа, относительная проницаемость которой составляет 80000.

Эти цифры впечатляют (и оба превосходят проницаемость слегка загрязненного железа), но ключ к доминированию железных сердечников — это смесь их проницаемости и доступности.

Как получить железо из хлопьев для завтрака для проекта научной ярмарки

Железо является важной частью белков, которые ваше тело использует для транспорта кислорода и регулирования роста клеток. Красное мясо, рыба, птица, чечевица и бобы являются хорошими источниками железа. Многие обработанные продукты, такие как хлопья для завтрака, также обогащены железом. Вы не можете видеть железо в своих хлопьях, но вы можете использовать сильный .

Лучшее место для летучих мышей

Летучие мыши охотно перемещаются в искусственные дома летучих мышей, независимо от того, сделаны ли они из плана или комплекта летучих мышей. Лучшее размещение дома летучих мышей учитывает основные потребности летучей мыши, такие как температура, наличие пищи и источников воды, а также безопасность от хищников. Дома летучих мышей также вытягивают летучих мышей из человеческих жилищ.

Почему магнит притягивает железо?

Почему железо и другие объекты притягиваются к магнитам, сводится к его электронам и тому, как они выровнены.

Магнитный сердечник

A магнитный сердечник представляет собой кусок магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью используется для ограничения и направления магнитных полей в электрических, электромеханических и магнитных устройствах, таких как электромагниты, трансформаторы, электродвигатели, генераторы, индукторы, магнитные записывающие головки и магнитные сборки. Он изготовлен из ферромагнитного металла, такого как железо, или ферримагнитных соединений, таких как ферриты. Высокая проницаемость по отношению к окружающему воздуху вызывает концентрацию силовых линий магнитного поля в материале сердечника. Магнитное поле часто создается токоведущей катушкой из проволоки вокруг сердечника.

Использование магнитного сердечника может увеличить напряженность магнитного поля в электромагнитной катушке в несколько сотен раз по сравнению с тем, что было бы без сердечника. Однако магнитные сердечники имеют побочные эффекты, которые необходимо учитывать. В устройствах переменного тока (AC) они вызывают потери энергии, называемые потерями в сердечнике, из-за гистерезиса и вихревых токов в таких приложениях, как трансформаторы и индукторы. В сердечниках обычно используются «мягкие» магнитные материалы с низкой коэрцитивной силой и гистерезисом, такие как кремнистая сталь или феррит.

Содержание

• 1 Основные материалы
  • 1.1 Твердые металлы
    • 1.1.1 Мягкое железо
    • 1.1.2 Ламинированная кремнистая сталь
      • 1.1.2.1 Ламинирование
      • 1.1.2.2 Легирование кремнием
      • 1.2.1 Железо
        • 1.2.1.1 Карбонильное железо
        • 1.2.1.2 Восстановленное водородом железо
        • 1.3.1 Феррит
        • 2.1 Прямой цилиндрический стержень
        • 2.2 Одинарный сердечник «I»
        • 2.3 Сердечник «C» или «U»
        • 2.4 Сердечник «E»
          • 2.4. 1 Сердечник E и I
          • 2.4.2 Пара сердечников E
          • 4.1 Гистерезисные потери
          • 4.2 Вихретоковые потери
          • 4.3 Аномальные потери
          • 4.4 Уравнение Легга
          • 4.5 Коэффициенты Штейнмеца

          Основные материалы

          Электрооборудование Ток через провод, намотанный на катушку, создает магнитное поле через центр катушки в соответствии с контурным законом Ампера. Катушки широко используются в электронных компонентах, таких как электромагниты, индукторы, трансформаторы, электродвигатели и генераторы. Катушка без магнитного сердечника называется катушкой с «воздушным сердечником». Добавление куска ферромагнетика или ферримагнетика в центре катушки может увеличить магнитное поле в сотни или тысячи раз; это называется магнитным сердечником. Поле провода проникает в материал сердечника, намагничивая его, так что сильное магнитное поле сердечника добавляется к полю, создаваемому проводом. Величина увеличения магнитного поля сердечником зависит от магнитной проницаемости материала сердечника. Поскольку побочные эффекты, такие как вихревые токи и гистерезис, могут вызывать частотно-зависимые потери энергии, для катушек, используемых на разных частотах.

          , используются разные материалы сердечника. потери нежелательны, а при очень сильных полях насыщение может быть проблемой, и используется «воздушный сердечник». Прежний можно использовать; кусок материала, такого как пластик или композит, который может не иметь значительной магнитной проницаемости, но просто удерживает катушки с проводами на месте.

          Твердые металлы

          Мягкое железо

          «Мягкое» (отожженное ) железо используется в магнитных узлах, электромагниты постоянного тока (DC) и в некоторых электродвигателях; и он может создавать концентрированное поле, которое в 50 000 раз сильнее, чем у воздушного сердечника.

          Железо желательно для изготовления магнитных сердечников, так как оно может выдерживать высокие уровни магнитного поля без насыщения (до 2,16 тесла при температуре окружающей среды). Отожженное железо используется потому, что, в отличие от «твердого» железа, оно имеет низкую коэрцитивную силу и поэтому не остаются намагниченными при удалении поля, что часто важно в приложениях, где требуется многократное переключение магнитного поля.

          Из-за электрической проводимости металла, когда сплошной цельный металлический сердечник используется в устройствах переменного тока (AC), таких как трансформаторы и индукторы, изменяющееся магнитное поле вызывает большие вихревые токи, циркулирующие внутри него, замкнутые контуры электрического тока в плоскостях, перпендикулярных полю. Ток, протекающий через сопротивление металла, нагревает его за счет Джоулева нагрева, вызывая значительные потери мощности. Поэтому твердые железные сердечники не используются в трансформаторах или катушках индуктивности, их заменяют слоистыми или порошковыми железными сердечниками или непроводящими сердечниками, такими как феррит.

          слоистая кремнистая сталь

          (слева) Eddy токи (I, красный) в твердом железном сердечнике трансформатора. (справа) Выполнение сердечника из тонких пластин , параллельных полю (B, зеленый) с изоляцией между ними, уменьшает вихревые токи. На этой диаграмме поле и токи показаны в одном направлении, но на самом деле они меняют направление с переменным током в обмотке трансформатора.

          Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, упомянутые выше, в большинстве низкочастотных силовых трансформаторов и индукторов используется многослойные сердечники, изготовленные из стопок тонких листов кремнистой стали :

          Ламинирование

          Типичное ламинирование ЭУ.

          Ламинированные магнитопроводы состоят из стопок тонких листов железа, покрытых изоляционный слой, лежащий максимально параллельно линиям флюса. Слои изоляции служат барьером для вихревых токов, поэтому вихревые токи могут течь только узкими петлями в пределах толщины каждого отдельного слоя. Поскольку ток в вихретоковой петле пропорционален площади петли, это предотвращает протекание большей части тока, уменьшая вихревые токи до очень небольшого уровня. Поскольку рассеиваемая мощность пропорциональна квадрату тока, разбиение большого сердечника на узкие пластинки значительно снижает потери мощности. Из этого видно, что чем тоньше пластина, тем меньше потери на вихревые токи.

          Легирование кремния

          Небольшая добавка кремния к железу (около 3%) приводит к резкому увеличению удельного сопротивления металла, до четырех раз выше. Более высокое удельное сопротивление уменьшает вихревые токи, поэтому в сердечниках трансформаторов используется кремнистая сталь. Дальнейшее увеличение концентрации кремния ухудшает механические свойства стали, вызывая трудности при прокатке из-за хрупкости.

          Среди двух типов кремнистой стали, ориентированной (GO) и неориентированной (GNO), GO является наиболее желательным для магнитных сердечников. Он анизотропный, предлагая лучшие магнитные свойства, чем GNO, в одном направлении. Поскольку магнитное поле в сердечниках индуктора и трансформатора всегда направлено в одном направлении, выгодно использовать сталь с ориентированной зернистостью в предпочтительной ориентации. Вращающиеся машины, в которых направление магнитного поля может изменяться, не получают преимуществ от стали с ориентированной зеренной структурой.

          Специальные сплавы

          Существует семейство специализированных сплавов для магнитных сердечников. Примерами являются мю-металл, пермаллой и супермаллой. Они могут изготавливаться в виде штамповок или в виде длинных лент для ленточных сердечников. Некоторые сплавы, например Sendust производятся в виде порошка и спекаются для придания формы.

          Многие материалы требуют тщательной термообработки для достижения своих магнитных свойств и теряют их при механическом или термическом воздействии. Например, проницаемость мю-металла увеличивается примерно в 40 раз после отжига в атмосфере водорода в магнитном поле; последующие более резкие изгибы нарушают выравнивание зерен, что приводит к локальной потере проницаемости; Это можно восстановить, повторив этап отжига.

          Стекловидный металл

          Аморфный металл — это различные сплавы (например, Metglas ), которые не являются кристаллическими или стеклообразными. Они используются для создания трансформаторов с высоким КПД. Материалы могут быть очень чувствительны к магнитным полям для низких гистерезисных потерь, а также могут иметь более низкую проводимость для уменьшения потерь на вихревые токи. Энергетические компании в настоящее время широко используют эти трансформаторы для новых установок. Высокая механическая прочность и коррозионная стойкость также являются обычными свойствами металлических стекол, которые являются положительными для этого применения.

          Порошковые металлы

          Порошковые ядра состоят из металлических зерен, смешанных с подходящим органическим или неорганическим связующим, и спрессованных до желаемой плотности. Более высокая плотность достигается при более высоком давлении и меньшем количестве связующего. Сердечники с более высокой плотностью имеют более высокую проницаемость, но меньшее сопротивление и, следовательно, более высокие потери из-за вихревых токов. Более мелкие частицы позволяют работать на более высоких частотах, поскольку вихревые токи в основном ограничены отдельными зернами. Покрытие частиц изолирующим слоем или их разделение тонким слоем связующего снижает потери на вихревые токи. Присутствие более крупных частиц может ухудшить высокочастотные характеристики. На проницаемость влияет расстояние между зернами, которые образуют распределенный воздушный зазор; чем меньше зазор, тем выше проницаемость и менее мягкая насыщенность. Из-за большой разницы плотностей даже небольшое количество связующего по весу может значительно увеличить объем и, следовательно, расстояние между зернами.

          Материалы с меньшей проницаемостью лучше подходят для более высоких частот из-за баланса потерь в сердечнике и обмотке.

          Поверхность частиц часто окисляется и покрывается фосфатным слоем для обеспечения взаимной электрической изоляции.

          Железо

          Порошковое железо — самый дешевый материал. У него более высокие потери в сердечнике, чем у более передовых сплавов, но это можно компенсировать, увеличив сердечник; это выгодно там, где стоимость важнее массы и размера. Поток насыщения от 1 до 1,5 тесла. Относительно высокий гистерезис и потери на вихревые токи, работа ограничена низкими частотами (примерно ниже 100 кГц). Используется в индукторах накопителя энергии, выходных дросселях постоянного тока, дифференциальных дросселях, дросселях симисторных регуляторов, дросселях для коррекции коэффициента мощности, резонансных индукторах, импульсных и обратных трансформаторах.

          Обычно используется связка эпоксидная смола или другая органическая смола, подверженная термическому старению. При более высоких температурах, обычно выше 125 ° C, связующее разрушается и магнитные свойства сердечника могут измениться. С более термостойкими связующими сердечники могут использоваться при температуре до 200 ° C.

          Сердечники из железного порошка чаще всего доступны в виде тороидов. Иногда как E, EI, так и стержни или блоки, используемые в основном в мощных и сильноточных частях.

          Карбонильное железо значительно дороже, чем железо, восстановленное водородом.

          Карбонильное железо

          Порошковые сердечники из карбонильного железа, высокочистого железа, имеют высокую стабильность параметров в широком диапазоне температур и уровни магнитного потока с отличной добротностью в диапазоне от 50 кГц до 200 МГц. Порошки карбонильного железа в основном состоят из сфер микрометрового размера из железа, покрытых тонким слоем электроизоляции. Это эквивалентно микроскопической многослойной магнитной цепи (см. Кремнистую сталь выше), что снижает вихревые токи, особенно на очень высоких частотах. Карбонильное железо имеет более низкие потери, чем железо, восстановленное водородом, но также более низкую проницаемость.

          Популярное применение магнитопроводов на основе карбонильного железа — это высокочастотные и широкополосные индукторы и трансформаторы, особенно более мощные.

          Сердечники из карбонильного железа часто называют «радиочастотными сердечниками».

          Готовые частицы «Е-типа» имеют луковичную кожуру с концентрическими оболочками, разделенными зазором. В них содержится значительное количество углерода. Они ведут себя намного меньше, чем предполагает их внешний размер. Частицы «C-типа» могут быть получены путем нагревания частиц E-типа в атмосфере водорода при 400 ° C в течение длительного времени, что приводит к получению безуглеродных порошков.

          Восстановленное водородом железо

          Порошковые сердечники из карбонильного железа имеют более высокую проницаемость, но более низкую добротность. Они используются в основном для электромагнитных помех фильтров и низкочастотных дросселей, в основном в импульсных источниках питания.

          сердечники из восстановленного водородом железа часто называют «сердечниками питания». «.

          MPP (молипермаллой)

          Сплав примерно 2% молибдена, 81% никеля и 17% железа. Очень низкие потери в сердечнике, низкий гистерезис и, следовательно, низкие искажения сигнала. Очень хорошая температурная стабильность. Высокая цена. Максимальный поток насыщения около 0,8 тесла. Используется в высокодобротных фильтрах, резонансных цепях, нагрузочных катушках, трансформаторах, дросселях и т. Д.

          Материал был впервые представлен в 1940 году, использовался в нагрузочных катушках для компенсации емкости в длинных телефонных линиях.. Его можно использовать на частотах от 200 кГц до 1 МГц, в зависимости от поставщика. Он до сих пор используется в наземных телефонных линиях из-за своей температурной стабильности. В подземных линиях, где температура более стабильна, обычно используются ферритовые сердечники из-за их более низкой стоимости.

          High-flux (Ni-Fe)

          Сплав примерно 50–50% никеля и железо. Большой накопитель энергии, плотность потока насыщения около 1,5 тесла. Остаточная плотность потока около нуля. Используется в приложениях с большим постоянным током смещения (фильтры линейных помех или индукторы в импульсных регуляторах) или там, где требуется низкая остаточная плотность потока (например, импульсные трансформаторы и трансформаторы обратного хода, высокое насыщение подходит для униполярного привода), особенно там, где пространство ограничено. Этот материал можно использовать при частотах до 200 кГц.

          Sendust, KoolMU

          Сплав из 6% алюминия, 9% кремния и 85% железа. Основные потери выше, чем MPP. Очень низкая магнитострикция, низкий уровень звукового шума. Теряет индуктивность при повышении температуры, в отличие от других материалов; может использоваться в сочетании с другими материалами в качестве композитного сердечника для температурной компенсации. Поток насыщения около 1 тесла. Хорошая температурная стабильность. Используется в импульсных источниках питания, импульсных и обратных трансформаторах, линейных фильтрах шума, качающихся дросселях и в фильтрах в фазовых контроллерах (например, диммерах), где важен низкий акустический шум.

          Отсутствие никеля упрощает обработку материала и снижает его стоимость по сравнению с высокофлюсовым и MPP.

          Материал был изобретен в Японии в 1936 году. Его можно использовать на частотах от 500 кГц до 1 МГц, в зависимости от производителя.

          Нанокристаллический

          A нанокристаллический сплав стандартного железа бор-кремниевый сплав с добавлением меньших количеств меди и ниобия. Размер зерен порошка достигает 10-100 нанометров. Материал имеет очень хорошие характеристики на низких частотах. Он используется в дросселях для инверторов и в мощных устройствах. Он доступен под такими именами, как, например, Nanoperm, Vitroperm, Hitperm и Finemet.

          Керамика

          Феррит

          Ферритная керамика используется для высокочастотных приложений. Ферритовые материалы могут быть разработаны с широким диапазоном параметров. Как керамика, они, по сути, являются изоляторами, предотвращающими появление вихревых токов, хотя потери, такие как гистерезисные, все же могут возникать.

          Воздух

          Катушка, не содержащая магнитопровода, называется воздушным сердечником. Это включает в себя катушки, намотанные на пластиковую или керамическую форму, в дополнение к катушкам из жесткой проволоки, которые являются самонесущими и имеют внутри воздух. Катушки с воздушным сердечником обычно имеют гораздо меньшую индуктивность, чем катушки с ферромагнитным сердечником аналогичного размера, но используются в радиочастотных цепях для предотвращения потерь энергии, называемых потерями в сердечнике. в магнитопроводах. Отсутствие нормальных потерь в сердечнике позволяет повысить добротность , поэтому катушки с воздушным сердечником используются в высокочастотных резонансных цепях, например, до нескольких мегагерц. Однако потери, такие как эффект близости и диэлектрические потери, все еще присутствуют. Воздушные сердечники также используются, когда требуется напряженность поля выше примерно 2 Тесла, поскольку они не подвержены насыщению.

          Обычно используемые конструкции

          Прямой цилиндрический стержень

          Ферритовые стержни представляют собой простые ферритовые цилиндры, которые можно наматывать.

          Чаще всего изготавливаются из феррита или порошкообразного железо, и используется в радиоприемниках, особенно для настройки индуктора. Катушка наматывается вокруг стержня или в форме катушки со стержнем внутри. При перемещении стержня внутрь или из катушки изменяется магнитный поток, проходящий через катушку, и его можно использовать для регулировки индуктивности. Часто стержень имеет резьбу, что позволяет регулировать его с помощью отвертки. В радиосхемах после настройки катушки индуктивности для предотвращения движения сердечника используется капля воска или смолы.

          Наличие сердечника с высокой магнитной проницаемостью увеличивает индуктивность, но силовые линии магнитного поля по-прежнему должны проходить через воздух от одного конца стержня к другому. Воздушный канал гарантирует, что индуктор остается линейным. В индукторах этого типа излучение происходит на конце стержня, и электромагнитные помехи могут быть проблемой при некоторых обстоятельствах.

          Одиночный сердечник «I»

          Как цилиндрический стержень, но квадратный, редко используется отдельно. Этот тип сердечника чаще всего встречается в катушках зажигания автомобилей.

          Сердечник «C» или «U»

          Сердечники U- и C-образной формы используются с I или другим C или U-образным сердечником для создания квадратного замкнутого сердечника, наиболее простой формы замкнутого сердечника. Обмотки можно надевать на одну или обе ножки сердечника.

          U-образный сердечник с острыми углами C-образный сердечник с закругленными углами

          E-образный сердечник

          E-образный сердечник — более симметричные решения для формирования замкнутого магнитного система. В большинстве случаев электрическая цепь наматывается вокруг центральной ножки, площадь сечения которой в два раза больше, чем у каждой отдельной внешней ножки. В сердечниках трехфазного трансформатора ножки одинакового размера, и все три ножки намотаны.

          Классический сердечник E Сердечник EFD ‘позволяет создавать катушки индуктивности или трансформаторы с более низким профилем Сердечник ETD имеет цилиндрическую центральную ножку. Сердечник EP находится на полпути между E и баком сердечник

          «E» и «I» сердечник

          Листы подходящего железа, выбитые в форме, подобной (без засечек ) букв «E» и «I» накладываются друг на друга с «I» напротив открытого конца «E», чтобы сформировать трехногую структуру. Катушки можно наматывать на любую ножку, но обычно используется центральная ножка. Этот тип сердечника часто используется для силовых трансформаторов, автотрансформаторов и индукторов.

          Конструкция индуктора с использованием двух сердечников ER, пластиковой катушки и двух зажимов. Бобина имеет штыри, которые необходимо припаять к печатной плате. Покомпонентное изображение предыдущего рисунка, показывающее структуру

          Пара сердечников «E»

          Снова используется для железных сердечников. Подобно использованию «E» и «I» вместе, пара сердечников «E» будет вмещать более крупный формирователь катушки и может производить более крупный индуктор или трансформатор. Если требуется воздушный зазор, центральная ветвь «E» укорачивается, чтобы воздушный зазор находился в середине катушки, чтобы минимизировать и уменьшить электромагнитные помехи.

          Планарный сердечник

          Планарный сердечник E Плоский индуктор Изображение в разобранном виде, показывающее спиральную дорожку, проложенную непосредственно на печатной плате

          Сердечник электролита

          Обычно ферритовый или аналогичный. Используется для катушек индуктивности и трансформаторов. Форма сердечника горшка круглая с внутренней полостью, которая почти полностью закрывает катушку. Обычно сердечник горшка состоит из двух половин, которые соединяются вокруг формирователя катушки (бобина ). Эта конструкция сердечника имеет экранирующий эффект, предотвращающий излучение и уменьшающий электромагнитные помехи.

          Сердечник электролизера типа «RM» Обычный сердечник электролизера

          Тороидальный сердечник

          Эта конструкция основана на тороиде (та же форма, что и бублик ). Катушка намотана через отверстие в торе и снаружи. Идеальная катушка равномерно распределена по всей окружности тора. Симметрия этой геометрии создает магнитное поле круговых петель внутри сердечника, а отсутствие резких изгибов ограничивает практически все поле материалом сердечника. Это не только делает трансформатор эффективным , но также снижает электромагнитные помехи, излучаемые катушкой.

          Тороидальный сердечник

          Он популярен для приложений, где желательными характеристиками являются: высокая удельная мощность на массу и объем, низкий гул от сети, и минимальные электромагнитные помехи. Одним из таких приложений является источник питания для hi-fi аудиоусилителя. Основным недостатком, ограничивающим их использование для приложений общего назначения, является сложность намотки провода через центр тора.

          В отличие от разъемного сердечника (сердечник, состоящий из двух элементов, например, пара сердечников E), для автоматической намотки тороидального сердечника требуется специальное оборудование. Тороиды имеют меньше слышимого шума, такого как гул от сети, потому что магнитные силы не оказывают изгибающего момента на сердечник. Сердечник находится только в состоянии сжатия или растяжения, а круглая форма механически более стабильна.

          Кольцо или бусинка

          Слева нерегулируемый ферритовый стержень с приклеенными к концам соединительными проводами. Справа — формованный ферритовый стержень с отверстиями, через которые пропущен единственный провод. Ферритовое кольцо на компьютерном кабеле данных.

          Кольцо практически идентично тороиду по форме и характеристикам, за исключением того, что индукторы обычно проходят только через центр сердечника, не оборачиваясь вокруг сердечника несколько раз.

          Кольцевой сердечник может также состоять из двух отдельных C-образных полусфер, скрепленных вместе в пластиковой оболочке, что позволяет размещать его на готовых кабелях с уже установленными большими разъемами, что предотвратит продвижение кабеля через маленькие внутренний диаметр сплошного кольца.

          ALзначение

          Значение A L конфигурации ядра часто указывается производителями. Соотношение между индуктивностью и числом A L на линейном участке кривой намагничивания определяется следующим образом:

          где n — количество витков, L — индуктивность (например, в нГн), а A L выражается в квадрате индуктивности на виток (например, в нГн / н).

          Потери в сердечнике

          Когда сердечник подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля, как в устройствах, использующих переменный ток, таких как трансформаторы, катушки индуктивности и Для двигателей переменного тока и генераторов часть мощности, которая в идеале должна передаваться через устройство, теряется в сердечнике, рассеивается в виде тепла и иногда шума. Потери в сердечнике обычно называют потерями в стали, в отличие от потерь в меди, потерь в обмотках. Потери в железе часто описываются как три категории:

          гистерезисные потери

          Когда магнитное поле через сердечник изменяется, намагниченность материала сердечника изменяется из-за расширения и сжатие крошечных магнитных доменов, из которых он состоит, из-за движения доменных стенок. Этот процесс вызывает потери, потому что доменные стенки «зацепляются» за дефекты кристаллической структуры, а затем «прыгают» мимо них, рассеивая энергию в виде тепла. Это называется гистерезисной потерей. Это можно увидеть на графике зависимости поля B от поля H для материала, который имеет форму замкнутого контура. Чистая энергия, которая течет в катушку индуктивности, выраженная в зависимости от характеристики BH сердечника, отображается уравнением

          W = ∫ (n A cd B (t) t) (H (t) lmn) dt = (A clm) ∫ ЧАС d В <\ Displaystyle W = \ int <\ left (nA_ <\ frac > \ right) \ left (<\ frac > > \ right) dt> = (A_ l_ ) \ int >

          Это уравнение показывает, что количество энергии, потерянное в материале за один цикл применяемого Поле пропорционально площади внутри контура гистерезиса . Поскольку потери энергии в каждом цикле постоянны, гистерезисные потери мощности увеличиваются пропорционально частоте. Окончательное уравнение для гистерезисных потерь мощности:

          Вихретоковые потери

          Если сердечник электрически проводящий, изменяющееся магнитное поле индуцирует в нем циркулирующие контуры тока, называемые вихревыми токами, из-за электромагнитной индукции. Петли текут перпендикулярно оси магнитного поля. Энергия токов рассеивается в виде тепла в сопротивлении материала сердечника. Потери мощности пропорциональны площади контуров и обратно пропорциональны удельному сопротивлению материала сердечника. Потери на вихревые токи можно уменьшить, сделав сердечник из тонких пластин , которые имеют изолирующее покрытие, или, альтернативно, сделав сердечник из магнитного материала с высоким электрическим сопротивлением, такого как феррит. По этой причине в большинстве магнитных сердечников, предназначенных для применения в преобразователях мощности, используются ферритовые сердечники.

          Аномальные потери

          По определению, эта категория включает любые потери в дополнение к вихретоковым и гистерезисным потерям. Это также можно описать как расширение петли гистерезиса с увеличением частоты. Физические механизмы аномальных потерь включают локализованные эффекты вихревых токов вблизи движущихся доменных стенок.

          Уравнение Легга

          Уравнение, известное как уравнение Легга, моделирует потери магнитного материала сердечника при низких плотностях магнитного потока. Уравнение имеет три компонента потерь: гистерезис, остаточный ток и вихревой ток, и он определяется как

          R ac μ L = a B max f + cf + ef 2 <\ displaystyle <\ frac >> <\ mu L>> = aB _ <\ text > f + cf + ef ^ <2>>

          • R ac <\ displaystyle R_ > — эффективное сопротивление потерь в сердечнике (Ом),
          • μ <\ displaystyle \ mu>— проницаемость материала,
          • L <\ displaystyle L>— индуктивность (Генри),
          • a <\ displaystyle a>— коэффициент потерь на гистерезис,
          • B max <\ displaystyle B _ <\ text >> — максимальная плотность потока (гаусс),
          • c <\ displaystyle c>— коэффициент остаточных потерь,
          • f <\ displaystyle f>— частота (герцы), а
          • e <\ displaystyle <\ ce >> — коэффициент потерь на вихревые потери.

          Коэффициенты Штейнмеца

          Потери в магнитных материалы могут быть охарактеризованы коэффициентами Стейнмеца, которые, однако, не принимают во внимание изменчивость температуры. Производители материалов предоставляют данные о потерях в сердечнике в табличной и графической форме для практических условий использования.

          Читать:

          Как из домашнего кинотеатра сделать усилитель