Amorfsed ja nanokristallilised haavatud toroidsed südamikud transformaatorite, andurite ja reaktorite jaoks

Mis on haava toroidaalne südamik?

Keritud toroidsüdamik on sõõrikukujuline{0}}magnetkomponent, mis saadakse õhukese magnetsulamist lindi kerimisel suletud rõngaks ja seejärel lõõmutamisel. Kuna magnetahel on täielikult suletud ilma õhuvaheta, pakuvad toroidsed südamikud väga suurt efektiivset läbilaskvust, madalat lekkevoogu ja suurepärast välisväljade varjestust. Kui lint on raua-põhine amorfne või nanokristalliline sulam, ühendab südamik need geomeetrilised eelised suurepärase magnetilise jõudlusega nii võimsussagedusel kui ka kõrgel sagedusel, mistõttu kasutatakse amorfseid ja nanokristallilisi keritud toroidsüdamikke laialdaselt trafodes, vooluandurites ja reaktorites.

Materjal ja struktuur

Amorfne olek

Südamik saab alguse kiirel tahkumisel tekkivast lindist, milles sulasulam jahutatakse nii kiiresti, et aatomid ei moodusta korrapärast kristallvõre. Tulemuseks on metallklaas, millel puudub kristalne struktuur. Amorfsed paelad on tavaliselt umbes 20{3}}30 µm paksused, palju õhemad kui tavalised räniterasest laminaadid, mis loomulikult vähendab pöörisvoolukadusid kõrgematel sagedustel.

Nanokristalliline olek

Seejärel lõõmutatakse amorfset linti kontrollitud temperatuuritsükli ja magnetvälja all. Lõõmutamise ajal kristalliseerub see ülipeeneks struktuuriks, mille amorfsesse maatriksisse on põimitud vaid 10–20 nanomeetrised terad. See nanokristalliline struktuur pakub kombinatsiooni väga kõrgest läbilaskvusest, madalast koertsitiivsusest ja madalast südamiku kadust, mida ei saa puhtalt amorfsed ega tavapärased kristalsed materjalid samas sagedusvahemikus sobitada.

Peamised magnetilised omadused

Suur läbilaskvus: südamik magnetiseerub kergesti ja juhib voogu tõhusalt, mis vähendab antud induktiivsuse jaoks vajalike pöörete arvu ja parandab mõõtmistäpsust.

Väike südamikukadu: nanokristalliline struktuur vähendab märkimisväärselt hüstereesi ja pöörisvoolukadu-, mis on kõrge-sagedusliku ja suure{2}}tõhususega konstruktsioonide jaoks ülioluline.

Kõrge küllastusmagnetvoo tihedus: nanokristallilised südamikud küllastuvad umbes 1,2 T juures, mis on tunduvalt kõrgem kui ferriit, võimaldades väiksematel ja kergematel seadmetel sama võimsust.

Hea termiline stabiilsus: jõudlus püsib stabiilsena laias temperatuurivahemikus, nanokristalliliste sulamite Curie temperatuur on umbes 570 kraadi, mis on palju kõrgem kui ferriit.

Kõrge lineaarsus: lame hüstereesisilmus ja kõrge läbilaskvus muudavad südamikud sobivaks väikese faasiveaga täppisvoolutrafode jaoks.

Rakendused

Ühisrežiimi-drosselid

Kasutatakse tavarežiimide{0}}müra summutamiseks lülitustoiteallikates, inverterites ja elektroonikaseadmetes. Kõrge läbilaskvus madalatel sagedustel tagab tugeva sumbumise, samas kui toroidaalse geomeetria madal mähise mahtuvus säilitab jõudluse kõrgetel sagedustel.

Voolutrafod

Suure täpsuse ja lineaarsuse tõttu sobivad nanokristallilised toroidsüdamikud ideaalseks voolu täpseks mõõtmiseks mõõtmisel, kaitsereleedel ja jääkvoolu{0}}seadmetes, sealhulgas klassi 0,5 ja 0,2S rakendustes.

Võimsus- ja kõrgsagedus{0}}trafod

Väike kadu ja kõrge küllastusvoog võimaldavad võimsuse muundamiseks kompaktseid trafosid, sealhulgas tagasi- ja edasi-tagasi muundureid, mis töötavad sagedusel 20–100 kHz.

Magnetvõimendid ja küllastatavad reaktorid

Teravat küllastuspõlvi ja suurt ruudusussuhet kasutatakse võimsuse reguleerimiseks magnetvõimendites ja juhitavates küllastusreaktorites.

Kõrgsagedus{0}}induktiivpoolid

Nanokristallilised toroidsüdamikud asendavad suurepäraselt ferriit- ja räniterast paljudes kesk{0}}- ja-kõrgsageduslike induktiivpoolide rakendustes, kus suurus ja tõhusus on olulised.

Tüüpilised südamiku suuruse valikud

Järgmises tabelis on loetletud tüüpilised mähitud toroidsüdamiku seeriad koos nende tüüpilise võimsusega. Mudeli tähistus on CD (mähise paksus) x (lindi laius) x (sisekõrgus); sisekõrgus on saadaval mitmes etapis, mis muudab akna pindala ja seega ka saavutatavat võimsust.

Põhimudel (mm)	Mähise paksus (mm)	Lindi laius (mm)	Sisekõrguse valikud (mm)	Tüüpiline võimsus sagedusel 50 Hz (VA)	Tüüpiline võimsus sagedusel 400 Hz (VA)
CD 6,5 x 12,5 x 8	6.5	12.5	8, 10, 12.5, 16	0.05-0.10	9.7-20.4
CD 10 x 12,5 x 20	10	12.5	20, 25, 32, 40	2.4-6.7	56.6-112
CD 12,5 x 16 x 25	12.5	16	25, 32, 40, 50	10.7-25	119-221
CD 12,5 x 25 x 30	12.5	25	30, 40, 50, 60	31.2-63.2	222-398
CD 16 x 32 x 40	16	32	40, 50, 65, 80	89-171	470-840
CD 20x40x50	20	40	50, 60, 80, 100	199-375	813-1,476
CD 25 x 50 x 65	25	50	65, 80, 100, 120	448-776	1,595-2,668
CD32 x 64 x 80	32	64	80, 100, 130, 160	1,006-1,843	3,197-5,522
CD 40 x 80 x 100	40	80	100, 120, 160, 200	2,106-3,912	6,152-10,737

Spetsiifiliste nõuete täitmiseks saab luua kohandatud mõõtmeid ja jõudluseesmärke, sealhulgas energia{0}}salvestavate induktiivpoolide ja kaitsekattega südamikud otse rõnga külge kerimiseks.

Valikumärkused ja levinud väärarusaamad

Ärge ajage segamini amorfseid ja nanokristallilisi materjale: amorfsed südamikud on eelistatud keskmise sagedusega kuni mõne kilohertsi võimsustrafode{0}}, samas kui nanokristallilised südamikud paistavad silma mõnest kilohertsist kuni 100 kHz ja üle selle.

Käsitsemisasjad: nanokristalliline lint on magnetostriktiivne ja mehaaniline pinge muudab silmuse kuju. Südamike tuleb käsitseda ettevaatlikult ja võimaluse korral kasutada neid koos kaitseümbrise või -kattega.

Temperatuuri käitumine: kuigi Curie temperatuur on kõrge, suureneb nanokristalliliste tuumade kadu siiski sageduse ja voo tihedusega; vähendage südamikku, kui see töötab üle 100 kHz.

Küllastuspiirang: kui trafo peab taluma suurt sisendvoolu ilma küllastuseta, kontrollige, kas valitud südamiku küllastusvoo tihedus on halvima{0}}juhu jaoks piisav.

KKK

Mis vahe on amorfsel tuumal ja nanokristallilisel tuumal?

Amorfne südamik on valmistatud kiiresti tahkunud metallilisest-klaaslindist, millel puudub kristalne struktuur. Nanokristalliline südamik valmistatakse selle lindi lõõmutamisel nii, et moodustuvad ülipeened 10-20 nm terad. Nanokristallilised südamikud pakuvad kõrgel sagedusel suuremat läbilaskvust ja väiksemat südamiku kadu, samas kui amorfsed südamikud on endiselt kulutõhus valik paljude võimsus-sagedus- ja kesksageduslike rakenduste jaoks.

Miks kasutada E{0}}I lamineerimise asemel toroidaalset kuju?

Toroidaalsel kujul on täielikult suletud magnetahel ilma õhuvaheta, mis tagab suurema efektiivse läbilaskvuse, väiksema lekkevoo ja vähem kiirgavat müra. Sellel on õhuklapi rakendustes ka väiksem mähimismahtuvus. Kompromiss- on keerulisem mähis, kuna traat tuleb keerata läbi akna.

Kas nanokristalliline toroidsüdamik võib asendada ferriiti lülitustoiteallikas?

Paljudel juhtudel jah. Nanokristallilised südamikud pakuvad suuremat küllastusvoo tihedust (umbes 1,2 T versus 0,4-0,5 T ferriidi puhul), mis võimaldab väiksemat südamikku sama energiasalvestuse jaoks või suuremat voolu kõikumist sama südamiku suuruse jaoks, vähendades pöörete arvu või töösageduse nõudeid.

Kuidas valida voolutrafo jaoks õige südamiku suurus?

Esmalt määrake täpsusklass, nimivoolutugevus ja koormus. Seejärel kontrollige, kas südamiku-ristlõige on piisavalt suur, et vältida küllastumist maksimaalse rikkevoolu korral, ja kas läbilaskvus tagab vajaliku magnetiseerimistakistuse töösagedusel. Mõõtmisrakenduste puhul saavutab suure läbilaskvusega nanokristalliline südamik tavaliselt klassi 0,5 või parema vähemate pööretega kui räniteras.

Kas need südamikud sobivad kõrge{0}}temperatuuriga keskkonda?

Nanokristallilised südamikud töötavad usaldusväärselt ka üle 100 kraadi tänu Curie temperatuurile umbes 570 kraadi. Praktilise piiri seab tavaliselt pigem mähise isolatsioon ja südamiku kate, mitte magnetmaterjal ise.