Magneticky měkké materiály Pro DC:
Nízkouhlíkaté oceli (max. 0,05 % C) Slitiny Fe-Ni (permalloye) (i pro AC) Slitina Fe – Co (50 – 50) – Permendur – Hs až 2,45 T
Pro AC:
Fe – Si, Si: ↓ Hc⇒↑ µ ↓ Bs ↑ρ ↑ křehkost
⊕ ⊗ ⊕ ⊗
Permalloye amorfní materiály
FeSi NiFe CoFe
Nanokrystalické materiály
Hc →0 ⇒ µ ↑ Bs ↑ křehké !!!
MAP
22
Izotropní oceli pro AC magnetování – za tepla válcované neorientované plechy Ztráty cca 1 – 2 W/kg při 1T 3 – 5 W/kg při 1,5 T
MAP
23
Anizotropní oceli pro AC magnetování – za studena válcované orientované plechy Ztráty cca 1 – 1,2 W/kg při 1,7 T
Gossova textura – osa snadné magnetizace shodná se směrem válcování
MAP
24
Permalloye – slitiny Fe a Ni obecně: Vysoká permeabilita, nižší sycení, kvůli vysoké permeabilitě a el. vodivosti pro AC jako velmi tenké plechy (0,05 – 0,3 mm) – viz. později. Pozor, mg. vlastnosti velmi citlivé na mech. namáhání – nutno relaxačně žíhat ve vakuu nebo redukční atmosfeře. Tvar charakteristiky lze modifikovat složením a termomagnetickým zpracováním Významné typy: 79% Ni – maximální permeabilita, BS = 0,8 T vynulování anizotropie i magnetostrikce 50% Ni – BS = 1,55 T, vyšší HC (cca 20A/m) 36% Ni - BS = 1,3 T, µ4 = 2000, konstantní do 10 A/m
MAP
25
Amorfní a nanokrystalické materiály Rychlým ochlazením (106 K/s) při lití na Cu válec zabráněno krystalizaci. Vyloučena magnetokrystalická anizotropie, velmi tenké pásky (20 – 30 µm), menší el. vodivost, proto malé ztráty, jsou použitelné do cca 100 kHz. Nevadí mechanické namáhání, avšak křehké. Významné typy: Na bázi Fe: BS ≅ 1,4 T, levné, HC ≅ 4 A/m, µi ≅ 3000 Na bázi Co: BS ≅ 0,8 T, drahé, HC 〈 1 A/m, µi ≅ 150000 Na bázi Ni-Fe: BS ≅ 0,8 T, HC ≅ 1 A/m, µi ≅ 100000 Nanokrystalické materiály se vytvářejí z amorfních materiálů s dalšími příměsemi řízenou krystalizací. Tvar charakteristiky amorfních a nanokrystalických materiálů lze modifikovat termomagnetickým zpracováním (žíháním v mg. poli vhodné velikosti a směru – viz. např. (později) jádra spec. MTI pro elektroměry).
MAP
26
Mg měkké ferity – Fe2O3 + další oxidy (zejména NiZn, MnZn, MgMnZn) Pozor, jsou to ferimagnetika (nevykompenzovaná antiferomagnetika), proto BS ≅ 0,35 T Velká rezistivita, proto vhodné i pro vysoké kmitočty. NiZn ferity (ve značení Fonox „N“) – 1 ÷ 200 MHz, nižší µi (10 ÷ 500) MnZn ferity (ve značení Fonox „H“) – do cca 250 kHz, µi (600 ÷ 10000) Pozn: U mg. měkkých feritů zpravidla platí: čím větší µ, tím větší vodivost a εr a tím větší ztráty na VF. Pozor, u skládaných obvodů vždy vzduchová mezera (δ). Vliv δ roste s permeabilitou. Výpočet a návrh obvodů s feritovými jádry nese značné prvky empirie. Specifické vlastnosti feritů jsou popisovány zvláštními parametry zejména: efektivní permeabilita
µe =
MAP
1 L l l le , určíme z katalogu, nebo jako C1 dle IEC 205 , kde = ∑ ∑ 2 µ0 N S S S e viz. obr.
27
Pozn: Ve značení Fonox odpovídá počáteční permeabilita materiálu (toroid) číslici za písmenem ∗100. Z tabulky je patrný růst vlivu „nulové“ vzduchové mezery při vyšší permeabilitě.
Pozn.: U obvodů se vzduchovou mezerou je vhodné vzdálit vinutí od mezery (jinak vznikají vířivé proudy v Cu).
MAP
28
„cívková permeabilita“ (u otevřených jader)
AL konstanta
AL =
µ APP =
L N2
LS JÁDREM LBEZ JÁDRA
⎡ nH ⎤ ⎢⎣ z 2 ⎥⎦
zpravidla se nastavuje pomocí δ (změna µe)
Ztrátový činitel
tgδ =
1 µ ′′ = Q µ′
lze určit z char. µ‘,µ‘‘f(f), nebo z frekvenční závislosti měrného ztrátového činitele
MAP
29
Měrný ztrátový činitel
tgδ
µi
, z frekvenční závislosti lze stanovit
tgδ e =
tgδ
µi
µe
Pozn: Závislosti v podstatě ukazují, při jaké frekvenci je vhodné přejít na materiál s nižší permeabilitou!! Př.: Jaký ztrátový činitel má materiál H22 bez vzduchové mezery na 100kHz? Z grafu tgδ /µi f(f) pro 100 kHz a materiál H22 tgδ /µi = 2∗10-5 tgδ = 2∗10-5∗ 2200 = 0,044 Q = 23
MAP
30
Teplotní závislost permeability αF (někdy TKµi) [10-6/K], zpravidla pro 25 – 55 0C
αF =
∆µ i 1 ∆T µi2
Pozn: pozor na kvadrát ve jmenovateli
Příklad: Hrníček 26x16 H12, αF ≤ 3∗10-6, ∆T = 20 (20 – 40 0C), ∆L/L = ? [%] a) bez vzduchové mezery - µe = 1020, AL = 3200 ∆L/L = αF µe ∆T = 6,12 % b) δ = 4,8 mm, µe = 13, AL = 40 ∆L/L = αF µe ∆T = 0,078 %
MAP
31
Teplotní závislost měrných ztrát (materiály Philips, Fonox)
Pozn.: Minimum ztrát při rel. vysoké teplotě. Při vyšších frekvencích je minimum ploší a nastává při nižší teplotě.
MAP
32
Ferit s „perminvarovou charakteristikou“ (N01P a N08P Fonox)
V oblasti malých polí téměř konstantní permeabilita (pouze vratné pohyby stěn, bezhysterezní chrakteristika). Po dosažení „otvíracího“ pole (HP ≅ 120 A/m) dochází k nevratným posuvům.
Železoprachové materiály – lisováním směsi kovového prášju a izolační hmoty, mají „distribuovanou“ vzduchovou mezeru, jsou odolné vůči přesycení DC polem, vhodné pro tlumivky spínaných zdrojů. Permeabilita je nízká (desítky).
MAP
33
