]PHQãLWIRQW ]Y WãLWIRQW QDVWDYLWIRQW XORåLWVRXERU Y\WLVNQRXWVRXERU Y\WYR LWQRYêVRXERU

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

19. PROGRAM MAGNETIC DESIGN TOOL FIRMY SIEMENS Program Magnetic Design Tool nabízí pohodlný pøístup k informacím o dostupných feritových materiálech firmy Siemens Matsushita a jejich integraci do procesu digitálního návrhu. Parametry, na kterých je návrhový program založen, jako napø. hysterezní køivka, výkonová ztráta, poèáteèní permeabilita, maximální permeabilita a komplexní permeabilita jsou získány na základì mìøení vyrábìných feritových materiálù. Tyto parametry mohou být graficky zpracovány a porovnány s parametry ostatními. Vytvoøené grafy lze vytisknout nebo pøenést do jiných aplikací MS Windows pomocí schránky. Jednoduchý editor nabízí možnost tvorby poznámek pøi návrhu a práci s programem Magnetic Design Tool. Podprogramy Editor Editor nabízí možnost tvorby poznámek pøi návrhu a práci s programem Magnetic Design Tool. Souèasnì mùže být otevøeno i nìkolik editorových oken. Funkènost a použití editoru je velmi podobné ostatním produktùm systému Windows jako napø. Notepad. Material form (vlastnosti magnetických materiálù) Tento podprogram v závislosti na zvoleném materiálu graficky zobrazí: a) hysterezní køivku, b) závislost poèáteèní permeability na teplotì, c) závislost výkonové ztráty na frekvenci, magnetické indukci a teplotì, d) závislost maximální permeability na magnetické indukci, e) závislost komplexní permeability na frekvenci. Core form (vlastnosti magnetických jader) Tento podprogram v závislosti na zvoleném materiálu a typu jádra slouží k: a) vyjádøení efektivní peremeability, b) urèení pøenosového výkonu Ptrans, c) zobrazení tabulky s digitálnì namìøenými údaji µa = f(B), µi = f(T), µ’ = f(f), µ’’ = f(f), d) prohlížení namìøených hodnot, použitelných v programu a jejich pøenesení do ostatních aplikací napø. do Excelu, e) provedení následujících výpoètù: - AL jako funkce tloušky vzduchové mezery, - velikost vzduchové mezery jako funkce hodnoty Al, 204

Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

- indukènost cívky L jako funkce hodnoty AL, - intenzitu magnetického pole H jako funkce proudu cívkou I, - napìtí na cívce U jako funkce magnetické indukce B, frekvence f, a poètu závitù N cívky. Core Advanced (další parametry jader) Tento podprogram v závislosti na zvoleném materiálu a typu jádra slouží k: a) Zobrazení reverzní permeability a reverzní indukènosti jako funkce stejnosmìrného proudu cívkou I DC nebo intenzity stejnosmìrného magnetického pole v magnetickém materiálu HDC. b) Vypoèítání potøebné tloušky vzduchové mezery, hodnoty AL a poètu závitù N pro maximální zmìnu permeability dµrev [%] a maximální výkonový rozdíl dW [%] vzhledem k danému jádru a materiálu. c) Zobrazení pomìru stejnosmìrného (DC) a støídavého (AC) odporu cívky vzhledem k frekvenci pro dané jádro a jeho materiál. Graph Control (Okno tvorba grafù) V oknì programu Graph Control se definují parametry pøíslušných grafù, které je možno tisknout nebo pøenést pomocí clipboardu do ostatních aplikací. Toto okno mùže být otevøeno z podprogramu, který podporuje grafické zobrazení. Spuštìní programu Spuste program poklepáním na ikonu Ferrite Magnetics ve skupinì Data Book Library a následnì kliknìte na tlaèítko OK na úvodní obrazovce. Program bude spuštìn s prázdným otevøeným oknem editoru. Opuštìní programu Vyberte nabídku Exit z roletového menu File. Program bude ukonèen.

19.1

Editor

Obr. 19.1 Titulní okno po otevøení Editoru Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

205

Po spuštìní programu se automaticky otevøe prázdné okno editoru. Roletová menu File, Edit a Window umožòují pøístup k funkcím editoru. Nejèastìji používané a tedy nejdùležitìjší funkce lze pøímo vybrat pomocí kliknutí na pøíslušné tlaèítko pøímo na nástrojové lištì.

19.1.1

Nástrojová lišta

Následující obrázky zobrazují veškeré funkce editoru, které jsou dosažitelné pomocí nástrojové lišty.

]PHQãLWIRQW ]Y WãLWIRQW QDVWDYLWIRQW XORåLWVRXERU Y\WLVNQRXWVRXERU Y\WYR LWQRYêVRXERU RWHY tWH[LVWXMtFtVRXERU Obr. 19.2 Nástrojová lišta programu Roletová menu File menu New Open Save Save As Print

otevøe nový textový soubor otevøe existující textový soubor uloží aktuální textový soubor umožní uložení textového souboru pod zvolitelným jménem vytiskne aktuální textový soubor na standardní Windows tiskárnì Close Window zavøe aktuální textový soubor. Pokud soubor nebyl uložen, zobrazí se bezpeènostní hláška nabízející uložení programu Exit ukonèí program

Edit Menu Cut Copy 206

pøesune vybraný text do clipboardu (schránky) zkopíruje vybraný text do clipboardu Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

Paste Delete Delete Line Select All

na pozici kurzoru vloží text z clipboardu smaže oznaèený text smaže øádku, na které je nastaven kurzor vybere veškerý text

Windows Menu Cascade, Tile H, Tile V, Arrange Icons, Minimize all Windows. Tato menu slouží k nastavení aktálního obrazovkového okna editoru. Pokud je otevøeno více oken, pomocí tohoto menu se mùže nastavit jako aktivní kterýkoliv ze souborù, bìžících na pozadí.

19.2

Základy obsluhy programu

Obr. 19.3 Okno Material Form pro zvolený materiál K10 Základní operaèní procedury a pøiøazení tlaèítek je stejné pro podprogramy Material Form, Core Form a Core Asdvanced. Z tohoto dùvodu jsou všechny popsány spoleènì. Výbìr materiálu a jádra Pro výbìr požadovaného materiálu a jádra je urèeno roletové menu. Vybrané mohou být pouze ty materiály a ta jádra, pro které program mùže provést výše zmínìné výpoèty. Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

207

Naètení grafù (Graph Reader) Nastavte kurzor myši do bodu mìøené køivky na obrazovce a kliknìte levým tlaèítkem. Odeètená hodnota z grafu se zobrazí v oknì Graph Reader. Editace grafù (Graph Control) Poukáním na tlaèítko Graph Control, ve kterém je možno volit typ grafu se pøíslušný graf zobrazí a je možno ho vytisknout na tiskárnì nebo jej pøenést do jiné aplikace Windows pomocí clipboardu. Výstup grafù (Graph Output) Okno slouží pro výstup grafù. Vybráním rùzných materiálù nebo jader mohou být grafy superponovány a tedy snadno porovnávány. Vstupní pole (Input Fields) Vstupní data pro kalkulace se zadávají do bíle oznaèených oken. Ukonèení vstupu dat se provede klávesou Enter. Výstupní pole (Output Fields) Výstupní pole jsou oznaèena šedì. Slouží pro zobrazování výsledkù výpoètù èi namìøených hodnot, ale nemohou být modifikována.

19.3

Hysterezní smyèka (Hysteresis Loop)

Zvláštní vlastností feromagnetických a ferimagnetických materiálù je, že samovolná magnetizace v nich existuje až do teploty pro každý materiál specifické, do tzv. Curieova bodu. Elementární atomové magnety jsou do této teploty uspoøádány do paralelních linií v mikroskopicky malých oblastech. Tyto takzvané Weissovy domény jsou pøirozenì orientovány tak rùznorodì z hlediska jejich natoèení, že není znatelný žádný celkový vnìjší magnetický efekt. Toto se však zmìní, pokud feromagnetické tìleso vložíme do magnetického pole a magnetická indukce (plošná hustota magnetického toku) B jako funkce intenzity magnetického pole H je mìøena pomocí testovací cívky. Postupujeme-li od B = 0 i H = 0 získáme takzvanou køivku prvotní magnetizace. Pro nízké hodnoty intenzity magnetického pole se pøíznivì, vhodnì orientované domény vzhledem k orientaci magnetického pole rozrostou na úkor jinak orientovaných domén (èástice se magneticky zorientují). Pøi vyšších intenzitách pole se domény otáèí (pøevrací), to je ta nejstrmìjší èást hysterezní smyèky. Nakonec jsou magnetické momenty pøesunuty ze svých pozic daných krystalickou møížkou do pozic ve smìru vnìjšího magnetického pole, dokud se nedostanou do stavu saturace, tedy dokud se všechny elementární magnety materiálu nenatoèí do smìru pole. Pokud dojde opìtovnému poklesu H je už køivka B velice odlišná. Tímto se získá tzv. hysterezní køivka.

208

Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

19.3.1

Základní parametry hysterezní køivky

19.3.1.1 Køivka prvotní magnetizace Køivka prvotní magnetizace popisuje vztah B = µr . µ0 . H pro první magnetizaci, pøed níž následuje kompletní demagnetizace. Spojením koncových bodù všech „podsmyèek“ od H = 0 do H = Hmax získáme køivku prvotní magnetizace. 19.3.1.2 Saturaèní magnetizace BS Saturaèní magnetizace BS je definována jako maximální hodnota magnetické indukce, dosažitelná pro daný materiál (pro velmi vysokou intenzitu magnetického pole), nad hodnotu BS již dále není možné zvyšovat B(H) dalším zvyšováním H. Mikroskopicky vysvìtleno to znamená, že pøi B = BS jsou veškeré elementární magnety již nasmìrovány ve smìru pole. Technicky je BS definována jako magnetická indukce pøi intenzitì magnetického pole H = 1200 [A/m]. Jak ukazují pøíslušné magnetizaèní køivky, hodnota B(H) pro H vìtší než 1200 [A/m] již pøibližnì zùstává konstantní (platí pro všechny ferity s velkou permeabilitou µ > 100 [–]). 19.3.1.3 Remanentní magnetická indukce BR(H) Remanentní magnetická indukce (zbytková magnetizace) je velikost stupnì zbytkové magnetizace feritu po pøebìhnutí hysterezní køivky. Pokud je magnetické pole H redukováno na nulu, ferit si stále uchovává urèitou nenulovou magnetickou indukci, závislou na materiálu. 19.3.1.4 Intenzita koercitivního pole (koercitivní síla) Hc Magnetická indukce B [T] mùže být redukována na nulu pokud je pøipojeno opaènì orientované pole o velikosti koercitivní intenzity Hc. Demagnetizovaný stav mùže být kdykoliv obnoven: a) Vložením materiálu do støídavého magnetického pole se souèasným poklesem amplitudy intenzity magnetického pole H na nulu. b) Pøekroèením Curierovy teploty daného materiálu Tc. Program znázoròuje hysterezní smyèku v rozsahu teplot od 25 [°C] do 100 [°C] pro veškeré dostupné materiály firmy Siemens-Matsushita, které jsou zahrnuty v databázi. Pro kterýkoliv bod grafu je možné odeèíst hodnoty B a H. 19.3.1.5 Postup a) kliknìte na tlaèítko Material Form v hlavním oknì, otevøe se okno Material Form, vyberte Hysteresis, b) zvolte požadovaný materiál, c) zvolte požadovanou teplotu.

Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

209

Zobrazí se hysterezní køivka podle obr. 19.3 a následnì kliknìte na bod grafu, pro který chcete odeèíst hodnoty B a H. Hodnoty se zobrazí v oknì Graph Reader.

19.4

Poèáteèní permeabilita

Poèáteèní permeabilita µi jako funkce teploty T mùže být zobrazena pro všechny dostupné feritové materiály firmy Siemens-Matsushita, které jsou v databázi programu. Hodnoty µi = f(T) lze z grafu odeèíst pro všechny body køivky. Z dùvodù možnosti porovnání více køivek program nabízí opìt možnost zobrazení více køivek do jednoho grafu.

19.4.1

Postup

a) Stisknìte tlaèítko Material Form na hlavní obrazovce a otevøe se okno Material Form. b) Vyberte µi jako funkci teploty T. c) Vyberte požadovaný materiál, zobrazí se poèáteèní permeabilita jako funkce teploty. d) Kliknìte na mìøicí body køivky, pro které chcete odeèíst hodnoty µi pøi dané teplotì. Tyto hodnoty se zobrazí v oknì Graph Reader.

19.4.2

Støední hodnoty µi

Program rovnìž nabízí možnost výpoètu støední hodnoty µi pomocí lineární interpolace z namìøených bodù podle následujícího postupu: a) Do vstupního pole zadejte teplotu T [°C]. b) Vypoètená hodnota µi pro daný materiál se zobrazí ve výstupním poli.

Obr. 19.4 210

Graf poèáteèní permeability pro nìkolik rùzných materiálù Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

Obr. 19.5 Volby grafù ve volbì Ztráty (Power Los)

19.5

Výkonové ztráty

Pro všechny dostupné výkonové materiály lze výkonovou ztrátu vyjádøit volbou souøadnic grafù a jejich parametrù (obr. 19.5) jako: a) Výkon na jednotku objemu P/V [W/m3] v závislosti na teplotì T [°C] pøi dané frekvenci f [kHz] a magnetické indukci B [mT] - obr. 19.6. b) Výkon na jednotku objemu P/V [W/m3] v závislosti na magnetické indukci B [mT] pøi dané teplotì T [°C] a frekvenci f [kHz] - obr. 19.7. c) Výkon na jednotku objemu P/V [W/m3] v závislosti na frekvenci f [kHz] pøi dané teplotì T [°C] a magnetické indukci B [mT]. Obdobnì lze konstruovat i další funkce, kdy je ztrátový výkon vztažen na jednotku hmotnosti materiálu: a) Výkon na jednotku hmotnosti P/m [W/kg] v závislosti na teplotì T [°C] pøi dané frekvenci f [kHz] a magnetické indukci B [mT]. b) Výkon na jednotku hmotnosti P/m [W/kg] v závislosti na magnetické indukci B [mT] pøi dané teplotì T [°C] a frekvenci f [kHz]. c) Výkon na jednotku hmotnosti P/m [W/kg] v závislosti na frekvenci f [kHz] pøi dané teplotì T [°C] a magnetické indukci B [mT]. Nakonec lze konstruovat i další funkce, kdy je ztrátový faktor B . f [mT . kHz] vykreslen opìt v závislosti na všech tøech velièinách: a) Ztrátový faktor B . f [mT . kHz] v závislosti na teplotì T [°C] pøi dané frekvenci f [kHz] a magnetické indukci B [mT]. b) Ztrátový faktor B . f [mT . kHz] v závislosti na magnetické indukci B [mT] pøi dané teplotì T [°C] a frekvenci f [kHz]. c) Ztrátový faktor B . f [mT . kHz] v závislosti na frekvenci f [kHz] pøi dané teplotì T [°C] a magnetické indukci B [mT] - obr. 19.9. Alexandr Krejèiøík: Napájecí zdroje III. - BEN technická literatura

211