Порошковые сердечники для трансформаторов / катушек индуктивностиизготавливаются из множества материалов. Магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим материалом толщиной от 0,1 до 3 мкм и прессуют в пресс-формах при усилии до 300 000 фунтов на квадратный дюйм (21 000 кг/см2).
При таких высоких давлениях необходимо использовать оснастку из карбида вольфрама. Возможно большое разнообразие форм порошковых сердечников для трансформаторов / катушек индуктивности, но самыми распространенными являются тороиды. На маленькие тороиды наносится покрытие из парилена (поли-n-ксилилен, parylene), а на большие - эпоксидное. Покрытие необходимо для предотвращения короткого замыкания в процессе намотки обмотки и эксплуатации.
Изменение размера частиц, толщины их покрытия и давления позволяет изменять проницаемость готовых порошковых сердечников в диапазоне от 14 до 350. Затем сердечники для трансформаторов / катушек индуктивностиотжигаются при высокой температуре в атмосфера водорода. Отжиг снимает внутренние напряжения, возникшие при прессовании, препятствует окислению и улучшает магнитные свойства порошковых сердечников.
Потери на вихревые токи в порошковых сердечниках для трансформаторов / катушек индуктивности минимальны из-за того, что каждая частица магнитного материала изолирована от других. Изолирующий материал обеспечивает распределенный воздушный зазор, который снижает проницаемость и дает возможность сердечнику запасать значительное количество энергии. Отсутствие локализованного воздушного зазора устраняет вредное действие краевого эффекта и связанных с ним потерь.
Порошковое железо выпускается с проницаемостью от 10 до 90 и является самым дешевым порошковым материалом. Из-за сложности производства изготовление сердечников для трансформаторов / катушек индуктивности с более высокими проницаемостями практически нецелесообразно. Кроме тороидов, оно выпускается в виде стержней и Е - и I - сердечников. Насыщается в районе 10 кГс, но имеет очень большие потери.
Хотя потери в порошковом железе и высокие, они ниже, чем в трансформаторной стали. Оно эффективно применяется в виде стержней при очень низких уровнях потока для подстройки резонансных контуров с трансформаторной связью. Порошковое железо также используется в фильтрах с низкими эксплуатационными характеристиками, которые должны выдерживать большие постоянные токи, а цена имеет определяющее значение. Под воздействием высокочастотного пульсирующего тока значительной величины порошковое железо становится очень горячим.
МРР – порошковый молибденовый пермаллой, также известный как Мо-пермаллой. Мо-пермаллой (МРР) сердечники для трансформаторов / катушек индуктивностипроизводят из сплава, состоящего из 2 % молибдена, 81 % никеля и 17 % железа. Мо-пермаллой (МРР) тороиды изготавливаются с проницаемостью от 14 до 350. Это самый широкий диапазон проницаемостей для всех порошковых материалов. Мо-пермаллой (МРР) насыщается при 7 кГс и обладает самыми низкими потерями из всех порошковых материалов. У Мо-пермаллоя (МРР) самая лучшая температурная стабильность наряду с самым малым изменением проницаемости при малом и среднем уровне возбуждения. Высокое содержание никеля в Мо-пермаллое (МРР) делает его самым дорогим из всех порошковых сердечников для трансформаторов / катушек индуктивности, но его превосходные характеристики более чем компенсируют его стоимость.
Мо-пермаллой (МРР) наилучший материал для фильтров звуковой частоты, среднечастотных низкоуровневых резонансных контуров и сглаживающих дросселей в переключаемых источниках питания. Мо-пермаллой (МРР) сердечники можно использовать в мощных резонансных контурах, работающих в области насыщения на частотах до 3,5 кГц. При введении в насыщение на частотах выше этой выделяется слишком много тепла. Это самый лучший материал для трансформаторов тока в диапазоне 10 кГц-1 МГц, особенно если необходимо выдерживать большие постоянные токи. Наиболее эффективное решение, из-за очень низких потерь на вихревые токи, при необходимости изолировать шину питания от коротких мощных пиков напряжения.
Сендаст был изобретен в Японии перед Второй мировой войной. Он состоит из 6 % алюминия, 9 % кремния и 85 % железа. Тороиды из сендаста производятся с проницаемостями от 60 до 125 под торговой маркой Super-MSS. Свойства сендаста при подмагничивании постоянным током схожи с Мо-пермаллоем (МРР), а потери меньше, чем у порошкового железа, но больше, чем у Мо-пермаллоя (МРР). Из сендаста изготавливались высококачественные магнитные головки. MSS хорошо подходит для сетевых и выходных фильтров средних характеристик.
И хотя он слегка дороже порошкового железа, его значительно более низкие потери оправдывают разницу в цене. В переключаемых источниках питания, где потери не так критичны, Super-MSS (сендаст) обычно используют как замену Мо-пермаллою (МРР). Часто это – наилучший выбор, потому что Super-MSS (сендаст) стоит дешевле Мо-пермаллоя (МРР).
High Flux (HF) порошковые сердечники для трансформаторов / катушек индуктивностиизготавливают из сплава 50 % никеля и 50 % железа. HF-тороиды имеют проницаемость от 14 до 200. Сердечник из Hi-Flux (HF) может запасти в четыре раза больше энергии, чем сердечник МРР (Мо пермаллоя) или MSS (сендаста) такой же проницаемости и размеров, так как его практическое насыщение – 11 кГс. Hi-Flux (HF) стоит немного дешевле МРР (Мо-пермаллоя) и является самым лучшим выбором для применений, в которых требуется накопление максимальной энергии, а стоимость не имеет большого значения. Его потери значительно меньше, чем у порошкового железа, но больше, чем у МРР (Мо-пермаллоя) или Super-MSS (сендаста). Hi-Flux (HF) – лучший выбор для мощных низкочастотных резонансных контуров и дросселей, через которые должны протекать большие постоянные токи. Это делает возможным создание RFI-фильтров для сетевых источников питания, которые могут удлинять импульсы выпрямителя и улучшать коэффициент мощности.
Ферритовые сердечники изготавливаются из керамических материалов, в состав которых входит окись железа с добавлением окислов марганца, цинка или других металлов. Необходимые для изготовления ферритовых сердечников компоненты в виде порошков смешиваются, помещаются в форму и спекаются. В результате получается твердое, хрупкое стеклоподобное вещество. Обычно проницаемость имеет диапазон от 750 до 10 000. Плотность потока насыщения – от 3 до 5 кГс. Ферритовые сердечники можно производить в любой удобной форме – тороиды, Е- и I-образные сердечники, броневые сердечники и стержни.
Ферритовые сердечники могут обладать самыми низкими потерями в сравнении с сердечниками из других широко применяемых материалов – из-за их низкого остаточного намагничивания и высокого удельного сопротивления. Благодаря этому ферритовые сердечники представляют наилучший выбор для трансформаторов в диапазоне частот от 1 кГц до 1 Мгц. Они не очень хорошо подходят для высокочастотных применений, если не снабжены зазором. Это обусловлено большим влиянием температуры и уровня возбуждения на проницаемость и Q (добротность) ферритовых сердечников.
Обычно, удельное сопротивление ферритовых сердечников в миллионы раз больше, чем у сердечников из магнито-мягких сплавов. Хотя это обуславливает самые низкие потери на вихревые токи из всех твердотельных материалов, все равно обмотка должна быть изолирована от сердечника трансформатора / катушки индуктивности. Кромки феррита, острые как бритва, легко нарушат изоляцию провода во время намотки.
Для предотвращения короткого замыкания во время намотки на ферритовые сердечники в форме тороида наносится париленовое или эпоксидное покрытие. Несмотря на то что ферритовые сердечники обладают достаточно высоким удельным сопротивлением, потери на вихревые токи иногда могут создавать проблемы. Это происходит в применениях с высоким напряжением на виток, таких как дроссели в низкочастотных цепях с высоковольтными импульсами. В этих случаях лучший выбор – МРР (Мо-пермаллой).
Задание 3. По материалам сайта сделать презентацию на тему: