Toroidinė šerdis: medžiagos, dizainas ir pritaikymas

Kas yra toroidinė šerdis?

Toroidinė šerdis yra spurgos{0}}formos magnetinė šerdis, pagaminta iš magnetinės medžiagos, pvz., silicio plieno lakšto, ferito, amorfinės juostelės arba nanokristalinės juostelės. Juostelė suvyniota į spiralę, kad susidarytų ištisinė uždara magnetinė grandinė be oro tarpo arba tik labai maža. Kadangi magnetinio lauko linijos sudaro uždarą kilpą šerdies viduje, srauto nuotėkis yra sumažintas ir šerdis pasiekia aukštą transformatorių ir induktorių sujungimo efektyvumą.

Struktūra ir magnetinės grandinės pranašumai

Mažas magnetinio srauto nuotėkis: uždara grandinė beveik visiškai sukoncentruoja lauką šerdies viduje, pagerindama sujungimą ir sumažindama elektromagnetinius trukdžius (EMI).

Efektyvi apvija: žiedo forma tinka automatinėms vyniojimo mašinoms, užtikrina didelį apsisukimų tankį, o gatavas komponentas yra kompaktiškas, taupant erdvę.

Maži nuostoliai: nuolatinė magnetinė grandinė ir tolygus lauko pasiskirstymas sumažina histerezės ir sūkurinių srovių nuostolius, pagerina energijos vartojimo efektyvumą.

Mažas garsinis triukšmas: oro tarpų ir jungčių nebuvimas sumažina su magnetostrikcija{0}}susijusią vibraciją, palyginti su sudėtomis E-I šerdimis.

Palyginti pagrindinės medžiagos

Ferito šerdys daugiausia sudarytos iš geležies oksidų ir pasižymi dideliu pralaidumu, mažu nuostoliu ir geru temperatūros stabilumu; minkštieji feritai skirstomi į mangano-cinko ir nikelio-cinko tipus, pastarieji geriau tinka aukštesniems dažniams. Silicio plienas turi didelį soties srauto tankį ir mažus sūkurinės srovės nuostolius linijos dažniu, tačiau jo nuostoliai smarkiai padidėja esant aukštam dažniui. Permalloy, minkštas nikelio -geležies magnetinis lydinys, užtikrina puikų pralaidumą vidutinio ir žemo dažnio diapazone, kai reikalingos didelės Q vertės. Amorfinės ir nanokristalinės juostelės užtikrina labai mažus nuostolius ir didelį pralaidumą aukšto -dažnio galios konvertavimui.

Programos

Transformatoriai: 50 Hz ir 400 Hz galios ir garso transformatoriai turi didesnį efektyvumą, didesnį galios tankį ir sumažintą EMI.

Induktyvumo ritės: filtravimo induktyvumo ritės, energijos kaupimo induktyvumo ritės ir varžos derinimo induktyvumo ritės naudoja toroidines šerdis filtravimui, saugojimui ir triukšmo slopinimui.

Srovės transformatoriai: mažas srauto nuotėkis ir didelis tiesiškumas užtikrina, kad toroidinės šerdys yra tikslios energijos sistemose ir matavimo įrangoje.

Kita įranga: reaktoriai, droseliai, variklio pavaros, medicinos įranga ir atsinaujinančios energijos sistemos.

Toroidinių šerdžių projektavimo svarstymai

Toroidinės šerdies pasirinkime dominuoja trys parametrai: efektyvusis skerspjūvio plotas{0}} nulemia srauto tankį esant darbinei įtampai ir dažniui; magnetinio kelio ilgis nustato pasipriešinimą, taigi ir reikalingą apsisukimų skaičių; o lango plotas turi būti pakankamai didelis apvijai. Kai kintamosios srovės srautui taikomas nuolatinės srovės poslinkis, projektuotojas turi patikrinti, ar bendras srauto tankis nesiekia prisotinimo, naudodamas didžiausią šerdies nuolatinės srovės viršsrovę.

Dažnai užduodami klausimai

Kodėl mažų transformatorių toroidinės šerdys yra geresnės nei E{0}}I šerdys?

Ištisiniame žiede nėra oro tarpų ar jungčių, todėl srauto nuotėkis, nuostoliai ir triukšmas yra mažesni, o tokia pati galia gali būti tiekiama mažesniame, lengvesniame įrenginyje.

Kuri medžiaga geriausiai tinka aukšto{0}}dažnio toroidiniam induktoriui?

Jei dažnis siekia šimtus kilohercų ir daugiau, pirmenybė teikiama minkštajai ferito arba nanokristalinei juostai, nes silicio plienas turi per didelius sūkurinės srovės nuostolius esant dideliam dažniui.

Ar silicio plieno toroidines šerdis galima naudoti esant 400 Hz?

Taip, 400 Hz orlaivių ir jūrų sistemose naudojamos silicio plieno toroidinės šerdys, su sąlyga, kad juostos storis sumažinamas, kad būtų galima kontroliuoti sūkurinės srovės nuostolius.

Koks yra toroidinių šerdies medžiagų prisotinimo srauto tankis?

Silicio plienas prisotinamas maždaug 1,7–2,0 T, amorfinis lydinys – apie 1,5–1,6 T, nanokristalinis – apie 1,2–1,5 T, o feritas – apie 0,3–0,5 T. Ši vertė riboja šerdies galios tankį.

Kaip parenkamas transformatoriaus šerdies dydis?

Šerdyje turi būti pakankamai efektyvaus ploto, kad veikimo srauto tankis būtų mažesnis už prisotinimą, ir pakankamai lango ploto apvijai. Ploto sandaugos sandauga (Ae x lango plotas) paprastai naudojama pirmojo{1}}praėjimo įvertinimui.

Ar toroidinėms šerdims reikia ekranavimo?

Jautriose EMI programose toroidinei šerdies vis tiek gali prireikti ekrano, nes apvija sukuria klaidinantį lauką už žiedo ribų, nors nuotėkis yra daug mažesnis nei esant atviroms magnetinėms grandinėms.