Energijos vartojimo efektyvumo transformavimas: įžvalgos apie magnetines šerdies medžiagas

Magnetinės šerdies medžiagos

 

Magnetinių šerdies medžiagų funkcija

 

Transformatorių, induktorių ir droselių pagrindinė medžiaga yra pagrindinė sudedamoji dalis. Jie atlieka keletą svarbių užduočių:

 

1. Magnetinis kelias: šerdys suteikia magnetiniam srautui, kurį sukuria elektros srovė, tekanti per ritės apvijas, mažos{0}}varžos kelią. Dėl to energija perduodama efektyviai.

 

2. Magnetinio lauko valdymas: Šerdys padeda sufokusuoti ir nukreipti magnetinį lauką šerdies medžiagoje, nukreipdamos jį efektyviai sąveikauti su ritės apvijomis.

 

3. Induktyvumo valdymas: šerdies medžiaga ir jos charakteristikos turi įtakos ritės induktyvumui, o tai turi įtakos prietaiso varžai, reakcijos laikui ir energijos kaupimo galimybėms.

 

4. Sūkurinių srovių nuostolių sumažinimas: Sūkurinės srovės, sukeltos srovės, judančios šerdies medžiagos viduje, gamindamos šilumą gali sukelti energijos nuostolius. Šie nuostoliai sumažinami pasirinkus tinkamą pagrindo medžiagą.

Standartinės magnetinės šerdies medžiagos

 

Elektriniai prietaisai istoriškai buvo naudojami iš daugelio pagrindinių medžiagų, kurių kiekviena turi privalumų ir trūkumų:

 

1. Geležis ir plienas: Įprastos geležinės ir plieninės šerdys pasižymi dideliu magnetiniu pralaidumu, todėl jos puikiai tinka naudoti, kai reikalingas didelis magnetinio srauto tankis. Tačiau dėl histerezės ir sūkurinių srovių jie gali patirti pagrindinių nuostolių.

 

2. Feritas: Dėl didelės elektrinės varžos ir mažų sūkurinių srovių nuostolių ferito šerdys, pagamintos iš ferito keramikos medžiagų, yra tinkamos naudoti aukšto -dažnio srityse. Palyginti su geležimi ir plienu, jie paprastai turi mažesnį pralaidumą.

 

 

Transformatoriaus magnetinės šerdies medžiagos

 

Pastaraisiais metais atsirado transformatorių šerdies medžiagos, todėl galios efektyvumo didinimo problema atsirado naujų požiūrių. Šios medžiagos suteikė naujų galimybių įvairiems sektoriams, norintiems maksimaliai padidinti energijos vartojimo efektyvumą ir sumažinti išlaidas. Toliau pateikiamos kelios transformatoriaus šerdies medžiagos, turinčios didelį poveikį:

 

1. Nanokristalinės šerdys

 

Novatoriškiausios magnetinės šerdys šiandien yra nanokristalinės. Šios šerdys yra pagamintos iš nanokristalinių lydinių su neįtikėtinai mažais grūdeliais, dažnai nanometrų skalėje, kurių pagrindą sudaro silicis ir geležis.

 

Nanokristalinės šerdys yra neįtikėtinai efektyvios, nes sumažina šerdies nuostolius. Jie puikiai tinka naudoti, pavyzdžiui, didelio našumo{1}}transformatoriams ir induktoriams, kur svarbu sumažinti energijos nuostolius.

 

2. Amorfinės šerdys

 

Medžiagos su netvarkingomis atominėmis struktūromis naudojamos amorfinėms magnetinėms šerdims, paprastai vadinamoms kaipmetalinės stiklo šerdys. Šios šerdys pasižymi išskirtinėmis minkštosiomis magnetinėmis savybėmis, tokiomis kaip minimalūs šerdies nuostoliai ir koercicija.

 

Galios elektronika labai priklauso nuoamorfinės šerdys, ypač aukšto{0}}dažnio transformatoriuose ir induktoriuose. Tais atvejais, kai energijos vartojimo efektyvumas yra labai svarbus, jų ypatingos magnetinės savybės padeda sumažinti energijos nuostolius ir pagerinti elektros prietaisų efektyvumą. Dėl to jie yra neįkainojama priemonė.

 

3.Pulteliniai šerdys

 

Miltelių šerdys yra sudėtinės medžiagos, pagamintos iš ne-magnetinio rišiklio ir magnetinių miltelių dalelių. Dėl šios konstrukcijos harmoningai subalansuotos įprastų ferito ir geležies šerdžių magnetinės savybės.

 

Didelis magnetinis pralaidumas, mažesni šerdies nuostoliai ir išskirtinis terminis stabilumas – visa tai yra miltelių šerdies savybės. Naudojant aukšto-dažnio programas, pvz., galios keitiklius, kur būtina atlaikyti didelį-srauto tankį ir išlaikyti mažus nuostolius, šios savybės yra labai naudingos.

 

4. Minkštos ferito šerdys

 

Minkštųjų ferito šerdžių tyrimai ir plėtra buvo tęsiami, todėl buvo kuriamos geresnės medžiagos su didesnėmis savybėmis. Minkštieji feritai pasižymi geru triukšmo-slopinimo gebėjimu, dideliu pralaidumu ir mažu šerdies nuostoliu.

 

Induktoriai, triukšmo filtrai ir radijo dažnio (RF) transformatoriai iš esmės naudoja šias šerdis belaidžio ryšio sistemose. Šiuolaikinės elektroninės įrangos gebėjimas slopinti elektromagnetinius trukdžius (EMI) yra labai naudingas, o tai palaiko signalo vientisumą ir riboja trikdžius.

 

5. Sudėtinės šerdys

 

Sudėtinės magnetinės šerdys sujungia įvairias medžiagas, kad išnaudotų kiekvieno komponento stipriąsias puses. Pavyzdžiui, derinant mažus šerdies nuostolius, didelį pralaidumą ir didelį dažnio jautrumą, kompozitinėje šerdyje gali būti ir nanokristalinių, ir amorfinių medžiagų.

 

Sudėtinės šerdys yra lanksčios ir įvairios paskirties, pavyzdžiui, elektromagnetinių trukdžių filtrai, maitinimo šaltinis ir atsinaujinančios energijos sistemos, o tai rodo jų lankstumą daugelyje pramonės šakų.

 

 

Transformatoriaus pagrindinių medžiagų pritaikymas

 

Dėl pagrindinių medžiagų pažangos prasidėjo nauja elektros prietaisų veikimo ir efektyvumo era. Šios medžiagos naudojamos įvairiuose kontekstuose ir pramonės šakose:

 

1. Maitinimo elektronikas: Maži nanokristalinių ir amorfinių branduolių nuostoliai yra labai naudingi didelio-efektyvumo galios keitikliams, inverteriams ir energijos kaupimo sistemoms. Šios medžiagos atlieka lemiamą vaidmenį mažinant energijos švaistymą ir didinant energijos konversijos efektyvumą.

 

2. Atsinaujinanti energija: Siekiant pagerinti energijos konvertavimą ir tinklo integravimą, vėjo turbinos ir saulės inverteriai priklauso nuo mažos, efektyvios galios elektronikos. Mažų nuostolių magnetinės šerdys yra būtinos bendram atsinaujinančios energijos sistemų efektyvumui.

 

3. Elektrinės transporto priemonės (EV): EV pramonėje, kur efektyvumas ir erdvė yra labai svarbūs, mažais nuostoliais pasižymintys magnetiniai branduoliai palaiko efektyvias variklių pavaras ir įkrovimo sistemas, prailgina akumuliatoriaus veikimo laiką ir EV diapazoną.

 

4. RF ir ryšio įrenginiai: RF transformatoriams, induktoriams ir filtrams, naudojamiems belaidžio ryšio sistemose, reikalingos minkštos ferito ir kompozitinės šerdys. Kad ryšys būtų patikimas, jų šerdys užtikrina signalo vientisumą ir EMI slopinimą.

 

5. Pramoninė automatika: Siekiant išsaugoti veikimo efektyvumą ir patikimumą, aukšto{0}}dažnio maitinimo šaltiniai, variklių pavaros ir automatikos sistemos pramoninėje aplinkoje naudoja patobulintas magnetines šerdis.

Magnetinė šerdisspecifikacija

Pagrindinis kūrimas		Lango plotis		Šerdies aukštis		Šerdies plotis		Šerdies ilgis
a (mm)	±	b(mm)	c(mm)	d(mm)	±	e(mm)	±	f(mm)	±
9	0.5	10	32.8	15	0.5	28	1	50.8	1.25
10	0.5	11	33	20	0.5	31	1	53	2
11	0.5	13	30	20	0.5	35	1	52	2
11	0.5	13	40	20	0.5	35	1	62	2
11	0.5	13	40	25	0.5	35	1	62	2
11	0.8	13	50	25	0.5	35	1	72	2
11	0.8	13	50	30	0.5	35	1	72	2
13	0.8	15	56	25	0.5	41	1	82	2
13	0.8	15	56	30	0.5	41	1	82	2
13	0.8	15	56	35	0.5	41	1	82	2
16	0.8	20	70	25	0.5	52	1	102	3
16	1	20	70	30	0.5	52	1	102	3
16	1	20	70	40	0.5	52	1	102	3
16	1	20	70	45	1	52	1	102	3
19	1	25	83	35	1	63	1	121	3
19	1	25	83	40	1	63	1	121	3
19	1	25	83	50	1	63	1	121	3
19	1	25	90	60	1	63	1	128	3
22	1	35	85	50	1	79	1	129	4
22	1	35	85	65	1	79	1	129	4
25	1	40	85	55	1	90	1	135	4
25	1	40	85	70	1	90	1	135	4
25	1	40	85	85	1.5	90	1	135	4
30	1	40	85	85	1.5	100	1	155	4
33	1	40	105	85	1.5	106	1	171	5
Pastaba: Papildomi dydžiai gali būti pritaikyti, kad atitiktų konkrečius klientų reikalavimus.