Магнитопровод

Магнитопровод – это деталь, которая служит для объединения катушек трансформатора. Этот элемент пронизывает магнитный поток, вызывая в каждом намотанном на нем витке определенное напряжение (ЭДС). Чему равно это напряжение?

Размеры магнитопроводов

Размеры магнитопроводов

Напряжение равно удвоенной индукции, умноженной на площадь сечения и деленной на длительность импульса. Чем короче импульс, тем большее напряжение можно снять с одного витка. Также напряжение можно посчитать, зная параметры магнитопровода:

  • рабочую частоту;
  • магнитную индукцию, которую можно дать материалу;
  • площадь сечения.

Таким образом, одним из самых важных параметров является площадь сечения. Она определяет то, насколько сердечник будет загружен: какое на нем будет достигнуто значение магнитной индукции В.

Зачем нужен магнитопровод

Одним из ключевых понятий при конструировании сердечника является магнитная индукция, которая должна быть как можно большей величины. Как этого достичь:

  1. Первичная обмотка трансформатора представляет собой индуктивность. Поэтому даже при нулевой нагрузке на выходе трансформатора в первичной обмотке будет протекать определенный ток. Необходимо сделать так, чтобы он был как можно меньше;
  2. Значение В зависит от магнитной проницаемости и тока холостого хода. Последний, в свою очередь, – от параметров сердечника;

Для информации. Ток намагничивания хоть и реактивный, но греет провода так же, как и активный. Именно он создает нагрузку на электронные ключи и вредит электронике. Одним словом, ток намагничивания необходимо уменьшать.

  1. Для того чтобы его уменьшить, надо увеличить относительную магнитную проницаемость, которая является тоже очень важным параметром магнитопровода.

Для информации. Сердечник трансформатора для магнитного потока – это все равно, что автострада для автомобиля. Он позволяет при малых значениях тока намагничивания создавать большие магнитные потоки.

Петля Гестерезиса

Петля Гестерезиса – это график перемагничивания магнитопровода. Графическое изображение петли Гестерезиса симметрично относительно осей. Ферромагнитные материалы обладают памятью, способностью намагничиваться. Чем тоньше петля Гестерезиса, тем лучше материал.

Площадь петли Гестерезиса – это потери на перемагничивание. Материалы бывают:

  • магнитотвердые;
  • магнитомягкие.

С узенькой петлей Гестерезиса – это магнитомягкие материалы, предназначенные для работы на больших частотах. Магнитотвердые материалы применяются для постоянных магнитов.

Сердечник можно представить как множество магнитиков, которые:

  • ориентируются на магнитное поле;
  • создают свое магнитное поле;
  • увеличивают ток намагничивания.

Предельное значение магнитной индукции нельзя доводить до стадии насыщения. Чтобы этого избежать, нужно:

  • уменьшать напряжение;
  • уменьшая время, увеличивать частоту.

Однако высокую частоту не любит ни один материал.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис

Потери Гистерезиса

Сердечник трансформатора состоит из ферромагнитного материала, который очень чувствителен к намагничиванию. Ферромагнитные материалы имеют множественное количество доменов в их структуре. Эти домены – не что иное, как небольшие постоянные магниты, оси которых произвольно ориентированы внутри материала, поэтому намагничивание сети равно нулю.

Но когда применяется внешнее магнитное поле, оси доменов (малые магниты) выравниваются с осью внешнего приложенного магнитного поля. Когда же это внешнее магнитное поле удаляется, максимальные домены достигают первоначальной позиции, но некоторые из них не достигают положения начальной позиции. Поэтому материал не размагничивается полностью, что является причиной гистерезисных потерь.

В трансформаторе осуществляется подача переменного тока после каждого поворота в течение половины цикла от внешнего магнитного поля. Для переключения домена необходимо выполнить дополнительную работу, которая требует электрической энергии. Все это приводит к потерям гистерезиса.

Виды магнитопроводов

По конструкции сердечники различают:

1.     Торроидальные;

Торроиды полностью замкнуты и тем хороши, что:

  • обладают гарантированным нулевым немагнитным зазором;
  • вся длина магнитопровода используется для намотки.

Их недостатком является то, что мотать на них провод нелегко. Для намотки используется специальное приспособление.

Торроидальный сердечник

Торроидальный сердечник

2.     Прямоугольные.

Магнитопроводы прямоугольной формы собираются и замыкаются. В таких конструкциях, чем больше немагнитный зазор (воздух, бумага, текстолит), тем больше растет длина магнитной линии, причем пропорционально магнитной проницаемости. Даже минимальный немагнитный зазор в сердечнике может увеличить во много раз ампер-витки и в целом длину магнитной линии. Поэтому такого вида магнитопровода собирают очень тщательно, иногда на магнитопроводящий клей.

Для информации. Если сетевой трансформатор неплотно собран, он может посадить лампочки и сильно шуметь. Это говорит о том, что длина магнитной линии слишком увеличена, и требуется большой ток для создания необходимого значения магнитной индукции. Эти недочеты обычно убирают за счет притирки, качества сборки, магнитного клея.

Внутренний контур железного сердечника тоже виток, и по нему тоже проходит ток. Чем ближе к краю, тем больше значение напряжения. В результате при неправильной сборке магнитопровода могут возникнуть довольно солидные токи. Это может привести к нагреву сердечника. И чем выше частота, тем больше нагрев. Для того чтобы не было внутренних токов в сердечнике, его набирают из пластин. Что это даёт? Внутренний контур рассекается и перестает быть проводником.

Пластины для сердечника

Пластины для сердечника

Однако пластины имеют реальные размеры. И внутри этих пластин тоже будет наводиться ЭДС, и возникать ток. То есть чем тоньше пластины, тем меньше ток Фуко. Этот вопрос в ферритах решается просто. Феррит спекается со специальных материалов и становится плохо проводящим ток. Если измерить тестером сопротивление феррита, прибор покажет десятки кОм. Поэтому феррит работает на солидных частотах.

Важно! Для большей индуктивной связи следует катушки располагать ближе друг к другу.

Применение трансформаторов

Существует два вида транзисторных схем:

  • двухполупериодные;
  • однополупериодные.

В схемах с замкнутыми ферритами (торроидальными) желательно применять контроллеры тока. Только в этом случае ток не сможет превысить критического значения.

На двухтактных схемах обычно ставится конденсатор SoftStart – мягкий старт. По мере заряда конденсатора, подключенного на вывод, импульсы поступают сначала короткие, потом чуть длиннее и еще длиннее. Через примерно десятую долю секунды подача импульсов становится полноценной.

Из-за капризности применение двухтактных схем чаще избегают, если это возможно.

Важно! При использовании трансформаторов желательно не доходить до критических токов насыщения, иначе придется довольно часто менять в схеме транзисторы. Лучше сделать больше частоту и меньше значение магнитной индукции.

Сердечник с параметрами

Сердечник с параметрами

Марки ферритов

Ферриты можно разделить на две группы:

  • силовые;
  • ферритовые с высокой проницаемостью.

Последние часто используются в сигнальных трансформаторах или просто в катушках индуктивности.

Силовые ферриты считаются лучше, хотя параметр проницаемости у них меньше. Дело в том, что эфир имеет магнитную проницаемость более-менее стабильную в зависимости от температуры. У феррита есть понятие критической температуры, называемой температурой Кюри. Для разных магнитопроводов она имеет различное значение. Для силовых она имеет значение свыше  2000. Для ферритов с высокой проницаемостью она – свыше 1000.

Поэтому при конструировании сердечников следует учитывать то, что:

  1. Без наличия токовой защиты, дойдя до точки Кюри, можно спалить все элементы схемы;
  2. Магнитная проницаемость феррита при повышении температуры нестабильна, при этом индуктивность падает в 10-ки раз;
  3. При охлаждении магнитная проницаемость снова растет.
Разновидность магнитопровода

Разновидность магнитопровода

Перед тем, как конструировать трансформатор и выбирать сердечник, нужно прочувствовать, каково будет всем элементам работать с ним. Здесь представлено видео на тему «Что такое магнитопровод».

Видео

Оцените статью:
Оставить комментарий