tranzistornaya_preobrazovatelnaya_tehnika

ника снижение m (и, следовательно, индуктивности) происходит более резко и при меньших значениях напряженности, чем для материала с низким начальным значе- нием m.

3.6.2. Мо-пермаллой

Сердечники из порошкового материала — Мо-пермаллоя (английский термин Molypermalloy Powder (MPP)) выполняются из материала, близкого к пермаллою, применяемому в ленточных сердечниках. Мо-пермаллоевые (МП) сердечники выпускаются с различной проницаемостью — от 14 до 550. Существует большое различие проницаемости МП сердечников от проницаемости исходного материала — металлического пермаллоя, проницаемость которого может составлять от 10 000 до 200 000. Снижение проницаемости в МП материале — результат разделения частиц пермаллоя изоляционной средой, которая и образует многочисленные зазоры, распределенные по всему кольцевому сердечнику. Благодаря многочисленным зазорам внутри сердечника МП может выдерживать без насыщения напряженность магнитного поля, составляющую несколько тысяч А/м. На рис. 3.29 показаны кривые изменения проницаемости различных марок МП от напряженности магнитного поля в сердечнике. Значение проницаемости дано в процентах по отношению к начальному (без подмагничивания).

МП сердечники выгодно применять в дросселях, некоторых типах трансформаторов, поскольку они позволяют получить большие значения энергии и, кроме того, материал МП имеет низкие удельные потери на высоких частотах.

В качестве примера приведем расчетные формулы, позволяющие рассчитать потери в сердечниках МП, выпускаемых компанией Magnetics:

·относительная проницаемость сердечника 14:

·относительная проницаемость 125:

ãäå Â~ — амплитуда переменной составляющей индукции (половина размаха), Тл; f — частота работы сердечника, кГц.

Недостатком МП сердечников является их высокая стоимость.

Ðèñ. 3.29. Изменение проницаемости в зависимости от напряженности магнитного поля для различных марок МП.

74 Глава 3. Магнитные материалы и сердечники

3.6.3. Порошковый материал на основе сплава железа и никеля

Магнитные сплавы, имеющие примерно равное процентное содержание никеля и железа, имеют свой порошковый аналог — материал с распределенным зазором. Его особенностью является высокое значение индукции насыщения магнитного потока (более высокое, чем у МП материала); отсюда и его английское название — High Flux — большой магнитный поток. Сердечники из данного материала позволяют запасать энергию большую, чем в МП сердечниках, что, в свою очередь, приводит к созданию магнитных элементов меньшего объема и массы. С другой стороны, железо-никелевый порошковый материал имеет большие удельные потери по сравнению с МП материалом.

3.6.4.Железо-алюминиевый порошковый материал (Kool Mm)

Данный материал, содержащий распределенный зазор, разработан в целях получе- ния в нем малых потерь на высоких частотах.

Компания Magnetics, разработавшая этот материал, называет его Kool Mm. Поскольку Kool Mm имеет значительно меньшие удельные потери, чем ПРЖ материал, перегрев дросселя или трансформатора с сердечником из Kool Mm окажется значительно меньше. Поэтому появляется возможность уменьшить размеры магнитного компонента, работающего на высоких частотах.

Материал Kool Mm имеет те же области применения, что и ПРЖ. Сердечники на основе Kool Mm выпускаются как кольцевые с внешним диаметром от 3,5 до 77,8 мм при различных проницаемостях: 26, 60, 75, 90 и 125. Кроме того, сердечники из Kool Mm выпускаются как Е-образные, состоящие из двух половин. Эти сердечники выпускаются в девяти типоразмерах, определяющие (габаритные) размеры от 19,3 ´ 8,1 ´ 4,78 мм до 54,9 ´ 27,6 ´ 24,61 мм. Е-образные сердечники имеют ряд магнитной проницаемости: 26, 40, 60 и 90.

Поскольку Kool Mm имеет довольно высокую индукцию насыщения — примерно 1 Тл (рис. 3.30), сердечник из данного материала может запасать большую´ энергию. В частности, дроссели или трансформаторы, выполненные на основе Е-образ- ного сердечника из материала Kool Mm, имеют меньшие размеры, чем аналогичные

Ðèñ. 3.30. Кривые намагничивания материала Kool Mm с различной проницаемостью.

изделия из феррита, выполненные на сердечниках той же конфигурации. Дополнительным преимуществом применения материала Kool Mm в данном случае является отсутствие воздушного зазора, в то время как, применяя феррит, приходится вводить зазор между половинами сердечника, что приводит к повышенным потерям. Два важных семейства кривых, показывающих свойства материала Kool Mm, показаны на рисунках рис. 3.31 и 3.32. На рис. 3.31 изображены удельные потери материала. Удельные потери в материале Kool Mm могут быть также определены из соотношения

ãäå Â~ — Òë; f — êÃö.

Зависимость проницаемости Kool Mm от подмагничивания (с постоянной напряженностью магнитного поля в сердечнике) показана на рис. 3.32.

Характерным является более быстрое снижение m от Í для материала с более высоким исходным значением проницаемости.

Ðèñ. 3.32. Зависимость проницаемости материала Kool Mm от напряженности магнитного поля. За единицу принята проницаемость при отсутствии подмагничивания.

Энергия, запасенная в дросселе:

Из (4.1.1) выразим максимальный ток Im:

Тогда энергию Wý можно выразить следующим образом:

Действующее значение тока в обмотке:

ãäå Ê ô — отношение максимального тока в обмотке к действующему значению — коэффициент формы тока; SÌ — сечение проводника (по меди); j — плотность тока. Кроме того:

ãäå K è — коэффициент использования окна сердечника медью; Sî — площадь окна сердечника.

Максимальный ток в обмотке можно записать:

Из последнего соотношения выразим абсолютную магнитную проницаемость mm0:

Подставим полученное значение mm 0 в выражение для энергии Wý (4.1.6)

Из последнего соотношения выразим произведение ScSî:

Теоретически доказывается [81], что для любой геометрии сердечника плотность тока j в обмотке дросселя (так же как и в обмотках трансформатора) при постоянном перегреве конструкции является степенной функцией произведения ScSî:

ãäå j — плотность тока по соотношению (4.1.9); Sî, lñð — геометрические размеры сердечника.

Другой способ определения требуемой проницаемости заключается в применении соотношения для m из (4.1.3):

В последнем случае предварительно следует определить число витков W для известного сечения сердечника Sc.

Приведем методику расчета дросселя с подмагничиванием (сглаживающего дросселя) при использовании кольцевых сердечников и порошкового материала МП. Аналогичные методики составляются для других типов сердечников.

Исходные данные для расчета:

1.Индуктивность, L [Ãí];

2.Постоянный ток, I [À];

3.Амплитуда пульсаций тока, DI [А], форма тока в обмотке;

4.Частота пульсаций, f [Ãö];

5.Перегрев, DÒ [°Ñ].

Пусть ток в обмотке имеет типичную форму для работы в импульсном устройстве, показанную на рис. 4.1

Порядок расчета:

1. Определить требуемую от дросселя энергию:

ãäå Im = I + DI/2.

2. Определить коэффициент формы тока Kô:

Kô = Im /Iä,

ãäå Iä — действующий ток в обмотке.

Для линейного изменения тока от времени

, ! , (,

3. Определить требуемое произведение сечения сердечника на сечение окна:

Ðèñ. 4.1. Ток в обмотке дросселя.