Magnetmaterialien und Magnetkreise für Schaltnetzteile. Vergleichsdaten

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Referenzmaterialien

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Am häufigsten werden Magnetkerne aus Ferrit 1000NM-2000NM in Drosseln und Transformatoren von Amateurfunk- und industriellen Hochfrequenz-Schaltnetzteilen verwendet. Streng genommen ist ihr Einsatz in Stromversorgungen jedoch nicht immer korrekt, da diese Ferrite für den Betrieb in schwachen Magnetfeldern (in Schleifenspulen, Anpasstransformatoren usw.) ausgelegt sind.

Die Energieeigenschaften von Netztransformatoren und Drosseln können durch den Einsatz von Ferrit-Magnetkernen der Güteklassen 2500NMC1, 2500NMC2, 3000HMC, 3000NMC1 deutlich verbessert werden. Diese Niederfrequenz-(H)-Mangan-Zink-Ferrite (M) mit einer relativen Permeabilität von 2500 bzw. 3000 sind für den Betrieb in hohen Feldern (C) ausgelegt. Ferrite dieser Gruppe sind speziell für elektronische Hochleistungsgeräte konzipiert und können bei Temperaturen von bis zu 125...150°C normal funktionieren. Nachfolgend sind die wichtigsten Vergleichseigenschaften einiger gängiger Ferrite aufgeführt, die für den Betrieb in starken Magnetfeldern ausgelegt sind.

Technische Eigenschaften:

• Spezifische volumetrische magnetische Verluste, kW/m3, nicht mehr, bei Induktion 0,2 T, Frequenz 16 kHz und Temperatur 25 °C für 2500 NMS1......170
• 2500NMS2......150
• Z000NMS......160
• Spezifische volumetrische magnetische Verluste, kW/m3, nicht mehr, bei einer Induktion von 0,2 Tesla. Frequenz 16 kHz und Temperatur 100°C für 2500NMS1......140
• 2500NMS2......110
• Z000NMS......160
• Induktion, T, nicht kleiner, bei einer Feldstärke von 240 A/m und einer Temperatur von 100°C z
• 2500NMS1......0,29
• 2500NMS2......0,33
• 3000 NMS ...... 0,27
• Temperatur oder Curiepunkt, °С......200
• Dichte, g/cm3......4,7...4,9
• Elektrischer Widerstand, Ohm m......1

Diese Ferrite haben ziemlich ähnliche Eigenschaften und die spezifischen Volumenverluste nehmen mit zunehmender Temperatur nicht wie bei vielen anderen ähnlichen Materialien zu, sondern sogar ab. Dieser Umstand und die Tatsache, dass der Curie-Punkt der Ferrite der betrachteten Klasse sehr hoch ist, ermöglichen es uns, sie als thermostabil einzustufen.

Reis. Abbildung 1 veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der spezifischen volumetrischen magnetischen Verluste von zwei Ferriten – 2500 NMS2 und 2000 NM1. Es ist ersichtlich, dass die Materialien bei normalen Temperaturen einander praktisch nicht unterlegen sind und bereits bei 100 °C, was für einen Transformator oder Induktor, der in einer Stromquelle betrieben wird, durchaus realistisch ist, die Verluste in 2000NM1 Ferrit fast 2,5-mal höher sind als in 2500NM2.

In Abb. Abbildung 2 zeigt typische Abhängigkeiten spezifischer magnetischer Verluste als Funktion der Amplitude der Magnetfeldinduktion bei zwei Temperaturwerten. Es ist bekannt, dass Verluste in einem Magnetkreis proportional zum Quadrat der Induktionsamplitude sind. Ferrite der betrachteten Gruppe übertreffen, wie die Grafiken zeigen, herkömmliche Ferrite wie 2000NM1 hinsichtlich der maximal zulässigen Induktion deutlich, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

Typische Abhängigkeiten der magnetischen Induktion B und der relativen magnetischen Permeabilität μ von der Stärke H des angelegten externen Feldes bei Normaltemperatur für dieselben beiden Materialien sind in Abb. dargestellt. 3. Eine gemeinsame Analyse dieser und der vorherigen Zahlen lässt uns darauf schließen. dass „Hochfeld“-Ferrite einen normalen Betrieb des Magnetkreises mit einer um 30 % größeren Induktionsamplitude als herkömmliche Ferrite im gesamten Betriebstemperaturbereich ermöglichen.

Mit steigender Temperatur des Magnetkreises nimmt die zulässige Induktionsamplitude ab, bleibt aber deutlich größer als die von Ferriten wie 2000NM1. Dies wird durch die Grafiken in Abb. bestätigt. 4, aufgenommen für Ferrit 2500NMC1 bei zwei Temperaturbedingungen.

Die Typenvielfalt an Magnetkernen aus Ferriten für hohe Felder ist recht breit gefächert (Tabelle 1). Die Industrie produziert seit langem die meisten Standardgrößen; sie sind im Nachschlagewerk von Sidorov I.N., Khristinin A.A., Skornyakov S.V. „Kleine Magnetkerne und Kerne“ – M.: Radio und Kommunikation aufgeführt und ausführlich beschrieben. 1989.

Eine Ausnahme bilden die relativ neuen HF-Magnetkerne. Praktisch für den Einsatz in Schaltnetzteilen. Der KB-Magnetkern besteht aus zwei identischen Teilen (Abb. 5; ein Teil ist abgebildet), die durch spezielle Federbänder zu einem Ganzen zusammengehalten werden. Nach der Montage entsteht innerhalb des Magnetkreises ein ringförmiger Raum zur Aufnahme der Spule.

Die Hauptabmessungen der Magnetkerne der gesamten gefertigten Serie aus den betrachteten Ferriten sind in der Tabelle zusammengefasst. 2. Der Magnetkern KV14-5 verfügt im Gegensatz zu den anderen über ein zentrales Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 5 mm (dl).

Die vollständige Bezeichnung eines Ferrit-Magnetkerns beginnt immer mit dem Buchstaben M. Danach folgt die Marke des Ferrits und, durch Bindestriche getrennt, die Versionsnummer, der Induktivitätskoeffizient und der Typ des Magnetkerns. Beispiel: M2500NMS1 -15-250-KV8.

Der Induktivitätskoeffizient ist die Induktivität in Nanohenry einer Windung in diesem Magnetkreis. Wenn man diesen Parameter kennt, kann man die Induktivität der zukünftigen Spule leicht berechnen, wenn die Anzahl ihrer Windungen bekannt ist.

Magnetkerne ohne nichtmagnetischen Spalt haben einen Induktivitätskoeffizienten von mehr als 1000, aufgrund der Tatsache, dass die Streuung dieses Parameters jedoch sehr groß ist, wird er häufig nicht angezeigt. Durch die Einführung einer Lücke verringert sich der Induktivitätskoeffizient stark, aber auch die Toleranz für den Wert dieses Parameters verringert sich (siehe Tabelle 3; b/c – Magnetkreis ohne Lücke).

Typischerweise wird beim Magnetkernhersteller mithilfe spezieller Maschinenausrüstung ein Spalt der einen oder anderen Größe gebildet. Der Spalt entsteht durch Abschleifen des zentralen Vorsprungs an einem oder beiden Teilen des Magnetkreises. Unter Amateurbedingungen kann ein Spalt in einem spielfreien Magnetkern nur durch den Einbau einer Ringdichtung aus massivem nichtmagnetischem Material (Getinax, Textolith, Glasfaser usw.) gebildet werden. Bei der Bestimmung der Dicke der Dichtung gehen wir von der Regel aus: Die Hälfte ihrer Dicke entspricht dem angegebenen oder berechneten Spalt abzüglich des werkseitigen Spalts (falls vorhanden) des vorhandenen Magnetkreises.

Die Eigenschaften der Magnetkerne der KV-Serie aus Ferrit 2500NMS1, die zur Berechnung der Wicklungseinheiten von Schaltnetzteilen erforderlich sind, sind in der Tabelle zusammengefasst. 3.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Arbeiten zur Verbesserung der Magnetkerne und zur Schaffung neuer Produkttypen fortgesetzt werden. Also. Auf Kundenwunsch werden Magnetkerne mit reduzierter Höhe hergestellt, Spulenrahmen entwickelt und deren Serienproduktion gestartet.

Autor: A.Mironov, Lyubertsy, Gebiet Moskau

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