Teorie VF transformátorů, materiály, výpočty (2.15MB formát *pdf)
Teorie VF transformátorů, materiály, výpočty (2.15MB formát *pdf)
Teorie VF transformátorů, materiály, výpočty (2.15MB formát *pdf)
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
FEROMAGNETICKÉ<br />
Úvod<br />
Pøi prùchodu støídavého proudu cívkou<br />
navinutou na jádøe z feromagnetického<br />
materiálu vzniká uvnitø jádra magnetické<br />
pole, které je pøíèinou vzniku<br />
víøivých proudù, projevujících se jako<br />
ztráta energie. Ztráty víøivými proudy<br />
jsou do znaèné míry ovlivnìny nízkým<br />
mìrným odporem materiálu jádra. Vliv<br />
tohoto odporu je ponìkud omezen tím,<br />
že jádro není kompaktní celek, ale je<br />
složeno z jednotlivých od sebe vzájemnì<br />
izolovaných èástic. Tím je omezena<br />
dráha víøivých proudù.<br />
Pøi daném kmitoètu a magnetické<br />
indukci lze ztráty víøivými proudy omezit<br />
dvìma zpùsoby:<br />
1. Zmenšováním èástic jádra.<br />
2. Zvìtšením mìrného odporu materiálu<br />
jádra.<br />
Pøi použití kovových feromagnetických<br />
materiálù, kdy jsou jádra cívek<br />
zhotovována ze vzájemnì izolovaných<br />
plechù (tedy èástice jsou tvoøeny kovovými<br />
lamelami), je zmenšování èástic<br />
(lamel) limitováno pøedevším výrobními<br />
náklady, které stoupají se zmenšující<br />
se tlouš kou plechu. Navíc roste i podíl<br />
izolaèních vrstev, což vede k vìtším<br />
rozmìrùm jádra. Kovové <strong>materiály</strong> mají<br />
malý mìrný odpor, pokusy o jeho zvìtšení<br />
nepøinesly oèekávaný úspìch.<br />
Práškové <strong>materiály</strong><br />
Snahy o omezení ztrát víøivými proudy<br />
tedy vedly k použití jiných materiálù,<br />
MATERIÁLY<br />
VE vf OBVODECH<br />
Ing. Martin Kratoška<br />
OK1RR@tiscali.cz<br />
Cívky a trans<strong>formát</strong>ory patøí k základním souèástkám vf elektroniky. Ne vždy je vhodné èi možné použít<br />
klasické vzduchové cívky, nejen kvùli mnohdy znaènému poètu závitù cívky a jejím rozmìrùm, ale<br />
také kvùli skuteènosti, že magnetické pole ve znaèné míøe „vystupuje” ze vzduchové cívky a mohou tak<br />
vzniknout nejrùznìjší nežádoucí vazby a ztráty.<br />
Proto se velmi èasto používají jádra z nejrùznìjších magnetických materiálù. Ze známých magnetik, tj.<br />
feromagnetik, ferimagnetik a paramagnetik mají pro elektroniku zásadní význam pouze feromagnetika.<br />
Používala se jádra kovová (Al, mosaz èi rùzné slitiny – permaloy, alsifer apod.), avšak bìžnìjší je používání<br />
feritových a práškových jader, která bývají konstruována nejen jako válcová (šroubovací), ale též<br />
jako hrníèková, rámeèková, toroidní, dvouotvorová apod. Pro nejnižší kmitoèty se používají rovnìž jádra<br />
zhotovená z plechových lamel, jaké známe z bìžných sí ových trans<strong>formát</strong>orù. I zde se však stále èastìji<br />
uplatòují feritové <strong>materiály</strong>.<br />
než kovových. Významným technologickým<br />
krokem bylo zavedení práškových<br />
jader na bázi karbonylového železa,<br />
železa s redukovaným vodíkem,<br />
permaloye, alsiferu apod.<br />
Základem práškových feromagnetických<br />
materiálù jsou èásteèky kovù<br />
nebo slitin, vázané izolaèním prostøedím<br />
tak, že jsou vzájemnì oddìleny.<br />
Tímto zpùsobem se podaøilo dosáhnout<br />
významného zmenšení ztrát víøivými<br />
proudy, nebo bylo dosaženo jak<br />
zmenšení èástic, tak i výrazného zvìtšení<br />
mìrného odporu materiálu.<br />
Nejvìtší permeability (kolem 120)<br />
bylo dosaženo u jader z práškového<br />
permaloye. Izolaèní pojivá hmota však<br />
pùsobí jako rozptýlená vzduchová mezera<br />
jejíž rozmìry nelze ovlivnit, proto<br />
je celková permeabilita tìchto materiálù<br />
menší, než u materiálù kovových.<br />
Mají-li být cívky použity na vyšších<br />
kmitoètech, je nutné dále zmenšovat<br />
ztráty víøivými proudy, tedy zmenšovat<br />
velikost èástic, vlivem èehož permeabilita<br />
dále klesá.<br />
Feritové <strong>materiály</strong><br />
Hledání materiálù s velkým mìrným<br />
odporem vedlo k použití nekovových látek<br />
na bázi kyslièníkù železa a k feritùm.<br />
Poprvé se podaøilo pøipravit nekovovou<br />
hmotu s feromagnetickými<br />
vlastnostmi nìmeckému fyzikovi Hilpertovi<br />
roku 1909. Materiál mìl velmi<br />
vysoký mìrný odpor (øádovì 10 5 až<br />
10 7 Ω·cm) a tedy malé ztráty víøivými<br />
proudy, avšak celková permeabilita<br />
byla nízká a ztráty velké.<br />
První použitelné ferity (manganatozineènaté)<br />
pøipravil Snoek v roce 1933<br />
spékáním smìsných krystalù feritù.<br />
Dosáhl rovnìž velkého mìrného odporu<br />
(øádovì 10 až 10 8 Ω·cm) a poèáteèní<br />
permeability 10 až 3000.<br />
Pøíèinou velkého mìrného odporu<br />
feritových materiálù jsou elektrony, vázané<br />
valenèními silami. U kovových<br />
materiálù jsou elektrony vázány velmi<br />
volnì a k jejich uvolnìní z obìžných<br />
drah staèí velmi malá energie. Odtud<br />
tedy velká vodivost (malý mìrný odpor)<br />
kovù a tedy i velké ztráty víøivými<br />
proudy.<br />
Ferity jsou chemické slouèeniny,<br />
které lze vyjádøit obecným vzorcem<br />
MeFe 2O 3, kde Me je zpravidla dvojmocný<br />
kov, obvykle Mn, Ni, Zn, Mg, Cu, Fe<br />
èi Cd, z jednomocných Li.<br />
První pozorování magnetismu byla<br />
provádìna u magnetitu FeO. Zde se<br />
železo vyskytuje ve dvou valencích<br />
Fe 2+ a Fe 3+ . Chemicky lze tedy magnetit<br />
vyjádøit jako Fe 2+ Fe 3+ O 4 2- neboli oxid<br />
železnato-železitý, jinak ferit železitý.<br />
Jeho mìrný odpor je 10 2 Ω·cm. I když<br />
je nepomìrnì vìtší, než u vlastního železa,<br />
je stále pøíliš malý na to, aby se<br />
výraznìji omezily ztráty víøivými proudy.<br />
Zjistilo se, že nahrazením železnatého<br />
iontu iontem nìkterého výše uvedeného<br />
dvojmocného (jednomocného)<br />
kovu se zvìtší mìrný odpor øádovì na<br />
10 2 až 10 6 Ω·cm, tedy na velikost, která<br />
je oproti kovovým feromagnetickým<br />
materiálùm 10 6 až 10 12 krát vìtší.<br />
Aby se dosáhlo vysoké poèáteèní<br />
permeability, je nutné, aby intramolekulární<br />
napìtí bylo minimální. To vede ke<br />
kubické struktuøe, u které je smrštìní<br />
Konstrukèní elektronika A Radio - 2/2005 3