02.08.2013 Views

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)

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!