Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Materiały magnetyczne przeznaczone do konstrukcji elementów indukcyjnych w układach zasilających Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Materiały magnetyczne przeznaczone do konstrukcji elementów indukcyjnych w układach zasilających Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia."— Zapis prezentacji:

1 Materiały magnetyczne przeznaczone do konstrukcji elementów indukcyjnych w układach zasilających Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia Morska w Gdyni

2 2 Plan prezentacji Wprowadzenie Wprowadzenie Parametry materiałów ferromagnetycznych Parametry materiałów ferromagnetycznych Właściwości ferromagnetyków Właściwości ferromagnetyków Materiały ferromagnetyczne stosowane w układach zasilających Materiały ferromagnetyczne stosowane w układach zasilających Wpływ wybranych czynników na materiały magnetyczne Wpływ wybranych czynników na materiały magnetyczne Modelowanie materiałów magnetycznych Modelowanie materiałów magnetycznych Podsumowanie Podsumowanie

3 3 Wprowadzenie Elementy magnetyczne układów zasilających:Elementy magnetyczne układów zasilających: –Dławiki, –Transformatory Składnikiem tych elementów jest rdzeń ferromagnetycznySkładnikiem tych elementów jest rdzeń ferromagnetyczny Właściwości magnetyczne materiałów opisuje ich względna przenikalność magnetyczna r :Właściwości magnetyczne materiałów opisuje ich względna przenikalność magnetyczna r : – –Diamagnetyki r < 1, – –Paramagnetyki r > 1, – –Ferromagnetyki r >> 1.

4 4 Wprowadzenie (c.d.) Rozwój materiałów magnetycznych Rozwój materiałów magnetycznych

5 5 Parametry ferromagnetyków krzywa magnesowania B(H) krzywa magnesowania B(H) Stratność Stratność Indukcja nasycenia B S Indukcja nasycenia B S Pole koercji H C Pole koercji H C Indukcja remanecji B R Indukcja remanecji B R Przenikalność magnetyczna = dB/dH Przenikalność magnetyczna = dB/dH Temperatura Curie T C Temperatura Curie T C

6 6 Wymagania na materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających ParametryParametry –duża wartość względnej przenikalności magnetycznej, –słaba zależność przenikalności magnetycznej od temperatury, czasu i częstotliwości, –mała stratność, –wysoka temperatura Curie, –niska wartość indukcji remanencji i pola koercji (wąska pętla histerezy), –wysoka wartość indukcji nasycenia, InneInne –wysoka stabilność czasowa własności magnetycznych oraz odporność na procesy starzenia, –niska cena i dostępność surowców.

7 7 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Rdzenie ferro- magnetyczne Stopy żelaza Rdzenie blaszane laminowane Stopy Fe z Al i Fe z Co Stal krzemowa Stopy izotropowe Stopy anizotropowe Stopy żelaza z niklem permalojizoperminvar Rdzenie proszkowe Stopy amorficzne Materiały nanokrysta- liczne Ferryty

8 8 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Stal krzemowaStal krzemowa –stop żelaza i krzemu (3 – 4 %) –Blacha (0,1 – 0,5 mm ) pokryta izolatorem (lakierowana lub utleniana) –Rdzenie izotropowe – walcowane na gorąco (kształtki blaszane) –Rdzenie anizotropowe – walcowane na zimno (rdzenie pierścieniowe i zwijane) –Zastosowania: dławiki i transformatory pracujące przy częstotliwości do 400 Hz –Wady stali krzemowej (w porównaniu z żelazem): Mniejsza indukcja nasycenia,Mniejsza indukcja nasycenia, Większa kruchość rdzenia,Większa kruchość rdzenia, Mniejsza odporność na naprężeniaMniejsza odporność na naprężenia

9 9 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Stopy żelaza z niklemStopy żelaza z niklem ZastosowanieZastosowanie –Rdzenie transformatorów i cewek pracujących przy częstotliwościach akustycznych –Ekrany magnetyczne Nazwa stopu Zawar- tość Ni Cecha Permaloj, mumetal 80% wysoka przenikalność magnetyczna (do ) wysoka przenikalność magnetyczna (do ) Izoperm50% wysoka indukcja nasycenia B S = 1,6 T wysoka indukcja nasycenia B S = 1,6 T Invar36% wysoka rezystywność – małe prądy wirowe wysoka rezystywność – małe prądy wirowe

10 10 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Rdzenie proszkowe i żelazo karbonylkoweRdzenie proszkowe i żelazo karbonylkowe –Drobiny sproszkowanego żelaza połączone żywicą –Właściwości Niska maksymalna temperatura pracy,Niska maksymalna temperatura pracy, Niska przenikalność magnetycznaNiska przenikalność magnetyczna Wysoka indukcja nasyceniaWysoka indukcja nasycenia Małe prądy wiroweMałe prądy wirowe Słaby wpływ temperatury na charakterystyki rdzeniaSłaby wpływ temperatury na charakterystyki rdzenia –Zastosowania Rdzenie dławików przetwornic dc-dcRdzenie dławików przetwornic dc-dc Rdzenie cewek w.cz.Rdzenie cewek w.cz. Filtry niskiej częstotliwościFiltry niskiej częstotliwości

11 11 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Stopy amorficzne - stopy żelaza z kobaltem, niklem, borem, niobem, magnezemStopy amorficzne - stopy żelaza z kobaltem, niklem, borem, niobem, magnezem –Cienka taśma o grubości 10 – 50 m, –Brak struktury krystalicznej –Liniowa pętla histerezy –Zastosowania Niskoczęstotliwościowe materiały amorficzneNiskoczęstotliwościowe materiały amorficzne –Wysokosprawne transformatory Wysokoczęstotliwościowe materiały amorficzneWysokoczęstotliwościowe materiały amorficzne –Transformatory przetwornic przeciwsobnych i flyback –Dławiki przetwornic z aktywną PFC –Cewki w UPS –Obciążenia w urządzeniach mocy i w spawarkach

12 12 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających Nanokryształy magnetyczneNanokryształy magnetyczne –Powstają z cienkich warstw amorficznych 15 – 25 m –Zawierają żelazo, miedź, niob, bor i krzem –Materiał kruchy – niezbędne dopasowane laminaty epoksydowe lub plastikowe opakowania WłaściwościWłaściwości –Liniowa pętla histerezy –Małe straty wysokoczęstotliwościowe Zastosowania:Zastosowania: –Transformatory w przetwornicach dc-dc –Transformatory separujące –Transformatory impulsowe

13 13 Materiały magnetyczne stosowane w układach zasilających FerrytyFerryty –Ceramika - mieszanina tlenków żelaza z tlenkami manganu i cynku (MnZn) lub z tlenkami manganu i niklu (MnNi) WłaściwościWłaściwości –Liniowa zależność przenikalności od temperatury –Straty w rdzeniu są potęgową funkcją częstotliwości i składowej zmiennej indukcji oraz kwadratową funkcją temperatury ZastosowaniaZastosowania –Dławiki i transformatory w przetwornicach dc-dc –Filtry w.cz. –Rdzenie anten ferrytowych –Elementy redukujące zakłócenia elektromagnetyczne

14 14 Parametry materiałów magnetycznych

15 15 Parametry materiałów magnetycznych

16 16 Zastosowania materiałów magnetycznych w energoelektronice

17 17 Charakterystyki rdzeni proszkowych ZaletyWady Bardzo słaby wpływ temperatury Duża powierzchnia pętli histerezy – duże straty Duża indukcja nasycenia Mała przenikalność magnetyczna

18 18 Charakterystyki rdzeni ferrytowych Pętla histerezy i przenikalność Pętla histerezy i przenikalność ZaletyWady Mała powierzchnia pętli – małe straty Silny wpływ temperatury na B S oraz i Duża przenikalność magnetyczna Mała indukcja nasycenia

19 19 Charakterystyki rdzeni ferrytowych Stratność Stratność Wzajemnie sprzeczne wymaganie dużych wartości T C oraz B S Wzajemnie sprzeczne wymaganie dużych wartości T C oraz B S

20 20 Modele rdzeni ferromagnetycznych Model Jilesa-Athertona M a - magnetyzacja wyznaczona na podstawie krzywej pierwotnego magnesowania, C - stała elastycznych odkształceń ścian domen, K - stała nieelastycznych odkształceń ścian domen, – znak pochodnej dH/dt M S - magnetyzacja w nasyceniu, - średni parametr pola, a - parametr kształtu Wada – nie uwzględnia wpływu temperatury na właściwości rdzenia

21 21 Modele rdzeni ferromagnetycznych Model elektrotermiczny Model elektrotermiczny K. Górecki: Modelowanie cewki z rdzeniem ferrytowym w programie SPICE z uwzględnieniem samonagrzewania. Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji, vol. 49, Nr 3, 2003, ss K. Górecki: Modelowanie cewki z rdzeniem ferrytowym w programie SPICE z uwzględnieniem samonagrzewania. Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji, vol. 49, Nr 3, 2003, ss model elektrotermiczny model Jilesa-Athertona pomiary

22 22 Podsumowanie Na przestrzeni ostatnich 200 lat pojawiały się nowe materiały magnetyczne, charakteryzujące się coraz mniejszą stratnością i coraz wyższą maksymalną częstotliwością pracyNa przestrzeni ostatnich 200 lat pojawiały się nowe materiały magnetyczne, charakteryzujące się coraz mniejszą stratnością i coraz wyższą maksymalną częstotliwością pracy Obecnie stosuje się powszechnie:Obecnie stosuje się powszechnie: –Rdzenie ze stopów żelaza z krzemem i żelaza z niklem w urządzeniach niskiej częstotliwości –Rdzenie ferrytowe i rdzenie proszkowe w urządzeniach pracujących przy częstotliwościach ponadakustycznych Zakres zastosowań poszczególnych materiałów ogranicza między innymi zależność ich stratności od częstotliwościZakres zastosowań poszczególnych materiałów ogranicza między innymi zależność ich stratności od częstotliwości Bardzo dobre właściwości wykazują nanokrystaliczne materiały magnetyczne, ale ich upowszechnienie wymaga znacznego obniżenia kosztu ich produkcjiBardzo dobre właściwości wykazują nanokrystaliczne materiały magnetyczne, ale ich upowszechnienie wymaga znacznego obniżenia kosztu ich produkcji


Pobierz ppt "Materiały magnetyczne przeznaczone do konstrukcji elementów indukcyjnych w układach zasilających Krzysztof Górecki Katedra Elektroniki Morskiej Akademia."

Podobne prezentacje


Reklamy Google