Кільцевий сердечник із нанокристалічного сплаву 1K107 для ефективних трансформаторів

 

Втрати нанокристалічного ядра зростають із збільшенням частоти, головним чином через вихрові струми та гістерезис. У той час як нанокристалічні матеріали мають дуже низькі втрати в серцевині на нижчих частотах, компоненти втрат збільшуються зі збільшенням частоти, особливо вище 100 кГц. Цей зв’язок є критично важливим фактором для розробки силової електроніки, і виробники розробили спеціальні -високочастотні (ВЧ) класи нанокристалічних ядер для покращення продуктивності.

 

 

 

 

Фактори, що впливають на втрату нанокристалічного ядра від частоти

 

Втрати на вихрові струми:

Це найбільш значний компонент втрат на високих частотах і пропорційний квадрату частоти. Хоча нанокристалічні матеріали мають дуже дрібнозернисту структуру, яка мінімізує вихрові струми на нижчих частотах, вони стають домінуючими зі збільшенням частоти.

 

Втрати на гістерезис:

Ці втрати також залежать від частоти та щільності потоку, і вони роблять внесок у загальні втрати в сердечнику.

 

Надлишкові втрати:

Це компонент втрат в сердечнику, який виникає через унікальну мікроструктуру матеріалу, а також на них впливає частота.

 

Властивості матеріалу:

Електропровідність самого нанокристалічного матеріалу відіграє вирішальну роль, оскільки вища провідність призводить до більших втрат на вихрові струми на високих частотах.

 

Основний дизайн:

Фізична структура сердечника, включно з його товщиною та ізоляцією, впливає на те, наскільки добре воно може протистояти високим-втратам частоти.

 

 

Ефективність ядра з нанокристалічного сплаву на різних частотах

 

Низькі та середні частоти (10−100 кГц):

Нанокристалічні сердечники демонструють чудову продуктивність, з одними з найнижчих втрат в сердечнику з усіх магнітних матеріалів у цьому діапазоні, забезпечуючи чудову ефективність для застосувань, таких як перетворювачі енергії.

 

Високі частоти (вище 100 кГц):

Втрати на вихрові струми зростають експоненціально, викликаючи швидке зростання загальних втрат в сердечнику. У деяких випадках нанокристалічні сердечники можуть мати вищі втрати, ніж спеціальні феритові матеріали в цьому дуже високому-діапазоні частот.

 

 

Наслідки дизайну ядра кільця з нанокристалічного сплаву

 

Оцінки з-високою частотою:

Щоб пом’якшити вплив високих частот, виробники пропонують спеціалізовані високочастотні (HF) нанокристалічні матеріали з меншими втратами в сердечнику в цільовому робочому діапазоні.

 

Фактори продуктивності:

Вибір матеріалу для трансформаторів часто передбачає використання «коефіцієнта продуктивності», який є добутком щільності потоку змінного струму та частоти при певних втратах потужності.

 

Теплове управління:

Збільшення втрат в сердечнику на високих частотах генерує більше тепла, що може призвести до зниження ефективності та вимагає ретельного керування температурою в загальній конструкції.

 

Нанокристалічний тороїдальний сердечникспецифікація

Розмір магнітного сердечника (мм)			Розмір захисної коробки (мм)			Ефективна площа поперечного-перерізу Ae (мм2)		Довжина магнітного шляху Ie (мм)		Максимальний DC клас надструму (A)
id	од	ht	ID	OD	HT
14	19	6.5	12	22	8	11.86		51.81		20
14	20	10	12	22.3	11.4	29.68		52.29		40
16	21	10	15	24	12.3	24.85		57.41		60
16	23	8	15	24	9.7	20.44		61.23		60
16	23	10	15	24	12.3	34.62		59.92		60
17	22	10	15.3	24.4	12.3	24.86		60.59		60
17	21	8	15.3	24	9.7	25.56		60.67		60
17	23	8	15.3	24.4	9.7	26.89		61.34		60
18	23	10	16.4	24.4	12.3	29.78		60.38		70
18	24	9	16.4	25	11.2	34.78		60.89		70
18	25	10	16.4	25.9	12.3	37.97		64.56		70
19	24	9	17.3	25	11.2	40.39		65.32		80
19	25	10	17.3	26	12.3	39.42		62.31		80
19	26	10	17.3	27.3	12.3	48.32		69.56		80
20	25	10	18.5	26.3	12.3	39.29		70.32		90
20	28	10	18.5	29	12.3	45.76		73.88		90
20	32	10	18.5	32.3	12.3	58.91		78.75		90
21	29	10	18.2	31.3	12.3	39.65		77.19		100
21	26	8	18.3	27.4	9.7	46.54		78.32		100
21	28	10	18.3	30	12.3	50.39		77.45		100
22	28	10	20.5	30	12.3	49.32		79.89		120
22	32	10	20.5	33.4	12.3	43.58		73.43		120
23	32	10	21.3	33.4	12.3	44.56		74.56		120