Порівняння ефективності нанокристалічних і аморфних ядер

Структура матеріалу: склоподібна проти нанокристалічної

Аморфний сплав отримують шляхом швидкого затвердіння стрічки розплавленого металу настільки швидко, що атоми не встигають утворити кристалічну решітку. Результатом є склоподібна невпорядкована структура без меж зерен. Нанокристалічний матеріал починається з тієї самої аморфної стрічки, але потім піддається контрольованій кристалізації, зазвичай шляхом відпалу, в результаті якого утворюється дуже велика кількість крихітних зерен діаметром лише кілька нанометрів. Отже, ключова відмінність полягає в структурі: повністю невпорядкований в аморфному матеріалі та тонко впорядкований у нанокристалічному матеріалі. Контрольована кристалізація також створює щільний-матеріал без пористості, що є необхідною умовою стабільних магнітних характеристик.

Порівняно ключові магнітні властивості

Власність	Аморфне ядро	Нанокристалічне ядро
Щільність потоку насичення (Bs)	Близько 1,5-1,6 т	Близько 1,2-1,5 т
Початкова проникність	Високий (від тисяч до десятків тисяч)	Дуже високий (приблизно до 100 000 і вище)
Коерцитивна сила (Hc)	Низький, близько 1-3 А/м	Дуже низький, нижче 1 А/м
Втрата сердечника на високій частоті	Дуже низький	Нижче аморфного при 50 кГц і вище
Температура Кюрі	Близько 400 С	Близько 400-450 С
Товщина стрічки	Близько 20-30 мікрометрів	Близько 15-30 мікрометрів

Це типові діапазони матеріалів для комерційних сортів заліза-. Точні значення залежать від складу сплаву та термічної обробки, тому для розрахунку конструкції слід використовувати паспорт конкретної марки.

Втрата продуктивності та температурна поведінка

Обидва матеріали мають набагато нижчі втрати в сердечнику, ніж кремнієва сталь, тому їх використовують у високо-ефективних трансформаторах і дроселях. Аморфне ядро ​​має вищу щільність потоку насичення, що дозволяє мати менший поперечний-переріз ядра за тієї самої потужності та частоти. Нанокристалічний сердечник має вищу проникність і ще нижчу коерцитивну силу, що забезпечує менші втрати на гістерезис і вищу індуктивність на виток. На частотах перемикання 50 кГц і вище нанокристалічний матеріал зазвичай демонструє найменші втрати з двох, тоді як аморфний матеріал залишається привабливим на частоті лінії та в діапазоні низьких кілогерц. Обидва матеріали працюють у широкому діапазоні температур, а їх проникність і втрати залишаються достатньо стабільними для безперервної роботи в силовій електроніці.

Застосування: трансформатори, дроселі та трансформатори струму

Синфазні-дроселі: обидва матеріали забезпечують високу проникність, необхідну для придушення-синфазного шуму, причому нанокристалічний матеріал забезпечує найвищу індуктивність у найменшому корпусі.

Розподільні трансформатори: аморфні сердечники зменшують-втрати холостого ходу розподільних трансформаторів приблизно на 60-80 відсотків порівняно зі звичайною зернистою сталлю, яка є основою програм аморфних розподільних трансформаторів.

Трансформатори струму та лічильники енергії: надзвичайно низькі втрати, точна лінійність і низька фазова похибка обох матеріалів роблять їх ідеальними для вимірювальних програм, у тому числі в умовах зсуву постійного струму.

Автоматичні вимикачі диференціального струму: висока проникність і стабільні характеристики за температури та частоти відповідають вимогам до чутливості цих-важливих для безпеки пристроїв.

Відновлювані джерела енергії та заряджання електромобілів: компактні ядра з низькими-втратами підтримують високо-ефективне перетворення електроенергії в інверторах, зарядних пристроях і перетворювачах постійного/постійного струму.

Специфікації розмірів

Як аморфні, так і нанокристалічні стрічки зазвичай поставляються у вигляді тороїдальних ядер. У таблиці 1 наведено репрезентативні розміри з ефективною площею поперечного -перерізу (Ae) і ефективною довжиною магнітного шляху (Ie).

внутрішній діаметр (мм)	діаметр (мм)	ht (мм)	Ae (мм2)	тобто (мм)	Макс. постійний струм перевантаження (A)
14	19	6.5	11.86	51.81	20
14	20	10	29.68	52.29	40
16	21	10	24.85	57.41	60
16	23	8	20.44	61.23	60
17	22	10	24.86	60.59	60
18	24	9	34.78	60.89	70
19	25	10	39.42	62.31	80
20	28	10	45.76	73.88	90
21	28	10	50.39	77.45	100
23	32	10	44.56	74.56	120

Як вибрати між двома матеріалами

Якщо конструкція обмежена насиченням, наприклад трансформатор, який має нести високий піковий потік, аморфне осердя з його вищим Bs дозволяє мати менший поперечний-переріз.

Якщо конструкція обмежена втратами на високій частоті, наприклад, дросель PFC 100 кГц, нанокристалічний сердечник зазвичай виграє за втратами та проникністю.

Якщо конструкція потребує максимальної індуктивності на виток, вища проникність нанокристалічного матеріалу зменшує кількість витків і опір обмотки.

Якщо пріоритетом є найнижча вартість матеріалу на частоті лінії, аморфна стрічка є встановленим, більш економічним вибором для розподільних трансформаторів.

Часті запитання

Яка різниця між аморфним і нанокристалічним матеріалом?

Аморфний матеріал має невпорядковану склоподібну атомну структуру, що утворюється в результаті швидкого затвердіння. Нанокристалічний матеріал спочатку виглядає як аморфна стрічка, а потім кристалізується шляхом відпалу в зерна розміром кілька нанометрів, що покращує проникність і знижує втрати на високій частоті.

Яке ядро ​​має більшу щільність потоку насичення?

Аморфне ядро ​​з типовим Bs приблизно 1,5-1,6 Тл порівняно з приблизно 1,2-1,5 Тл для нанокристалічного матеріалу. Це важливо, коли серцевина повинна нести високий потік без насичення.

Чому для високочастотних дроселів-надано перевагу нанокристалічному сердечнику?

Його дуже висока проникність і дуже низька коерцитивна сила забезпечують найнижчі втрати в сердечнику в діапазоні 50 кГц і вище, що дозволяє менший розмір сердечника і менший підйом температури.

Чи можна використовувати аморфні сердечники в трансформаторах струму?

так Низькі втрати, висока лінійність і мала фазова похибка аморфних сердечників добре підходять для трансформаторів струму та вимірювання енергії, в тому числі при зміщенні постійного струму.

Скільки втрат можуть заощадити аморфні сердечники в розподільних трансформаторах?

Аморфні розподільні трансформатори зазвичай зменшують втрати без навантаження приблизно на 60-80 відсотків порівняно зі звичайними сердечниками з кремнієвої сталі з орієнтованою зернистістю, що є головною рушійною силою їх використання в програмах енергозбереження.

Чи придатні ці сердечники для-експлуатації поза приміщенням і високої температури?

так Температура Кюрі становить близько 400-450 C, і ядра надійно працюють у широкому діапазоні навколишнього середовища; захисне покриття захищає стрічку від вологи та корозії.