Физические процессы в магнитных элементах

Магнитные элементы и материалы

К магнитным элементам электронных узлов относятся дроссели (катушки индуктивности, реакторы) и трансформаторы

Все магнитные элементы содержат обмотки с системой контактов и выводов, размещаемые на каркасе. Магнитные элементы с сердечником имеют также сердечники из магнитного материала.

В отличие от резисторов и конденсаторов стандартизация номенклатуры дросселей и трансформаторов оказалась невозможной из-за разнообразия магнитных элементов (число м связь обмоток, число витков, размеры и т.п.), поэтому стандартизированы только сердечники. Стандартные трансформаторы выпускаются только для стандартной аппаратуры, выпускаемой очень большими сериями (например, радиовещательная и измерительная аппаратура).

Индуктивность однослойной цилиндрической катушки

L = L₀W²D*10^-3

L₀ - коэффициент, зависящий от отношения длины катушки l к ее диаметру;
W - число витков.

Если воздушную среду заменить магнитным материалом (сердечником) с соответствующей магнитной проницаемостью m_c, то индуктивность увеличится

L_c = m _cL

Здесь имеется аналогия с воздействием диэлектрика на емкость конденсатора. Величина магнитной проницаемости материала сердечника

m = m_сk

где k >1 - коэффициент, зависящий от конфигурации и размеров сердечника

Способностью увеличивать индуктивность обладают магнитные материалы - ферромагнетики. В них имеются области - домены, - в которых магнитные моменты направлены параллельно друг другу. Магнитные моменты доменов расположены неупорядоченно, поэтому при отсутствии магнитного поля суммарная намагниченность вещества равна нулю. При приложении внешнего поля происходит рост доменов, намагниченность которых совпадает с направлением внешнего поля, и уменьшение размеров доменов, намагниченность которых не совпадает с внешним полем. В сильных полях возможна ориентация векторов намагниченности доменов. Намагниченность веществ определяется величиной индукции B. Известно соотношение:

B -индукция,Тл;
m₀=4p10^-7,Гн/м- магнитная const;
H - напряженность магнитного поля, А/м.

I - ток через обмотку;
l_cm - длина сердечника.

Указанные свойства ферромагнетика сохраняют в диапазоне температур, ограниченном сверху точкой Кюри. Выше указанной t ^° происходит разрушение доменов.

Зависимость от температуры оценивается коэффициентом ТК m, 1/⁰K

В трансформаторе магнитное поле охватывает витки разных обмоток. Индуктивность намагничивания трансформатора

[мкГн]

где W₁ - число витков первичной обмотки.

В отличие от других (активных или пассивных) компонентов электронных узлов магнитный элемент, как правило, проектируется и изготовляется для использования в данном конкретном электронном узле.

Рассмотрим основные свойства и параметры магнитных элементов и материалов.

При изменении во времени магнитного потока Ф в отрезке провода наводится противо - э.д.с.

При прохождении по проводу переменного тока возникающее переменное магнитное поле наводит э.д.с., пропорциональную частоте

где L - индуктивность, Гн.

Индуктивность короткого провода

, мкГн

где l - длина, см;
d - диаметр провода, см.

Для увеличения индуктивности провод скручивают в спираль, при этом виток испытывает не только воздействие своего магнитного поля, но и поля соседних витков.

Каковы основные требования предъявляются к материалам сердечников?

Они должны иметь большую величину m, что позволяет уменьшить габариты сердечников и число витков, что в свою очередь ведет к уменьшению потерь в обмотках и снижению паразитных параметров.

Они должны иметь малые потери, т.е. реактивные элементы не должны потреблять заметных активных составляющих токов.

Дата добавления: 2014-01-07