Kruhové jádro z nanokrystalické slitiny 1K107 pro účinné transformátory

 

Ztráta nanokrystalického jádra se zvyšuje s frekvencí, především v důsledku vířivých proudů a hystereze. Zatímco nanokrystalické materiály mají velmi nízké ztráty v jádře při nižších frekvencích, ztrátové složky se zvyšují s rostoucí frekvencí, zejména nad 100 kHz. Tento vztah je kritickým konstrukčním hlediskem pro aplikace výkonové elektroniky a výrobci vyvinuli specializované vysokofrekvenční (HF) třídy nanokrystalických jader ke zlepšení výkonu.

 

 

 

 

Faktory ovlivňující ztrátu nanokrystalického jádra vs. frekvence

 

Ztráty vířivými proudy:

Ty jsou nejvýznamnější ztrátovou složkou při vysokých frekvencích a jsou úměrné druhé mocnině frekvence. Přestože nanokrystalické materiály mají velmi jemnozrnnou strukturu, která minimalizuje vířivé proudy při nižších frekvencích, stávají se dominantními se zvyšováním frekvence.

 

Ztráty hystereze:

Tyto ztráty jsou také závislé na frekvenci a hustotě toku a přispívají k celkové ztrátě jádra.

 

Nadměrné ztráty:

Ty jsou součástí ztráty jádra, která vyplývá z jedinečné mikrostruktury materiálu a jsou také ovlivněny frekvencí.

 

Vlastnosti materiálu:

Elektrická vodivost samotného nanokrystalického materiálu hraje zásadní roli, protože vyšší vodivost vede k větším ztrátám vířivými proudy při vysokých frekvencích.

 

Konstrukce jádra:

Fyzická struktura jádra, včetně jeho tloušťky a izolace, ovlivňuje, jak dobře může odolat vysokým-ztrátám frekvence.

 

 

Výkon jádra z nanokrystalické slitiny při různých frekvencích

 

Nízké až střední frekvence (10–100 kHz):

Nanokrystalická jádra vykazují vynikající výkon, s některými z nejnižších ztrát v jádře ze všech magnetických materiálů v tomto rozsahu, což poskytuje vynikající účinnost pro aplikace, jako jsou měniče energie.

 

Vysoké frekvence (nad 100 kHz):

Ztráty vířivými proudy rostou exponenciálně, což způsobuje rychlý nárůst celkových ztrát jádra. V některých případech mohou mít nanokrystalická jádra vyšší ztráty než specializované feritové materiály v tomto velmi vysokém-frekvenčním rozsahu.

 

 

Důsledky návrhu jádra nanokrystalické slitiny

 

Vysoko{0}}frekvenční stupně:

Ke zmírnění účinků vysokých frekvencí výrobci nabízejí specializované vysokofrekvenční (HF) nanokrystalické materiály s nižšími ztrátami v jádře v cílovém provozním rozsahu.

 

Výkonové faktory:

Výběr materiálu pro transformátory často zahrnuje použití "faktoru výkonu", který je produktem hustoty toku střídavého proudu a frekvence při dané ztrátě výkonu.

 

Tepelný management:

Zvýšení ztráty jádra při vysokých frekvencích generuje více tepla, což může vést ke snížení účinnosti a vyžaduje pečlivé řízení teploty v celkovém návrhu.

 

Nanokrystalické toroidní jádrospecifikace

Velikost magnetického jádra (mm)			Velikost ochranného boxu (mm)			Efektivní průřezová- plocha Ae (mm2)		Délka magnetické dráhy Ie (mm)		Maximální DC nadproudové třídy (A)
id	od	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