Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В качестве двухвалентного металла может выступать цинк, никель, медь, кобальт, цинк, железо, кадмий и пр. [125, с. 12). Наполнителем служит вода, камфара, парафин или другие вещества. Благодаря технологии изготовления, электрическое сопротивление ферритов велико (хотя ниже, чем у диэлектриков), очень широк диапазон допустимых рабочих частот и малы удельные потери на высокой частоте. Ферриты чаще всего используют в качестве магнитопроводов импульсных трансформаторов.
На территории России широко распространены отечественные марганец- цинковые ферриты марок 1ОООНМ, 1500НМ, 2000НМ, ЗОООНМ, 4000НМ, 6000НМ и никель-цинковые ферриты 200НН, 400НН. 600НН, 1ОООНН, 2000НН, 150ВЧ, 50ВЧ2. Цифры в маркировке ферритов указывают на магнитную проницаемость, а буквы говорят о химическом составе.
Чем выше частоты, на которые рассчитаны ферриты, тем обычно ниже их магнитная проницаемость [54, с. 11). Указанные выше ферриты предназначены для эксплуатации в слабых магнитных полях до 800 А/м, и потому в маломощных источниках питания их использовать можно, а в мощных — не следует ввиду снижения магнитных параметров. Для эксплуатации в сильных магнитных полях (на это в обозначении указывает буква "С") разработаны отечественные ферриты 2500НМС1, 2500НМС2, ЗОООНМС и 2500НМС1. Никель-цинковые ферриты обладают меньшим удельным сопротивлением, чем марганец-цинковые, и потому способны работать на более высоких частотах.
Поэтому при изготовлении мощных высокочастотных трансформаторов с матнитопроводами из марганец-цинковых феррнтов для снижения потерь рекомендуют набирать магнитопроводы из частей, прокладывая между ними тонкие слои изоляции. Импортные ферриты обычно обладают лучшими магнитными параметрами, чем отечественные, в частотности, — меньшими удельными потерями.
По этой причине до появления отечественных ферритов с лучшими параметрами и меньшей стоимостью желательно пользоваться импортными, например, производства "Созто ГегП1ез" или "Ерсоз". Материалы для производства изделий из проводниковых магнитных сердечников — это или вспененные в вакууме аморфные металлы и сплавы,или выполненные в виде пластин или лент из железоникелевого сплава, называемые пермаллоями, или трансформаторные стали. Аморфные сплавы обладают низкими потерями на перемагничивание и способны работать в качестве магнитопроводов трансформаторов на частотах примерно до 200 кГц. Наиболее известны магнитопроводы из аморфных сплавов, изготовленных компанией "Гаммамет" [203].
В отличие от ферритов и альсиферов, у проводниковых материалов были достигнуты исключительно высокие показатели магнитной проницаемости, которая, в частности, для аморфного сплава ГМ501 может достигать 600 000 [2051. Магнитопроводы из пермаллоев обладают магнитной проницаемостью до 200 000 и могут работать на частотах вплоть до нескольких десятков килогерц.
Магнитопроводы компонентов, которые работают на частотах 50 Гц, 60 Гц или 400 Гц, обычно — стальные, а используемую сталь называют трансформаторной 40 Компоненты источником питанип нли электротехнической. Сталь изготавливают холоднокатаной (например, марок Э320, ЭЗЗОА и т.д.) или горячекатаной (например, Э43, Э43 и т.д.). Магнитопроводы, выполненные из ленты холоднокатаной трансформаторной стали марок Э310- Э360, способны функционировать в диапазоне частот до нескольких килогерц. С повышением частоты в трансформаторной стали возрастают потери, и увеличивается нагрев магнитопровода, что ограничивает максимальную частоту. 2.3.4.
Причины ухудшения параметров ферритовых магнитопроводов Магнитопроводы, которые хранили на складах, со временем теряют магнитные свойства, даже если температура была постоянна и отсутствовала намагниченность. Параметры магнитопроводов начинают ухудшаться сразу же после изготовления ферромагнитного изделия [175, с. 201. Изменение магнитной проницаемости образца со временем без каких-либо внешних воздействий на материал называют дезаккомодаиией.
Скорость деградации зависит от температуры образцов. Вначале она велика, а затем снижается, причем становится все меньше. Резко ухудшить параметры магнитопроводов можно путем температурного, магнитного или механического воздействия. При сильном намагничивании параметры ферритов ухудшаются, однако, если убрать источник магнитного поля, то со временем ферриты могут вернуться к исходному состоянию, что является проявлением дезаккомодации. Старение протекает тем интенсивнее, чем выше температура ферритов, при условии, что температура нагрева образцов ниже точки Кюри.
Если нагреть ферриты до температуры выше точки Кюри, то их магнитные параметры резко и многократно уменьшатся, и в результате такого воздействия материалы будут необратимо испорчены. Механическая деформация образцов зависит от направления вектора приложенной к образцу силы сжатия или растяжения относительно направления вектора магнитного поля и вызывает изменения магнитных параметров. На практике для вычисления воздействия механической деформации используют модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
Обычно для ферритов модуль Юнга составляет 0,45 !0~.. 2,15 1О' кПа, а коэффициент Пуассона — 0,22..0,40. Сильная вибрация и удары необратимо снижают начальную магнитную проницаемость ферритов. Это явление называют шок-эффектом. Особенно ярко оно проявляется при механической обработке никель-цинковых ферритов и, в меньшей степени, — ферритов других типов. Феррит — как человек: если по нему бить, он теряет свои свойства, поэтому механической обработки ферритов следует по возможности избегать, а в тех случаях, когда без нее обойтись невозможно, она должна быть осуществлена путем шлифовки с порошкообразными абразивными веществами. Если индуктивные компоненты с феррнтовыми магнитопроводами сильно притянуть крепежными винтами к шасси, то параметры магнитопроводов могут ухудшиться.
Кроме перечисленных факторов, магнитные параметры могут быть ухудшены из-за окислительно-восстановительных реакций ферритов с кислородом воздуха [175, с. 231. Никель-цинковые ферриты меньше подвержены старению по сравнению с марганец-цинковыми. Ухудшение параметров ферритов приводит к уменьшению индукция насыщения, снижению магнитной проницаемости и увеличению удельных потерь. 2.з. моточные компаненты 41 Однажды автор этой книги купил десять новеньких отечественных тороидальных магнитопроводов одной партии нз феррита 2000НМ1-А, изготовленные всего за три месяца до покупки. В результате измерения тесламетром он обнаружил, что индукция насыщения почти всех образцов составляет от 0,42 Тл до 0,56 Тл.
Через год измеренная величина индукции насыщения этих магнитопроводов оказалась всего 0,3! ..0,35 Тл, а еще через шесть лет от былой индукции насыщения почти у всех магнитопроводов осталось всего 0,26 Тл, Не удивляйтесь, если, купив магнитопровод со справочной величиной индукции насыщения в 0,45 Тл из феррита 2500НМС1, вы можете обнаружить после измерения фактическую индукцию насыщения всего в 0,3 Тл и, что бывает редко, даже меньше. Это вовсе не брак, а обычное дело, результат процесса старения.
Из этого следует, что, даже измерив величину индукции насыщения, обязательно необходимо ввести запас, учитывающий снижение индукции со временем, поскольку наш источник питания будет эксплуатироваться не неделю и не месяц. Если рабочую индукцию принять близкой к индукции насыщения, а индукция насыщения со временем снизится до уровня рабочей индукции, то магнитопровод войдет в насыщение, при котором резко упадет индуктивность обмоток.
Если такой индуктивный компонент работал в преобразователе напряжения, то обмотку и ключевые транзисторы может спасти только быстродействующая электронная защита от перегрузки. Если защиты нет, то случится авария. Кроме того, на величину индукции насыщения феррита влияет форма сигнала, подаваемого на обмотку, расположенную на магнитопроводе. Так, при меандре нндукция меньше, чем при сигнале синусоидальной формы. Если необходимо использовать феррит, состаренный естественным путем, а индукция насыщения неизвестна, то можно, если позволяет точность расчета, предположить значение индукции насыщения в 0,21 Тл для отечественного феррита, и в 0,27 Тл для аналогичного импортного феррита.
По мнению автора книги, лучше подстраховаться на этапе проектирования, чем устранять последствия "неожиданности" во время эксплуатации изделия. Впрочем, величину запаса каждый конструктор выбирает сам, исходя из требований надежности, стоимости и расчетного времени наработки на отказ. В справочных данных на иностранные ферриты не указывают сведения об ухудшении магнитных параметров не потому, что зарубежные ферриты не стареют, а потому, что знать динамику снижения магнитных параметров обычно не требуется.
Это объясняется тем, что современную бытовую аппаратуру широкого применения рассчитывают на определенный и весьма короткий жизненный цикл. Зачастую для телевизоров, видеомагнитофонов, компьютеров срок эксплуатации не превышает пяти лет, и производителей не заботит, какая проницаемость или индукция будет у феррита, скажем, через 30 лет, когда уже не будет ни завода-изготовителя, ни фирмы, выпустившей прибор, ни, возможно, потребителя, купившего этот прибор.
К сожалению, в некоторой аппаратуре широкого потребления малы запасы по величине индукции насыщения. Вот пример из опыта ремонта различных моделей телевизоров "ОгцМя", у которых импульсные трансформаторы в источниках питания выполнены на магнитопроводах П-образной формы. Спустя несколько лет эксплуатации, ферриты импульсных трансформаторов значительно теряют магнитные свойства и перегреваются из-за возросших удельных потерь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
