Перейти к содержанию

Немагнитный зазор в сердечнике

Ферритовый сердечник дросселя часто собирают не встык, а с прокладкой или со сточенным средним керном. Этот промежуток в доли миллиметра — немагнитный зазор: без него феррит насытится при первом же ампере.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Немагнитный зазор — участок магнитопровода из немагнитного материала (воздуха, прокладки, связующего), включённый последовательно с ферромагнитным сердечником. Магнитное сопротивление зазора во много раз больше, чем у такого же отрезка феррита, поэтому даже доли миллиметра резко снижают эффективную проницаемость сердечника (Magnetics, Ferrite Cores, с. 62):

1μe=1μi+lgle\frac{1}{\mu_e} = \frac{1}{\mu_i} + \frac{l_g}{l_e}

где lg — длина зазора, le — длина магнитного пути, μi — начальная проницаемость материала.

Пример расчёта

Горшковый сердечник Magnetics R42213A315: le = 3,12 см, μe = 125, материал R с μi = 2300 (каталог, с. 4 и 62). Отсюда lg = le·(1/μe − 1/μi) ≈ 3,12 · (0,008 − 0,000435) ≈ 0,024 см, то есть около 0,24 мм (наш расчёт). Допустимые ампер-витки каталог считает как NI = 0,8·H·le; при 25 Э получается 62,4 А·вит.

Что даёт зазор

  • Запас по насыщению. Индукция в сердечнике при тех же ампер-витках падает пропорционально μe, поэтому дроссель держит больший постоянный ток до насыщения.
  • Стабильность. Уже при небольшом зазоре μe ≈ le/lg и почти не зависит от допуска и температурного дрейфа феррита (наш вывод из формулы).
  • Цена — меньшая индуктивность на виток. Коэффициент AL падает вместе с μe, и для той же индуктивности нужно больше витков.

Где зазор нужен, а где вреден

Дроссель фильтра и обратноходовый преобразователь запасают энергию в каждом периоде, и хранится она в зазоре — сосредоточенном у феррита или распределённом у порошкового кольца (TI SLUP124, с. 2-4). Трансформатор прямоходового или мостового преобразователя энергию не запасает, ему зазор только увеличивает ток холостого хода; даже микрозазоры в стыке половин сердечника делают его индуктивность намагничивания менее предсказуемой (TI SLUP126, с. 4-1). Подробнее — в статье «Магнитные сердечники».

Не путать

С воздушным зазором в изоляции — расстоянием по воздуху между проводниками под напряжением; это термин электробезопасности, см. путь утечки и воздушный зазор.

Частые вопросы

Зачем в сердечнике дросселя зазор?

Энергию дросселя запасает в основном немагнитный промежуток, а не сам феррит с проницаемостью около 2000 (TI SLUP124). Без зазора феррит насыщается при очень малых ампер-витках. Зазор снижает эффективную проницаемость, и сердечник выдерживает во столько же раз больше ампер-витков: в примере Magnetics с μe = 125 вместо 2300 — примерно в 18 раз (наш расчёт).

Нужен ли зазор в трансформаторе?

В прямоходовом или мостовом трансформаторе — нет: идеальный трансформатор не запасает энергию, ему нужна большая индуктивность намагничивания и малый ток холостого хода (TI SLUP124, SLUP126). Исключение — обратноходовый трансформатор: по сути это дроссель с несколькими обмотками, и ему зазор нужен.

Что такое распределённый зазор?

Зазор, рассыпанный по всему объёму сердечника: в порошковых кольцах частицы металла разделены изолирующим связующим, и каждый промежуток между ними работает как маленький зазор (TI SLUP124, с. 2-1). Поэтому порошковое кольцо не имеет видимого разрыва, но ведёт себя как сердечник с зазором и насыщается плавно.

Источники

  1. Magnetics. Ferrite Cores catalog (2017) — с. 4: материал R, μi 2300 ± 25 %; с. 62: 1/μe = 1/μi + lg/le, допустимые ампер-витки NI = 0,8·H·le, пример R42213A315: le 3,12 см, μe 125, 25 Э → 62,4 А·вит.
  2. Dixon L. H. Magnetics Design Handbook, Section 2: Magnetic Core Characteristics (Texas Instruments SLUP124) — с. 2-1–2-4: энергия дросселя запасается в немагнитных промежутках — сосредоточенном зазоре феррита или распределённом зазоре порошкового сердечника; трансформатору нужен сердечник без зазора
  3. Dixon L. H. Magnetics Design Handbook, Section 4: Power Transformer Design (Texas Instruments SLUP126) — с. 4-1: индуктивность намагничивания запасает энергию в конечной проницаемости сердечника и в малых зазорах в местах стыка половин

Нашли ошибку?

Смотрите также