Перейти к содержанию

Магнитная проницаемость сердечника

Одна и та же катушка на ферритовом кольце имеет индуктивность в тысячи раз больше, чем без него. Это проницаемость материала. Но в справочнике у неё несколько значений — начальная, эффективная, при подмагничивании, — и путать их значит ошибиться в расчёте дросселя.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Магнитная проницаемость μ показывает, во сколько раз материал сердечника усиливает магнитное поле по сравнению с вакуумом: индукция в нём B = μ·μ0·H, где H — напряжённость поля, которую создают ампер-витки обмотки, а μ0 ≈ 4π × 10⁻⁷ Гн/м — магнитная постоянная (BIPM, SI Brochure: с 2019 года её определяют экспериментально, но расхождение с 4π × 10⁻⁷ — порядка 10⁻¹⁰). Чем выше μ, тем больше индуктивность катушки при том же числе витков.

Какие бывают значения

ОбозначениеЧто этоГде встречается
μi — начальнаяпроницаемость материала в очень слабом полепаспорт материала: N87 — 2200 ± 25 %, 3C90 — 2300 ± 20 %
μe — эффективнаяпроницаемость всего сердечника вместе с зазоромкаталог сердечника, расчёт через коэффициент AL
μ при подмагничиваниипроницаемость при постоянном токе обмоткикривые DC bias порошковых колец

Для сердечника с немагнитным зазором длиной lg на пути le (Magnetics, Ferrite Cores, с. 62):

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

Уже при небольшом зазоре второе слагаемое главное, и μe ≈ le/lg почти не зависит от допуска феррита ±25 % — поэтому индуктивность дросселя с зазором стабильна (наш вывод из формулы).

Проницаемость падает с током

У порошковых сердечников зазор распределён между частицами, и проницаемость задают при изготовлении — от 14 до 550 у серий Magnetics (Powder Core Catalog, с. 10). Но с ростом постоянного тока она снижается плавно: кольцо Kool Mµ с проницаемостью 60 теряет 20 % при 45 Э и половину при 95 Э, High Flux — при 100 и 185 Э. Отсюда ток насыщения дросселя, который считают по индуктивности при рабочем токе, а не по номиналу.

Как выбирать материал и зазор, подробно разобрано в статье «Магнитные сердечники»; число витков по AL считает калькулятор катушки индуктивности.

Не путать

С диэлектрической проницаемостью ε — это свойство изолятора в электрическом поле, она определяет ёмкость конденсатора, а не индуктивность катушки.

Частые вопросы

Что значит проницаемость феррита 2000?

Что катушка на замкнутом сердечнике из этого материала получит примерно в 2000 раз большую индуктивность, чем та же катушка без сердечника. Это начальная проницаемость μi — её измеряют при очень слабом поле. У TDK N87 μi = 2200 ± 25 %, у Ferroxcube 3C90 — 2300 ± 20 %. При большом токе, нагреве или с зазором рабочая проницаемость будет другой.

Почему у дросселя с зазором проницаемость намного ниже, чем у феррита?

Зазор добавляет к магнитной цепи немагнитный участок: 1/μe = 1/μi + lg/le (Magnetics, Ferrite Cores, с. 62). В примере каталога горшковый сердечник с проницаемостью материала 2300 работает с μe = 125 — по нашему расчёту, зазор там около 0,24 мм. Зато такой сердечник выдерживает во столько же раз больше ампер-витков до насыщения.

Как узнать проницаемость неизвестного кольца?

Намотать пробную обмотку, измерить индуктивность и найти AL = L/N². Затем μe = AL·le/(μ0·Ae), где le и Ae — эффективные длина пути и сечение по размерам кольца. Проницаемость колец разных материалов различается в десятки раз, поэтому по цвету и виду её не угадать.

Источники

  1. TDK Electronics. SIFERRIT material N87, June 2025 — с. 2: MnZn, начальная проницаемость μi = 2200 ± 25 % при 25 °C; насыщение 490 мТ при 25 °C и 390 мТ при 100 °C (1200 А/м)
  2. Ferroxcube. 3C90 Material specification (2008 Sep 01) — μi = 2300 ± 20 %, частоты до 0,2 МГц
  3. Magnetics. Ferrite Cores catalog (2017) — с. 62: μe = AL·le/(4π·Ae); 1/μe = 1/μi + lg/le; пример R42213A315: le 3,12 см, μe 125
  4. Magnetics. Powder Core Catalog (2024) — с. 10: проницаемости порошковых материалов от 14 до 550; напряжённость, при которой μ падает до 80 и 50 % (проницаемость 60): Kool Mµ 45/95 Э, High Flux 100/185 Э, MPP 60/105 Э
  5. BIPM. The International System of Units (SI Brochure), 9th edition — магнитная постоянная μ0 равна 4π × 10⁻⁷ Гн/м с относительной стандартной неопределённостью 2,3 × 10⁻¹⁰ и теперь определяется экспериментально

Нашли ошибку?

Смотрите также