Ферритовый сердечник – что это такое

Феррит — свойства и применение

О минерале, который притягивается к стальным изделиям, человечеству стало известно еще в 3 веке до нашей эры. Люди были поражены, но дальнейшего развития способов его применения не последовало. Второе рождение феррита произошло после открытия компаса. Кусок минерала, закрепленный на плавающей доске, всегда указывал в одну сторону, облегчая морякам поиск нужного направления.

Окончательное признание феррит получил после опубликования теории взаимодействия электрических и магнитных полей Фарадеем. Это позволило миру взглянуть по-новому на свойства и применение феррита. Так что же это за материал и почему он так интересен радиоэлектроникам.

Общая характеристика и химический состав

Ферриты представляют собой сплав оксида железа с оксидом другого ферромагнитного металла: медь, цинк, кобальт, никель и т. д. В промышленном применении наибольшее распространение получили следующие типы ферритов:

  • Никель-цинковый феррит. Имеют свойства высокого удельного электросопротивления, что делает их более выгодными в использовании на частоте от 500 КГц до 200 МГц.
  • Магний-марганцевый. Их применяют при работе со звуковыми частотами.
  • Марганцово — цинковый. Данный тип имеет наименьшие потери на вихревые токи.

Свойства и особенности

Это — полупроводники, свойства проводить ток которых повышается с увеличением температуры. Плотность ферритов зависит от марки, и колеблется в пределах от 4000 до 5000 кгм3. Ферриты обладают повышенными теплофизическими свойствами. Коэффициент тепловой проводимости равен 4,1 Вт/(м·К). Теплоемкость 600-900 Джкг*К.

Главным достоинством ферритовых сплавов является наличие повышенного удельного электросопротивления с сочетанием высоких магнитных свойств. Наиболее выгодным будет применение феррита при таких эксплуатационных характеристиках как малое значение индукции и высокие частоты.

При низких значениях частот повышается относительная диэлектрическая проницаемость феррита. При одновременном наличии высокой магнитной проницаемости это может привести к наложению волн друг на друга. Как результат возникает объемный резонанс, при котором вихревые токи увеличиваются в разы, а, следовательно, потери.

Ухудшение магнитных свойств в ферритах происходит по следующим причинам:

  • Механическое воздействие на ферритовый сплав. Образование трещин на поверхности магнитного сердечника может привести к смене знака магнитного поля. Особенно опасны силы, векторы которых направлены параллельно или перпендикулярно линиям магнитного поля.
  • Одновременное наложение постоянного и переменного полей. Происходит наложение частот друг на друга, что в результате увеличивает вероятность образования резонанса.
  • Выход за пределы рабочих температур согласно условиям эксплуатации приводит к возникновению остаточной магнитной проницаемости феррита. Также наблюдается нестабильность магнитных свойств в ферритах при долгом нахождении под воздействием плюсовой температуры.
  • Повышенная влажность может стать причиной изменения в феррите электропроводных свойств, которые, в свою очередь, способствуют увеличению потерь. Из-за этого ферриты, работающие при частоте выше 3 МГц и в условиях высокой влажности, требуют нанесения на их поверхность водоизолирующего материала.
  • Радиационное излучение сильно снижает магнитные характеристики и электрические свойства ферритов, особенно ферритных сплавов на основе марганца и цинка.

Феррит обладает незначительными механическими свойствами. Не отличаются ни прочностью, ни пластичностью.

Модуль упругости составляет в среднем 45 000 МПа. Модуль сдвига ферритовых сплавов 5500 МПа. Предел прочности на растяжение равен 120 МПа. На сжатие 900 МПа. Значение коэффициента Пуансона колеблется в пределах 0,25-0,45.

Виды применения

В силу вышеперечисленных свойств главным потребителем ферритов является радиоэлектроника. Применение определенного сплава феррита ограничивается значением критических частот, выход за пределы которых увеличивает потери и снижает эксплуатационные свойства, в частности магнитную проницаемость. Ферритовые сплавы по свойствам и применению делят на:

  • Общепромышленного применения (400НН,1000НМ, 1500 НМ). По своим магнитным свойствам относятся к ферритам высокой частоты. Магнитная проницаемость ферритовых сплавов колеблется в пределах от 100 до 4000. Такие ферритовые сердечники используются при частоте до 30 МГц. Также в их область применения входит изготовление сердечников магнитных антенн, трансформаторов и прочего оборудования, от которого не требуется повышенные свойства устойчивости к температурам.
  • Термически стабильные. Содержат в себе высокочастотные (20ВН,7ВН) и низкочастотные (1500НМ3, 1500НМ1) типы. Их главные свойства — высокая добротность и стабильная начальная магнитная проницаемость. Кроме того, указанные ферритные сплавы в эксплуатации отличаются такими свойствами как низкий относительный температурный коэффициент магнитной проницаемости. Низкочастотные ферриты нашли применение в работе со слабым полем и частоте до 2,9 МГц, а высокочастотные до 99 МГц. В основном они служат сырьем для броневых сердечников и сердечников для антенн.
  • Ферриты высокопроницаемые (6000НМ1, 6000НМ, 4000НМ). Отличительными свойствами являются повышенная начальная магнитная проницаемость при низкой частоте и высокая добротность. Вышеперечисленные ферритные сплавы применяют при изготовлении статических преобразователей и делителей напряжения. Магнитные свойства ферритов позволяют заменить в данных приборах дефицитные пермаллоевые сердечники.
  • Для телевизионной аппаратуры (4000НМС, 3500НМС1). Ферритовые сплавы этой категории имеют низкие потери при частоте, используемой в телевизионном оборудовании. Также среди их свойств выделяется повышенная магнитная индукция при высоком значении температур. Из данных ферритов изготавливают сердечники трансформаторов и сердечники спецузлов телевизора.
  • Ферриты импульсных трансформаторов (300ННИ, 300ННИ1). Особенность данных сплавов в их использовании — работа в режиме импульсного намагничивания. Главное применение ферритов – изготовление сердечников импульсных трансформаторов.
  • Для производства контуров радиотехнических приборов (10ВНП, 35ВНП). Своим применением в радиоэлектронике они обязаны таким свойствам как высокий показатель коэффициента перестройки по частоте и низким потерям при работе на частотах до 250 МГц. Основное их техническое применение – это сердечники контуров, настраиваемые подмагничиванием.
  • Для широкополосных трансформаторов. Объединяющие свойства – высокая добротность, низкое значение нелинейных искажений и более высокая точка Кюри. Самые популярные ферриты данной категории в использовании — 200ВНС, 90ВНС и 50ВНС. Их свойства позволили найти такое применение как изготовление сердечников широкополосных трансформаторов.
  • Для магнитных головок. Ферритовые сплавы данной категории производят на основе никель-цинковых ферритов: 500НТ и 1000НТ. Воздействие сердечников с носителем информации требует наличия в ферритах минимальной поверхности пористости.
  • Для магнитного экранирования. Сюда относятся 2 марки: 800ВНРП и 200ВНРП. Ферритные сердечники данных сплавов применяют в радиопоглощающих приборах для устранения радиопомех.
  • Для датчиков (1200НН, 1200НН1 и 1200НН2). Отличительные свойства приведенных ферритов – это повышенная термочувствительность и высокая магнитная проницаемость. Это позволило найти им применение при производстве термореле.

Ценообразование

Стоимость феррита определяется следующими свойствами:

  • Характеристики размера и формы. Сердечники 80х40х25 обойдутся примерно в 200 рублей.
  • Вид применения сердечника. Ферритные поглотители для камер стоят порядка 1000 – 4000 руб. Ферритовая игла для граммофона — около 400 руб.
  • Тип сплава, использующийся в ферритах. Содержание в феррите дорогостоящих металлов, таких как никель, повышает его стоимость.

Оцените статью:

Что такое феррит? Свойства, применение, производство и цена феррита

Оксиферы. Так иначе именуют ферриты. Именно ферриты, поскольку понятие характеризует группу минералов, а не отдельный камень. Вспомнив, что «феррум» — научное название железа , несложно понять, что оксиферы являются соединениями железа , но с чем?

Здесь поможет уже слово «окси», указывающее на кислород. То есть, речь идет об оксидах железа. Однако, на этом формула ферритов не заканчивается. Нюансы рассмотрим в первой главе.

Что такое феррит

Внешне ферриты напоминают рыхлую керамику . В естественном состоянии твердые . Цветовая гамма минералов, как правило, связана с тонами серого и коричневого .

Любой феррит содержит в своей структуре еще и оксид другого металла. Металл этот должен быть ферромагнитиком, то есть, обладать магнитными свойствами в отсутствие магнитного поля.

Для его волн вещества группы легко проницаемы. Железо, кстати, ферромагнитик. В оксиферах элемент выбирает себе подобную пару, к примеру, никель в соединении с тем же кислородом.

Для справедливости огласим весь список металлов ферромагнитиков. К уже указанным, прибавляется кобальт . Остальные наименования не на слуху. Начнем с гадолиния — элемента 3-ей группы таблицы Менделеева .

К этой же группе относятся тербий , диспрозий , гольмий, эрбий. Получается, основная масса ферромагнитиков — лантаноиды, то есть, 15 элементов, расположенных после лантана.

Однако, доступны в силу стоимости или распространенности лишь несколько. Но, вернемся от частного к общему. Есть ли ферромагнитные свойства у феррита, и каковы, вообще, его свойства?

Свойства феррита

Итак, структура феррита всегда сводится к формуле MeOFe2O3. Соединения не металлические, но являются магнитомягкими. Это значит, что материалы способны намагнититься до насыщения и даже перемагнититься в слабом поле.

А вот излишней проводимости у них не наблюдается. Магнитный феррит — это не металл и уступает ему в способности передавать ток, однако, полностью ее не лишен. Большинство веществ группы — полупроводники.

Занимая промежуточное положение между металлами и диэлектриками, ферриты начинают лучше проводить ток при нагреве. При падении температуры оксиферы могут перейти в диэлектрики.

Зато, работая в режиме полупроводников, ферриты обеспечивают меньшие потери энергии, поскольку в веществах группы почти не образуются вихревые токи. Они замкнуты. Энергия не доходит из точки А в точку Б. Поэтому, вихревые токи именуют паразитарными и потребитель недополучает энергию, хоть и платит за нее.

Теперь, к вопросу ферромагнитности. Ее сохраняют лишь некоторые вещества группы. Так, феррит перлит ферромагнитен, а оксифер никеля — нет. Однако, есть и сложные ферриты. Они являются совмещением двух простых — одного ферромагнитного и одного простого.

Читайте также  Как купить машину с завода

Магнитные свойства комплексных оксиферов наиболее выражены, чем и пользуются промышленники. Где именно пригождаются свойства ферритов, и каких именно, расскажем в следующей главе.

Применение феррита

Начнем с привычного примера. Смотрим на кабели мониторов, видеокамер, принтеров , прочей компьютерной аппаратуры. На части проводов есть цилиндры. Они покрыты пластиком, но внутри ферритовые.

Материал выступает в роли экрана, отражая внешнее магнитное поле и задерживая то, что исходит от кабелей. Это обеспечивает стабильную работу техники, исключая искажение сигнала.

Если дома есть звуковая аппаратура, к примеру, магнитофоны, можно взглянуть и на них. Увидим головки записи. Они из феррита. Используют монокристаллы. Они, как и цилиндры на компьютерных кабелях исключают влияние помех на сигнал. Именно поэтому звук получается чистым.

В звуковой технике, в основном, находится феррит стали. Он же присутствует и в видеоаппаратуре. Процесс видеозаписи в ней «завязан» на движении магнитной ленты .

Скорость этого движения высока, а посему, головка записи должна быть износостойкой. Вот почему производители закупают именно монокристаллы ферритов. Они тверже иных модификаций.

Если заглянуть в технические помещения, там наверняка найдется трансформатор на феррите. Кольца из сплава окиси железа с окисями других металлов служат в нем сердечником.

Деталь в несколько тысяч раз повышает индукцию магнитного поля. Речь о его действии на заряженные частицы. В итоге, прибор передает большую мощность, чем мог бы делать это с сердечником не из феррита.

Кольцевые сердечники из феррита встречаются не только в трансформаторах, но и прочей электронике. Детали бывают литыми и составными. Последние кольца – соединение двух половинок.

На них проще наматывать проволоку. В случае с монолитными сердечниками, сие проблематично. Поэтому, комбинированные модели распространеннее. Зазор между половинками стараются сделать как можно меньше. Иначе, теряется эффективность детали.

Применяют феррит и в строительной сфере. Здесь на основе окисей металлов делают цементит. Феррит в нем, как правило, — соединение оксидов железа и меди . Однако, есть и другие варианты.

В Портландский цемент, к примеру, вводят феррит кальция . Сорт гидравлической смеси отличается способностью наращивать свою прочность при застывании на открытом воздухе.

Напоследок заметим, что высокотемпературный феррит аустенит, или другие разновидности материала, могут выступать в роли обычных магнитов . Уже указывалось, что при малых внешних полях окиси проявляют ферромагнитные свойства.

Они присущи и магнитам. Совпадает направление намагниченности подрешеток в структуре материалов. В обоих случаях, это 180 градусов. Но, у ферритов угол способен меняться.

Необходимое условие — активное усиление внешних полей. Намагниченность подрешеток становится меньше и … феррит переходит уже в категорию антиферромагнитиков.

Так что, при путанице в понятиях, а их путают многие, помните, что герой статьи – этакая переходная стадия между 100-процентными магнитами и полноценными антиферромагнитиками.

Производство феррита

В промышленности расчет феррита ведут по технологии , близкой к изготовлению керамики, или по схемам, используемым в порошковой металлургии. Соответственно, сначала замешивают шихту.

Так именуют исходную смесь из окислов металлов. Затем, растворяют ненужные примеси. Это термический процесс, соответственно, шихту нагревают. После, соли осаждают и продолжают работу с полезным составом.

Заметим, что можно купить ферриты, в производстве которых участвовали не только окислы металлов, но и углекислые соли . Их присутствие не влияет на исходные параметры продукта.

Причина состоит в том самом растворении и выводе из шихты ненужных элементов. То есть, в процессе производства технологи все равно приходят к стандартному ферриту, а значит, и его стандартной цене . Ознакомимся с ней.

Цена феррита

Стоимость феррита зависит от его формы. К примеру, приобретаем готовый магнит . При параметрах 9 на 7 на 1,5 сантиметра он стоит около 160-ти рублей . Готовый сердечник, как правило, опустошает карман на несколько тысяч. Точная цена , так же, зависит от размеров. Влияют на стоимость и назначение детали, используемый в ней тип сплава.

Иглы , а точнее, пирамидальные ферритовые поглотители для камер, не дающих эха, стоят около 1 600-от рублей. Но, встречаются и модели за 1 000 или, напротив, 4 000 рублей.

Всего пару сотен обойдется ферритовый цилиндр для компьютерного кабеля. У детали есть защелка. Поэтому, надеть цилиндр на провод самостоятельно не составит труда. Некоторые модели стоят всего 110 рублей.

За миниатюрные заготовки для электроники, порой, просят всего пару рублей. Столько, к примеру, дают за 3-сантиметровые прутки. Их, в основном, отпускают оптом. Минимальная отгрузка – 300 штук. Однако, найти деталь можно и в рознице. Но там пруток стоит уже 6-15 рублей.

Ферритовое кольцо. Что это

Привет! С вами магазин Electronoff.ua.

Сегодня мы хотим рассказать о таких штуках, как ферритовые сердечники. Тема, на самом деле, достаточно сложная и глубокая, и мы понимаем, что можем не учесть (а вернее, точно не учтем) все детали в видео, поэтому сразу попросим людей, которые хорошо разбираются в этом, послушать и дополнить или исправить нас в комментариях. Мы, конечно, это приветствуем.

Практически в любом устройстве, которые вы когда-нибудь могли разбирать, находились вот такие колечки самых разных размеров. Внешне они все очень похожи друг на друга, и отличаются только размером и цветом. Но на самом деле разнообразие ферритовых колец очень большое, они могут кардинально отличаться по характеристикам и быть пригодными для совсем разных задач. Об этом мы и поговорим.

Итак, где же используются ферритовые сердечники? Чаще всего они используются в:

  • трансформаторах и преобразователях напряжения и тока
  • фильтрующих элементах
  • ограничивающих ток элементах
  • сглаживающих элементах
  • для гальванической развязки
  • для передачи сигнала

И для всех этих задач нужны разные типы ферритов.

Если в общем, то ферриты бывают для слабых магнитных полей, они же сигнальные, и для сильных полей, они же силовые.

Чем эти типы отличаются?

Начнем с главных характеристик любого феррита. Прежде всего, это материал, из которого сделан феррит. А от этого свойства зависят другие: магнитная проницаемость, максимальная рабочая частота, максимальная индукция насыщения, магнитные потери , и еще достаточно много других. Мы остановимся на первых трех, так как они играют основную роль. Заодно немного поговорим о том, что это вообще значит.

Материал феррита. Вы наверняка замечали, что разные колечки, в блоках питания например или материнских платах, имеют разный цвет. Так вот, красят их не просто, как захочется. Цвет покраски строго регламентируется материалом, из которого кольцо сделано. Оно может быть, собственно, ферритовым, может быть из распыленного железа, из альсифера, и в каждом из этих типов есть еще множество своих марок и подтипов. Распыленное железо и альсифер обладают низкой магнитной проницаемостью, порядка десятков и сотен мю, то есть они слабо поглощают магнитное поле. Это делает невозможным их применение в трансформаторах или для точной передачи сигналов, зато благодаря тому же слабому поглощению они могут пропустить через себя большой ток, пока не наступит насыщение. И поэтому применяются в разных дросселях, для фильтрации и смягчения формы сигнала в силовых линиях.

Кольца, сделанные из феррита (в марках которого, кстати, тоже легко сломать голову), поглощают магнитное поле значительно лучше. Для трансформаторов, где форма сигнала не так важна, как передаваемая мощность, используют компромиссную проницаемость около 2000 мю. Это самая распространенная марка. Такие ферриты обычно просто черные. Но вообще проницаемость может быть вплоть до 10000 мю и больше. Обычно их красят в зеленый цвет. Ферриты такого типа используют для, например, передачи сигналов управления разными логическими элементами. То есть там, где очень важно, чтобы сигнал после феррита был именно таким, как до него, но токи при этом небольшие. Если поставить такой феррит в силовую цепь, он сразу же вберет в себя слишком много магнитной энергии и уйдет в насыщение. Ниче хорошего.

Насыщение , к слову, это когда феррит уже не может вобрать в себя больше магнитного поля. И в этот момент он теряет свои магнитные качества, то есть больше не может передавать это поле куда-то дальше, он просто начинает выбрасывать лишнюю энергию в тепло. На практике это ярче всего видно в трансформаторах — если сердечник насытился, то в первичной обмотке ток может становиться больше и больше, а вот на вторичной обмотке общей энергии уже больше не сможет быть.

Величина насыщения для конкретных экземпляров колец зависит от их размера. Логично, что чем больше у нас материала, тем больше энергии сможет поглотить каждый его условный кусочек. Еще интересно, что ток насыщения зависит от частоты смены тока. То есть, чем больше частота сигнала в феррите, тем больше энергии он сможет через себя пропустить (уточнение — в своем рабочем диапазоне). Именно поэтому сейчас разработки электроники двигаются в сторону увеличения частоты: например, в высокочастотных схемах (где используются мегагерцы) передача большой энергии может проходить через мааленький ферритик. Для обычных импульсных схем, где частота исчисляется в килогерцах, тот же феррит уже должен быть в несколько раз больше. И этот же принцип действует на обычные сетевые трансформаторы, поэтому они такие огромные.

Читайте также  Что делать, если собака съела носок

Теперь о максимальной рабочей частоте.

Для каждого феррита существует его максимальная рабочая частота, на которой все его характеристики нормированы. За пределами этого диапазона он начинает работать нестабильно — сильно увеличиваются потери, уменьшается проницаемость и сильно снижается величина индукции насыщения. Подавляющее большинство ферритов хорошо работает на частотах до 80-100 кГц. Причем в теории, с увеличением проницаемости уменьшается максимальная рабочая частота феррита. Это исправляют использованием разных материалов и другими ухищрениями.

Поэтому, выбирая подходящий феррит для своих целей, стоит убедиться, что он соответствует вашим требованиям.

Конечно, про ферриты можно рассказывать еще очень много, включая то, какая лучше форма для передачи сигнала, как правильно использовать сердечники, и так далее, но тогда мы совсем не влезем в формат видео. Поэтому надеемся, что вы подчерпнули что-то новое для себя и захотели узнать еще больше.

Ферриты (оксиферы)

Феррит – материал, представляющий собой соединение оксида железа и оксидов ферримагнетиков. Он имеет формулу MFe2O4. Это химическое соединение обладает кубической кристаллической решеткой и активно используется в радиоэлектронике, благодаря большому удельному сопротивлению и наличию магнитных свойств.

Основные свойства

Феррит обладает следующими физическими характеристиками:

  1. Плотность: 4000 до 5000 кг/м 3 (параметр определяется маркой железного сплава).Теплоемкость вещества: до 890 Дж/кг×К.
  2. Средний модуль упругости: 5500 МПа.
  3. Предел прочности на сжатие равняется 850 МПа, на растяжение – 110 МПа.
  4. Коэффициент Пуансона: до 0,4.
  5. Модуль Юнга: до 21 000 000 кПа.

Одним из основных физических свойств феррита является высокое электрическое сопротивление и магнитная проницаемость, что обуславливает низкие энергетические потери в высокочастотных зонах. Основным фактором, влияющим на этот параметр, является большая концентрация двухвалентных ионов железа. При повышенном количестве частиц Fe2+ увеличивается проводимость железного сплава и понижается его энергия активации. Высокое содержание двухвалентных ионов железа также приводит к снижению зависимости металла от различных свойств среды и состояния намагниченности.

Выделяют следующие механические свойства феррита:

  1. Металлы склеиваются при помощи клея марки БФ-4 и нарезаются инструментами, изготовленными из алмаза.
  2. Материал поддается полировке и шлифовке.
  3. При больших механических нагрузках (соударениях, вибрациях) появляются дополнительные напряжения в сердечниках, что приводит к возникновению трещин и иных внешних дефектов.

Главными отличительными особенностями феррита являются его магнитные свойства. Они зависят от величины магнитной проницаемости железной модификации и тангенса угла потерь. На эти характеристики оказывают влияние интенсивность резонансных явлений и механические напряжения. Для сохранения магнитных свойств материала нужно ограничить величину физических нагрузок на поверхность металла.

На магнитные свойства феррита воздействуют следующие факторы:

  1. Влияния высоких или низких температур: при термообработке железного сплава также могут произойти изменения магнитной проницаемости.
  2. Увлажнение металла: на средних и высоких частотах увеличиваются магнитные потери металла, что связано с изменением электропроводности материала. По этой причине рекомендуется герметизировать металл во время работы с влажными поверхностями.
  3. Радиационное облучение: воздействие интегральных потоков нейтронов с высокой интенсивностью приводит к изменению электромагнитных характеристик железного сплава.
  4. Слияние двух магнитных полей: происходит наложение частот, что повышает вероятность возникновения явления резонанса.

Для большей части железных модификаций характерна нестабильность магнитной проницаемости при длительном хранении металла в теплых или холодных помещениях.
Ферриты являются полупроводниками и диэлектриками. Их электрические свойства зависят от процессов ионного обмена и температурного режима. При высоких температурах возрастает подвижность отрицательных зарядов химического соединения, что приводит к изменению электропроводности и удельного сопротивления феррита.Электрические свойства могут также изменяться при разных концентрациях ионов железа.

В процессе теплового движения частицы Fe2+ оказывают влияние на проводимость материала и энергию активации электропроводности. В результате снижается толщина энергетических барьеров, препятствующих перемещению отрицательных частиц из 1 иона в другой.

На многие параметры феррита влияют условия изготовления. Выделяют следующие способы производства этого материала:

  1. При помощи ферритовых порошков: железный сплав изготавливается из специальных химических соединений. Растворы железа осаждают из специальных солей. Полученное вещество смешивают с гидратами щелочей. Смесь сушится и ферритизируется. Этот метод изготовления чаще всего используется в металлургии, что связано с большим эксплуатационным сроком ферритовых порошков.
  2. Окисная технология: представляет собой смешение и помол окислов металлов. Главными преимуществами этого способа являются безотходность и экономичность. В этом случае для изготовления феррита необходимо минимальное количество сырья. Во время смешивания окисей металлов в атмосферу не выделяются вредные химические соединения. Недостатком этой технологии является трудность измельчения окислов при получении однородных смесей.
  3. Химические методы: предоставляют возможность изготавливать высокочастотные ферриты без применения этанола и иных соединений с высокой воспроизводимостью структурных параметров.
  4. Термическое разложение: требуется сернокислые соли, где содержится кристаллизационная вода. В них добавляется небольшое количество H2O. Полученная смесь разлагается на окислы (их температура составляет не менее 900°С. Преимуществом этого способа является однородность распределения всех компонентов при термообработке.
  5. Бездиффузионный(шенитный) способ: для изготовления железных модификаций необходимы ферритные порошки, состоящие из растворов шенита. Для предельной гомогенизации вещества проходят процесс кристаллизации и ферритизации. Стабильность протекания этих процессов обуславливается состоянием поверхностных частиц шенита и доли полиморфных модификаций.

Для производства качественного феррита необходимо соблюдать основные условия изготовления и использовать высокоактивные ферритовые соединения или порошки.

Химический состав

Ферриты являются смесью оксидов железа и иных легирующих металлов, включающих в себя медь, цинк, магний, ниобий, кобальт, никель, литий и марганец. Средняя молярная масса вещества зависит от процентного содержания химических элементов в растворе. Она равняется 152 – 160 г/моль. В зависимости от химического состава и структуры выделяют следующие разновидности феррита:

  1. Никель-цинковые: отличаются высоким электрическим сопротивлением и чаще всего используются при высоких диапазонах частот: 500 КГц до 200 МГц.
  2. Магний-марганцевые: характеризуются низкой магнитной проницаемостью и чаще всего применяются для работы с частотами звука.
  3. Марганцево-цинковые: имеют низкие потери на вихревых токах и располагают высокими показателями диэлектрической проницаемости.
  4. Иттриевые: обладают небольшими диэлектрическими потерями. Они устойчивы к ферромагнитному резонансу.
  5. Литиевые: располагают высокими показателями намагниченности насыщения и термической стабильности.

Химический состав феррита определяется эксплуатационными характеристиками материала и сферой его применения.

Классификация ферритов

Ферриты подразделяются на 3 основных класса:

  1. Железные сплавы с гарантированными потерями и высокой магнитной проницаемостью.
  2. Материалы с гистерезисом (зависимости намагниченности от напряжений внешнего поля) в виде прямоугольной петли.
  3. Модификации железа с уникальными свойствами.

В зависимости от основных параметров металла были созданы марки ферритов:

  • 2000 H: никель-цинковый феррит с магнитной проницаемостью 2000 Гн/м;
  • 100 ВНП: железный сплав с магнитной проницаемостью 100 Гн/м, состоящий из никеля, цинка и меди;
  • 6000 HM1: материал из магния и цинка, магнитная проницаемость составляет 6000 Гн/м;
  • 300 П: железная модификация с магнитной проницаемостью 300 Гн/м, состоящий из магния, марганца и калия.

В соответствии с марками металлов была создана классификация ферритов, демонстрирующая виды применения данной модификации железа:

  1. Общепромышленные: отличаются высокой магнитной проницаемостью и применяются при частоте до 25 МГц. При его изготовлении применяют чистый феррит, представляющий собой частицы ферритовой пыли. Используются в большинстве отраслей радиоэлектроники.
  2. Термостойкие: металлы с устойчивой магнитной проницаемостью, не изменяющейся при резком перепаде температур. Они используются при производстве антенных и сердечников.
  3. Высокопроницаемые: благодаря повышенной магнитной проницаемости, они применяются при низких частотах. Используются при изготовлении комплектующих для статических преобразователей.

Отдельные марки ферритов могут применяться для производства определенной аппаратуры. В ионных аккумуляторах может использоваться только феррит цинка, являющийся магнитомягким металлом. Для магнитных головок изготавливают железные сплавы на основе никель-цинковых материалов. При сборке датчиков и специальных детекторов используют ферриты с высокой термочувствительностью. Ферриты, способные работать при импульсном намагничивании, используются во время производства трансформаторов. Модификации железа, имеющие низкие потери при частоте, могут применяться в телевизионных приборах.

Насыщение ферритовых сердечников, а также сердечников из
распылённого железа и трансформаторной стали.
Онлайн калькуляторы — как не загнать сердечник в насыщение.
Зависимость магнитной индукции от тока в обмотке и количества витков.
Влияние воздушного зазора на режим работы магнитопровода.

Итак, мы решили поразвлечься и всерьёз сваять что-нибудь стоящее своими руками, как то: индуктивный фильтр для блока питания, дроссель для усилительного каскада, выходной трансформатор для однотактного УНЧ, или фиг его знает — чего ещё похуже.
Что объединяет этих жертв нашего волеизъявления?
Каждое из перечисленных моточных изделий содержит магнитомягкий магнитопровод, и через каждое из них протекает постоянный ток. И если к переменному току, даже значительных величин, магнитопровод относится сдержанно-положительно, то к постоянке питает явную антипатию и может резко войти в насыщение от её переизбытка.
При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечёт за собой пропорциональное уменьшение индуктивности изделия.

Читайте также  Откуда берется слюна

На этой странице порассуждаем о тороидальных магнитопроводах из ферритов, распылённого железа, электротехнической стали и их способности противостоять постоянному току.

Для наглядности рассмотрим график зависимости B от H , называемый петлёй гистерезиса, для распространённого, где-то даже народного, феррита марки N87 фирмы EPCOS.

Здесь:
H — напряжённость магнитного поля, а
B — магнитная индукция в сердечнике.

Зависимость приведена при температуре изделия +25 гр.С.

Интересующие нас параметры из datasheet-а производителя:

Начальная магнитная проницаемость —
µ = 2200 ,
Магнитная индукция насыщения при H=1200 А/м — Bнас = 0,490 Т .

Если внимательно присмотреться к графику, то легко заметить, что в области малых и средних индукций зависимость практически линейна и её наклон примерно равен µ . Именно на этот участок в большинстве случаев и должен приходиться диапазон рабочих индукций.
При дальнейшем повышении напря- жённости магнитного поля магнитная проницаемость начинает быстро падать, пока не наступает момент, при котором дальнейший рост магнитной индукции в сердечнике стопорится на определённой величине. В спецификациях это величина приводится, как значение магнитной индукции насыщения — Bнас , или Bs , т.е. величина, при которой значение магнитной проницаемости падает до неприлично малых значений.

Так что давайте без лишних прелюдий и телодвижений сделаем фундаментальный вывод — для нормальной работы катушки, намотанной на магнитопроводе, рабочие значения магнитной индукция в сердечнике не должны превышать величину 0,75 — 0,8 от значения справочной характеристики Bнас (Bs) .

Переходим к незамысловатым формулам!

Магнитная индукция в сердечнике равна:
B = µ×µ×n×I/l , где:
µ — магнитная проницаемость сердечника,
µ = 4π×10 -7 (Гн/м) — физическая константа, называемая магнитной постоянной,
n — количество витков обмотки,
I — ток в обмотке,
l — средняя длина магнитного контура.

Поскольку рабочий режим магнитопровода мы выбираем в линейной области петли гестерезиса, то в качестве значения µ можно использовать паспортную характеристику начальной магнитной проницаемости сердечника.

Теперь можно рисовать калькулятор для расчёта магнитной индукции в катушке с учетом выбранного типа сердечника и конкретного количества витков обмотки.

Для удобства восприятия, помещу сюда и значение индуктивности полученного моточного изделия. Формулы для вычислений этого параметра выглядят следующим образом:
L=0,0002×µ×h×n 2 ×ln(Dвнешн/Dвнутр) при соблюдении условия Dвнешн/Dвнутр>1,75 ,
L=0,0004×µ×h×n 2 ×(Dвнешн-Dвнутр)/(Dвнешн+Dвнутр) при Dвнешн/Dвнутр

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В КАТУШКЕ С ТОРОИДАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ.

Увы, но значительных токов через катушки на ферритовых кольцах, или торах из трансформаторной стали нам пропустить не удастся — нужны танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров.
Другое дело — сердечники из распылённого железа, представляющие собой магнитопровод с немагнитными зазорами, технологически распределёнными по всему объёму магнитопровода. Их очевидный плюс — высокая индукция насыщения, минус — малые величины магнитной проницаемости.

В связи с этим, в некоторых случаях (в основном на низких частотах) предпочтительным является использование именно сердечников из ферритов (или железа) с пропилом для создания малого воздушного зазора. Данная мера позволяет в значительной мере увеличить величину допустимых токов через катушку без ввода магнитопровода в режим насыщения. Длина этого воздушного зазора позволяет регулировать как величину максимально-допустимой напряжённости магнитного поля в сердечнике, так и параметр изменившейся магнитной проницаемости, называемой эквивалентной магнитной проницаемостью сердечника с зазором — µэф . Значение этого параметра вычисляется по формуле:
µэф = µ/(1+lз×µ/l) , где:
µ — начальная магнитная проницаемость сердечника,
l — средняя длина магнитного контура,
lз — длина воздушного зазора (толщина пропила).

Давайте посчитаем этот параметр.

РАСЧЁТ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СЕРДЕЧНИКА С ЗАЗОРОМ.

Таблица даёт приблизительную, но, в большинстве своём, приемлемую точность расчёта при величинах длины воздушного зазора 0,2-2 мм.

Для Ш-образных сердечников в качестве внутреннего и внешнего диаметров следует вводить справочную характеристику длины магнитного контура le .

Определив ниже магнитную проницаемость сердечника с зазором, следует ввести это значение в предыдущий калькулятор и заново произвести вычисления магнитной индукции и индуктивности катушки.

Для наглядности приведу два графика петли гистерезиса Ш-образного ферритового сердечника марки N87 без немагнитного воздушного зазора и с зазором около 1 мм. Феррит ETD 59/31/22, достаточно крупный, с средней длиной магнитного контура le = 139 мм.
Механизмы влияния зазора у Ш-образных и тороидальных сердечников абсолютно идентичны.

Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника с зазором уменьшилась и составила величину 160 единиц. Соответственно, уменьшился и наклон петли, позволяя сердечнику работать при гораздо больших значениях напряжённости магнитного поля вдали от области магнитной индукции насыщения сердечника.
А учитывая то, что значение напряжённости H прямо пропорционально, протекающему через катушку току, можно с уверенностью сказать, что область безопасных индукций теперь соответствует более чем на порядок большим токам в обмотке.

Линейная область петли гистерезиса также заметно увеличилась, что позволяет увеличить максимальные рабочие значения магнитной индукция в сердечнике вплоть до 0,85-0,9 от значения справочной характеристики Bнас (Bs).

ПОДБОР ФЕРРИТОВОГО КОЛЬЦА

С ферритовыми кольцами дел раньше почти не имел, какие могут быть дела с безликими компонентами. Нет на них маркировки, не встречал. Основной источник их появления «разбор». Впрочем, один раз купил, когда собирал тестер транзисторов, был нужен по схеме. Покупал — в магазине подали такое же безликое изделие как и лежащие дома, покупка не впечатлила. Доверие конечно вещь необходимое и заверения продавца были приняты, но собранное на этом кольце устройство не заработало. Больше не покупаю. На сегодняшний день точно знаю, что колечко от лампочки «энергосберегайки» точно работоспособно в низковольтных преобразователях. А как быть с прочими — мотать на удачу? Пару раз пробовал, не выгорело, так что теперь по мне уж лучше выбросить. Однако необходимость заставила кое-чему научиться, пусть данный метод определения дает параметры магнитной проницаемости только для «прикидки» возможного применения интересующего ферритового кольца, тем не менее, это уже информация.

На предмет теста выбрано шесть ферритовых колец с намерением отобрать те из них, которые можно попробовать применить в низковольтных повышающих преобразователях напряжения. Необходимо следующее: каждое ферритовое колечко измерить штангенциркулем, наружный и внутренний диаметр, его высоту (толщину) в мм, затем равномерно намотать на него 10 — 20 витков провода диаметром 0,3 — 0,4 мм и измерить индуктивность в микрогенри (мкГн).

  1. №1 покрыто пластиковой оболочкой (и о чудо! имеет маркировку «G.N.T. 1203»), габариты (D x d x h ) 14,6 х 6,7 х 5,5мм
  2. №2 в зелёной оболочке, 13 х 7,5 х 6,7 мм
  3. №3 в жёлтой оболочке, 13 х 7,5 х 5,3 мм
  4. №4 маленькое в зелёной оболочке, 10 х 5,5 х 5,5 мм
  5. №5 от лампочки «энергосберегайки», 10 х 5 х 5 мм
  6. №6 феррит без оболочки, 9,2 х 5 х 5,2 мм

На каждое из колец было намотано по 10 витков медного провода в изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Мотать можно таким приспособлением. Индуктивность кольца №1 составила 2,81 мкГн, в №2 и №3 индуктивности обнаружено не было и они «сошли с дистанции».

Индуктивность кольца №4 оказалась 0,48 мкГн, №5 – 0,47 мкГн, №6 – 0,30 мкГн

Полученные данные, габаритные размеры и значение индуктивности, были вставлены в калькулятор расчёта магнитной проницаемости ферритовых материалов (дробные числа вводить через точку). Необходимо также указать тип магнитопровода (поставить точку в «окне»), в данном случае это «Тор» и количество фактически намотанных витков провода (W). Нажимаем рассчитать и получаем результат – эффективную магнитную проницаемость.

  • У №1 она равна 34.43792, у №4 – 7.515167

  • Магнитная проницаемость ферритового кольца под №5 – 7.050014, №6 – 4.876385

Итогом вышеуказанных действий ранее безликие ферритовые кольца, что делать с которыми было совершенно не ясно, получили личную информацию и стали практически годными для дальнейшего использования, ибо соотнося имеющиеся теперь данные с данными проверенных в работе ферритовых колец (то есть образцовыми, коим в данном конкретном случае выступило колечко от лампочки «энергосберегайки») можно подобрать необходимое. Например из подвергнутых испытанию кольцо №4 имеет данные подобные «образцовому» под №5, его смело можно пробовать в повышающем низковольтном преобразователе напряжения (уже начинаю сборку 2,4 — 9 В). Должно заработать и №6. Про №1 ничего пока сказать не могу – подобного «образца» нет.

Используя данную формулу можно обойтись и без специального программного калькулятора, вполне достаточно будет и обыкновенного. Пробовал.

Формула расчёта магнитной проницаемости

Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией B и напряжённостью магнитного поля H в веществе. Материал подготовил — Babay iz Barnaula.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: