Ringkern aus nanokristalliner Legierung 1K107 für effiziente Transformatoren

 

Der nanokristalline Kernverlust nimmt mit der Frequenz zu, hauptsächlich aufgrund von Wirbelströmen und Hysterese. Während nanokristalline Materialien bei niedrigeren Frequenzen sehr geringe Kernverluste aufweisen, nehmen die Verlustanteile mit steigender Frequenz zu, insbesondere über 100 kHz. Diese Beziehung ist ein entscheidender Designaspekt für Leistungselektronikanwendungen, und Hersteller haben spezielle Hochfrequenz-(HF)-Typen nanokristalliner Kerne entwickelt, um die Leistung zu verbessern.

 

 

 

 

Faktoren, die den Verlust nanokristalliner Kerne im Verhältnis zur Frequenz beeinflussen

 

Wirbelstromverluste:

Diese stellen bei hohen Frequenzen die bedeutendste Verlustkomponente dar und sind proportional zum Quadrat der Frequenz. Obwohl nanokristalline Materialien eine sehr feine Kornstruktur aufweisen, die Wirbelströme bei niedrigeren Frequenzen minimiert, werden sie mit zunehmender Frequenz dominant.

 

Hystereseverluste:

Diese Verluste hängen auch von der Frequenz und der Flussdichte ab und tragen zum gesamten Kernverlust bei.

 

Überschüssige Verluste:

Diese sind ein Bestandteil des Kernverlusts, der aus der einzigartigen Mikrostruktur des Materials resultiert und auch von der Frequenz beeinflusst wird.

 

Materialeigenschaften:

Die elektrische Leitfähigkeit des nanokristallinen Materials selbst spielt eine entscheidende Rolle, da eine höhere Leitfähigkeit bei hohen Frequenzen zu größeren Wirbelstromverlusten führt.

 

Kerndesign:

Die physikalische Struktur des Kerns, einschließlich seiner Dicke und Isolierung, beeinflusst, wie gut er Hochfrequenzverlusten standhalten kann.

 

 

Leistung des nanokristallinen Legierungskerns bei verschiedenen Frequenzen

 

Niedrige bis mittlere Frequenzen (10–100 kHz):

Nanokristalline Kerne weisen eine überlegene Leistung auf und weisen einige der niedrigsten Kernverluste aller magnetischen Materialien in diesem Bereich auf, was eine hervorragende Effizienz für Anwendungen wie Leistungswandler bietet.

 

Hohe Frequenzen (über 100 kHz):

Wirbelstromverluste nehmen exponentiell zu, was zu einem schnellen Anstieg des gesamten Kernverlusts führt. In einigen Fällen können nanokristalline Kerne in diesem sehr hohen Frequenzbereich höhere Verluste aufweisen als spezielle Ferritmaterialien.

 

 

Auswirkungen auf das Design des nanokristallinen Legierungsringkerns

 

Hoch-Häufigkeitsstufen:

Um die Auswirkungen hoher Frequenzen abzuschwächen, bieten Hersteller spezielle nanokristalline Hochfrequenzmaterialien (HF) mit geringeren Kernverlusten im angestrebten Betriebsbereich an.

 

Leistungsfaktoren:

Bei der Materialauswahl für Transformatoren wird häufig ein „Leistungsfaktor“ verwendet, der das Produkt aus Wechselstromflussdichte und Frequenz bei einem bestimmten Leistungsverlust ist.

 

Wärmemanagement:

Der Anstieg des Kernverlusts bei hohen Frequenzen erzeugt mehr Wärme, was zu einer verringerten Effizienz führen kann und ein sorgfältiges Wärmemanagement im Gesamtdesign erfordert.

 

Nanokristalliner RingkernSpezifikation

Magnetkerngröße (mm)			Größe der Schutzbox (mm)			Effektive Querschnittsfläche Ae(mm2)		Magnetische Pfadlänge Ie (mm)		Maximaler Gleichstrom Überstromklasse (A)
Ausweis	od	ht	AUSWEIS	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