Vergelijking van nanokristallijne en amorfe kernen op efficiëntie

Materiaalstructuur: glazig versus nanokristallijn

Amorfe legering wordt geproduceerd door het snel stollen van een gesmolten metaallint, zo snel dat de atomen geen tijd hebben om een ​​kristallijn rooster te vormen. Het resultaat is een glasachtige, ongeordende structuur zonder korrelgrenzen. Nanokristallijn materiaal begint met hetzelfde amorfe lint, maar wordt vervolgens onderworpen aan gecontroleerde kristallisatie, meestal door uitgloeien, waarbij een zeer groot aantal kleine korrels met een diameter van slechts enkele nanometers ontstaat. Het belangrijkste verschil is daarom structureel: volledig ongeordend in het amorfe materiaal en fijn geordend in het nanokristallijne materiaal. De gecontroleerde kristallisatie produceert ook porositeit-vrij, dicht materiaal, wat een voorwaarde is voor consistente magnetische prestaties.

Belangrijkste magnetische eigenschappen vergeleken

Eigendom	Amorfe kern	Nanokristallijne kern
Verzadigingsfluxdichtheid (Bs)	Ongeveer 1,5-1,6 T	Ongeveer 1,2-1,5 T
Initiële permeabiliteit	Hoog (duizenden tot tienduizenden)	Zeer hoog (tot ongeveer 100.000 en hoger)
Dwangkracht (Hc)	Laag, ongeveer 1-3 A/m	Zeer laag, minder dan 1 A/m
Kernverlies bij hoge frequentie	Zeer laag	Lager dan amorf bij 50 kHz en hoger
Curie-temperatuur	Rond 400 C	Rond 400-450 C
Lint dikte	Ongeveer 20-30 micrometer	Ongeveer 15-30 micrometer

Dit zijn typische materiaalsoorten voor commerciële ijzersoorten-. De exacte waarden zijn afhankelijk van de legeringssamenstelling en de warmtebehandeling, dus voor een ontwerpberekening moet het gegevensblad van de specifieke kwaliteit worden gebruikt.

Verliesprestaties en temperatuurgedrag

Beide materialen hebben een veel lager kernverlies dan siliciumstaal, en daarom worden ze gespecificeerd in hoog-efficiënte transformatoren en smoorspoelen. De amorfe kern heeft een hogere verzadigingsfluxdichtheid, waardoor een kleinere kerndoorsnede-bij hetzelfde vermogen en dezelfde frequentie mogelijk is. De nanokristallijne kern heeft een hogere permeabiliteit en een nog lagere coërcitiefkracht, wat zorgt voor een lager hysteresisverlies en een hogere inductie per winding. Bij schakelfrequenties van 50 kHz en hoger vertoont het nanokristallijne materiaal doorgaans het laagste verlies van de twee, terwijl het amorfe materiaal aantrekkelijk blijft bij lijnfrequentie en in het lage kilohertzbereik. Beide materialen werken over een breed temperatuurbereik en hun permeabiliteit en verlies blijven stabiel genoeg voor continu gebruik in vermogenselektronica.

Toepassingen: transformatoren, smoorspoelen en stroomtransformatoren

Common{0}}mode-smoorspoelen: beide materialen bieden de hoge permeabiliteit die nodig is om common-mode-ruis te onderdrukken, waarbij nanokristallijne materialen de hoogste inductie in de kleinste behuizing bieden.

Distributietransformatoren: amorfe kernen verminderen het nullastverlies van distributietransformatoren met ongeveer 60-80 procent vergeleken met conventioneel korrelgeoriënteerd staal, dat de basis vormt van amorfe distributietransformatorprogramma's.

Stroomtransformatoren en energiemeters: het extreem lage verlies, de nauwkeurige lineariteit en de lage fasefout van beide materialen maken ze ideaal voor meettoepassingen, ook onder DC-voorspanningsomstandigheden.

Aardlekschakelaars: hoge permeabiliteit en stabiele kenmerken bij temperatuur en frequentie komen overeen met de gevoeligheidsvereisten van deze veiligheids-kritische apparaten.

Hernieuwbare energie en opladen van elektrische voertuigen: compacte kernen met laag{0}}verlies ondersteunen hoog-stroomconversie in omvormers, opladers en DC/DC-converters.

Dimensionale specificaties

Zowel amorfe als nanokristallijne linten worden gewoonlijk geleverd als toroïdale kernen. Tabel 1 geeft representatieve afmetingen weer met het effectieve dwarsdoorsnedeoppervlak (Ae) en de effectieve magnetische padlengte (Ie).

binnendiameter (mm)	buitendiameter (mm)	hoogte (mm)	Ae (mm2)	Dat wil zeggen (mm)	Max. DC-overstroom (A)
14	19	6.5	11.86	51.81	20
14	20	10	29.68	52.29	40
16	21	10	24.85	57.41	60
16	23	8	20.44	61.23	60
17	22	10	24.86	60.59	60
18	24	9	34.78	60.89	70
19	25	10	39.42	62.31	80
20	28	10	45.76	73.88	90
21	28	10	50.39	77.45	100
23	32	10	44.56	74.56	120

Hoe u tussen de twee materialen kunt kiezen

Als het ontwerp wordt beperkt door verzadiging, bijvoorbeeld een transformator die een hoge piekflux moet transporteren, maakt de amorfe kern met zijn hogere Bs een kleinere dwarsdoorsnede mogelijk.

Als het ontwerp wordt beperkt door verlies bij hoge frequentie, bijvoorbeeld een PFC-smoorspoel van 100 kHz, wint de nanokristallijne kern meestal op verlies en permeabiliteit.

Als het ontwerp maximale inductie per winding nodig heeft, vermindert de hogere permeabiliteit van het nanokristallijne materiaal het aantal windingen en de wikkelweerstand.

Als de prioriteit ligt bij de laagste materiaalkosten bij lijnfrequentie, is amorf lint de gevestigde, economischere keuze voor distributietransformatoren.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen amorf en nanokristallijn materiaal?

Amorf materiaal heeft een ongeordende, glasachtige atomaire structuur die wordt geproduceerd door snelle stolling. Nanokristallijn materiaal begint als een amorf lint en wordt vervolgens gekristalliseerd door uitgloeien tot korrels van enkele nanometers, wat de permeabiliteit verbetert en het verlies bij hoge frequentie verlaagt.

Welke kern heeft een hogere verzadigingsfluxdichtheid?

De amorfe kern, met een typische Bs van ongeveer 1,5-1,6 T, vergeleken met ongeveer 1,2-1,5 T voor nanokristallijn materiaal. Dit is van belang wanneer de kern een hoge flux moet transporteren zonder verzadiging.

Waarom heeft de nanokristallijne kern de voorkeur voor hoogfrequente smoorspoelen?

De zeer hoge permeabiliteit en de zeer lage coërcitiefkracht zorgen voor het laagste kernverlies in het bereik van 50 kHz en hoger, waardoor een kleinere kern en een lagere temperatuurstijging mogelijk zijn.

Kunnen amorfe kernen worden gebruikt in stroomtransformatoren?

Ja. Het lage verlies, de hoge lineariteit en de kleine fasefout van amorfe kernen zijn zeer geschikt voor stroomtransformatoren en energiemeting, ook onder DC-voorspanning.

Hoeveel verlies kunnen amorfe kernen besparen in distributietransformatoren?

Amorfe distributietransformatoren verminderen het nullastverlies doorgaans met ongeveer 60-80 procent vergeleken met conventionele korrel-georiënteerde siliciumstalen kernen, wat de belangrijkste drijfveer is voor het gebruik ervan in energiebesparende netwerkprogramma's.

Zijn deze kernen geschikt voor gebruik buitenshuis en bij hoge- temperaturen?

Ja. De Curie-temperatuur ligt rond de 400-450 C en de kernen werken betrouwbaar over een breed omgevingsbereik; de beschermende coating beschermt het lint tegen vocht en corrosie.