Czym jest nasycenie w cewce indukcyjnej

Wiele razy słyszałem, że „rdzeń nie jest wystarczająco duży, aby poradzić sobie z prądem i osiągnie nasycenie”. Co to jest nasycenie i dlaczego osiągnięcie nasycenia jest czymś złym?

Odpowiedź Rawbrawba nie wyjaśnia faktycznego mechanizmu nasycenia, który jest dość łatwy do zrozumienia:

Pomaga najpierw zrozumieć, w jaki sposób materiały wytwarzają pola magnetyczne. Prostym sposobem myślenia o tym jest to, że każdy atom jest małą pętlą prądu, która generuje pole magnetyczne.

Materiał magnetyczny ma ogromną liczbę tych pętli. Pętle te zwykle dopasowują się do „domen magnetycznych”, które są mikroskopijnymi obszarami, w których wszystkie pętle są w jednej linii. W niemagnetycznym materiale kierunki domen są losowo rozmieszczone, a zatem nie ma pola magnetycznego netto.

Przyłożenie pola magnetycznego do materiału ferromagnetycznego zacznie wyrównywać domeny magnetyczne, powodując „indukowane” pole magnetyczne z materiału. Zwiększenie przyłożonego pola magnetycznego zwiększy wielkość wyrównania domen magnetycznych, a tym samym zwiększy indukowane pole magnetyczne. Jest to zazwyczaj bardzo nieliniowe. W pewnym momencie przyłożone pole magnetyczne wyrównuje WSZYSTKIE domeny i nie jest już możliwe zwiększenie pola magnetycznego z materiału. Ten stan jest znany jako „nasycenie”.

Aby to zrozumieć, musisz najpierw zrozumieć rolę przepuszczalności w polach magnetycznych. Kiedy masz materiał w polu magnetycznym o większej przepuszczalności, intensyfikuje to pole. Tak więc urządzenie, które ma materiał o wysokiej przepuszczalności, będzie miało wyższą indukcyjność niż to samo urządzenie, ale bez tego materiału. Jest to dobra właściwość, ponieważ pozwala mieć komponenty o wyższej wartości przy mniejszej objętości.

_{(źródło: material-sys.com )}

Często istnieje ograniczenie intensywności pola magnetycznego, którą takie materiały mogą obsługiwać. Mechanizmy utraty (lub zmniejszenia) przepuszczalności różnią się w zależności od materiału. Ale istnieje pewien limit, powyżej którego spada przepuszczalność. W tym momencie (Hm, Bm) mówi się, że materiał jest nasycony, co jest dobrą analogią do tego, jak woda nasyca szmatę. Z wyjątkiem tego przypadku szmata często traci wtedy zdolność do zatrzymywania części wody, którą już zaabsorbowała, więc nie jest to dokładna analogia.

Istnieją dwa podstawowe niebezpieczeństwa:

1. Wartość indukcyjności lub indukcyjności łączącej nie jest zgodna z ładną zależnością, więc parametry, pod którymi projektowany jest obwód, mogą się zmieniać (jeśli to nasycenie jest niezamierzone). Ale niektóre projekty obwodów polegają na jego działaniu, aby osiągnąć swoje role.
2. W niektórych materiałach przepuszczalność znacznie spada. Oznacza to, że istniejące linie pola magnetycznego muszą teraz znaleźć pewne miejsce, w wyniku czego „wyskakują” z materiału rdzenia szybko podtrzymując objętość wokół urządzenia. Te szybko rozszerzające się linie pola mogą zakłócać działanie innych urządzeń magnetycznych, a także są źródłem zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).

Cewki powietrzne mają znacznie niższe wartości indukcyjności, ale również nie wykazują tego efektu nasycenia.