자기 코어는 어떻게 작동합니까?

자기 코어는 전력 변압기 및 인덕터에서 모터 및 센서에 이르기까지 다양한 전기 및 전자 장치의 기본 구성 요소입니다. 그들의 간단한 구조는 자성 과학과 전자기의 복잡한 경이로움으로, 자기 플럭스를 효율적으로 집중시키고 안내하도록 설계되었습니다. 그들이 어떻게 작동하는지 이해하려면 자기의 원리와 사용 된 재료의 특정 특성을 탐구해야합니다.

자기 및 자기 투과성의 기초

개념에 대한 자기 코어 힌지의 작동 자기 투과성 ( $\mu$ ), 자체 내에서 자기장의 형성을지지하는 재료의 능력. 간단히 말해서, 그것은 자기 선이 얼마나 쉽게 재료를 통과 할 수 있는지를 측정합니다. 공기 또는 진공은 자기 투과성이 있습니다 ( ${\mu }_0$ ) 대략 $4\pi \times 10^{-\; -7}$ 참조 역할을하는 H/M (미터당 헨리).

철, 니켈, 코발트 및 합금과 같은 강자성 물질은 공기보다 수백 ~ 수천 배 더 큰 자기 투과성을 나타냅니다. 이 독특한 특성은 원자 구조, 특히 작은 자석으로 작용하는 짝을 이루지 않은 전자의 존재로부터 비롯됩니다. 이 물질에서, 외부 자기장의 영향 하에서,이 원자 자석 (또는 자기 영역 ) 전체 자기장을 현저하게 증폭시킨다.

전류를 운반하는 도체가 코어 재료 주위에 상처를 입으면 자기장이 생성됩니다. 이 핵심 재료가 높은 투과성을 갖는 경우, 효과적으로 "수집"하여 이러한 자기장 라인을 집중시켜 몸을 통해 전달됩니다. 이 플럭스 농도는 자기 코어의 주요 기능입니다.

주요 기능 및 응용 프로그램

자기 플럭스를 집중시키는 자기 코어의 능력은 몇 가지 중요한 기능을 가능하게합니다.

• 인덕턴스 증가 : 인덕터에서 와이어 코일은 자기장을 생성합니다. 코어가 없으면 인덕턴스 (자기장에 에너지를 저장하는 능력)는 비교적 낮습니다. 높은 투과성 자기 코어를 도입하면 코일의 인덕턴스가 크게 증가하여 더 많은 에너지를 저장하고 필터링, 튜닝 및 에너지 저장에 더 효과적입니다. 인덕턴스 ( $엘$ 코어를 갖는 코일의 코일은 코어의 투과성과 회전 수의 제곱에 직접 비례하며 자기 경로 길이에 반비례합니다.

• 효율적인 에너지 전달 (변압기) : 변압기에서, 두 개 이상의 코일이 공통 자기 코어 주위에 감겨있다. 번갈아 가며 1 차 코일을 통해 흐르는 경우, 고중도의 높은 코어를 통해 효율적으로 안내되는 변화하는 자기장을 생성합니다. 이 변화하는 자기 플럭스는 2 차 코일에서 전압을 유도하여 회로 사이의 전기 에너지를 효율적으로 전달할 수 있으며 전압 레벨이 상승 또는 아래로 쌓입니다. 핵심이 최소화됩니다 누설 플럭스 (두 코일을 연결하지 않는 자기장 라인), 결합 효율을 최대화합니다.

• 개선 된 자기 커플 링 (모터 및 발전기) : 모터 및 발전기에서, 자기 코어는 고정자와 로터의 일부를 형성하여 토크를 생성하거나 전기를 생성하는 자기장을 안내합니다. 코어는 자기장 라인이 고정 부품과 회전 부품 사이를 효과적으로 상호 작용하여 효율적인 에너지 변환을 초래하도록합니다.

자기 코어의 유형과 그 특성

자기 코어 재료의 선택은 중요하며 의도 된 응용 프로그램, 특히 작동 주파수 및 전력 수준에 크게 의존합니다.

1. 소프트 아이언 코어 : 이것들은 가장 단순하고 오래된 유형의 자기 코어 중 하나입니다. 부드러운 철은 상대적으로 높은 투과성과 낮기 때문에 사용됩니다. 보존성 (외부 필드 후 자성을 유지하는 능력이 제거됩니다). 그것들은 일반적으로 강력하고 일시적인 자기장이 필요한 전자기에서 발견됩니다.

2. 실리콘 스틸 코어 (라미네이션) : 전력 변압기와 같은 AC 응용 프로그램의 경우 실리콘 스틸 선택의 자료입니다. 실리콘 (일반적으로 0.5% ~ 4.5%)의 첨가는 저항력을 증가시키고 감소합니다. 핵심 손실 , 구체적으로 와상 전류 손실 . 변화하는 자기장에 의해 코어 내에서 유도 된 순환 전류 인 와류 전류를 추가로 완화하기 위해, 이들 코어는 얇은 시트 또는 라미네이션 그것은 서로 전기적으로 절연됩니다. 이것은 와상 전류 경로를 분해하여 더 작은 루프로 강화하고 크기를 크게 줄입니다. 히스테리시스 손실 , 코어를 반복적으로 자화하고 구분하는 데 필요한 에너지로 인한 또 다른 유형의 코어 손실도 재료 선택에서도 고려됩니다. 실리콘 스틸은 비교적 좁은 히스테리시스 루프를 가지므로 사이클 당 에너지 손실이 낮습니다.

3. 페라이트 코어 : 페라이트는 주로 다른 금속 요소 (예를 들어, 니켈, 아연, 망간)와 혼합 된 산화철로 구성된 세라믹 화합물입니다. 금속 코어와 달리 페라이트는 있습니다 절연체 , 이것은 그들이 매우 높은 저항력을 가지고 있음을 의미합니다. 이 속성은 그들에게 이상적입니다 고주파 응용 프로그램 (Kilohertz에서 Gigahertz 범위) 에디 전류 손실이 금속 코어에서 엄청나게 적용됩니다. 페라이트는 다음으로 분류됩니다.

   • 부드러운 페라이트 : RF 변압기, 인덕터 및 EMI 억제와 같은 응용 분야에서 사용됩니다. 그들은 강압이 낮고 (쉽게 자화되고 탈취되고) 고주파에서 상대적으로 낮은 손실을 가지고 있습니다.

   • 단단한 페라이트 : 높은 강압과 보존성으로 인해 영구 자석에 사용됩니다.

4. Permalloy Cores : 이들은 특히 낮은 자기장 강도에서 매우 높은 자기 투과성과 낮은 강압으로 알려진 니켈-아이언 합금이다. 그들은 종종 정확한 자기 성능이 필요한 민감한 자기 센서, 자기 차폐 및 고품질 오디오 변압기에 사용됩니다.

5. 비정질 및 나노 결정질 코어 : 이들은 빠르게 냉각 된 용융 금속에 의해 형성된 새로운 종류의 물질이며 결정 구조의 형성을 방지합니다. 그들은 매우 높은 투과성, 코어 손실 및 높은 포화 플럭스 밀도를 포함하여 우수한 자기 특성을 제공하여 고주파 전력 전자 제품 및 고급 유도 부품에 적합합니다.

핵심 손실 : 실질적인 고려

자기 코어는 성능을 향상 시키지만 무손실은 아닙니다. 교대하는 현재 조건에서 자기 코어의 주요 유형의 손실은 다음과 같습니다.

• 히스테리시스 손실 : 언급 한 바와 같이, 이것은 핵심 재료의 자기 도메인이 각 자화 사이클과 탈취 사이클 동안 반복적으로 스스로를 재배치 할 때 열로 소산 된 에너지이다. 재료의 히스테리시스 루프의 면적에 비례합니다.

• 와상 전류 손실 : 이들은 변화하는 자기장에 의해 코어 재료 자체 내에서 유도 된 원치 않는 순환 전류에 의해 야기 된 저항 손실이다. 이들은 층화 된 코어 또는 페라이트와 같은 고해상도 재료를 사용하여 최소화됩니다.

엔지니어들은 이러한 손실을 최소화하기 위해 핵심 재료 및 설계를 세 심하게 선택하여 특정 응용 프로그램의 가능한 효율성을 높입니다.

자기 코어 전자기 및 물질 과학의 원리를 활용하여 자기장을 제어하고 최적화하는 필수 구성 요소입니다. 플럭스에 집중하고 손실을 줄이며 효율적인 에너지 전달을 가능하게하는 능력은 현대 세계에 힘을주는 수많은 전자 및 전기 시스템의 기능에 중요합니다. 그들의 기본 작동과 다른 핵심 재료의 특성 이해를 이해하는 것은 전기 회로와 함께 일하거나 설계하는 사람에게 필수적입니다.