KARAKTERIZACIJA RAZLINIH FERITNIH JEDER · televizijski industriji za katodne cevi in ''flyback''...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Timotej Operčkal

KARAKTERIZACIJA RAZLIČNIH FERITNIH

JEDER

Diplomsko delo

Maribor, Junij 2017

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

Koroška cesta 46 2000 Maribor, Slovenija

Timotej Operčkal

KARAKTERIZACIJA RAZLIČNIH FERITNIH

JEDER

Diplomsko delo

Maribor, Junij 2017

KARAKTERIZACIJA RAZLIČNIH FERITNIH JEDER

Diplomsko delo

Študent: Timotej Operčkal

Študijski program: visokošolski studijski program

Elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: doc. dr. Miloš Beković

Timotej Operčkal Diplomsko delo

i

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Milošu

Bekoviću ter Viktorju Goričanu

univ.dipl.inž.el za pomoč pri pridobitvi

ustrezne literature, ki sem jo lahko prosto

uporabljal pri izdelavi diplomskega dela in

za pomoč pri izvajanju meritev.

Zahvaljujem se tudi kolegu Gašperju

Habjanu za možnost uporabljanja toplotne

komore.

Še posebno bi se rad zahvalil mentorju , ki

mi je potrpežljivo svetoval in pomagal pri

strukturi oz. obliki diplomskega dela.


ii

Karakterizacija različnih feritnih jeder

Ključne besede: feritna jedra, začetna permeabilnost, relativni faktor izgube

UDK: 621.318.3(043.2)

Povzetek

Diplomska naloga obravnava eksperimentalno testiranje različnih feritnih jeder. Le ta so v

kombinaciji z ustrezno tuljavo uporabljena v številnih aplikacijah nizkih kakor tudi visokih

frekvenc. Preizkuse smo izvedli v Laboratoriju za aplikativno elektromagnetiko, kjer smo

merili frekvenčno odvisnost začetne permeabilnosti in frekvenčno odvisnost relativnega

izgubnega faktorja jeder. Drugi vidik raziskave pa je zajemal vpliv obnašanja jeder na

povišano temperaturo, saj se magneta jedra obnašajo drugače v primeru znatno povišanih

temperatur. Zato smo izvedli vse teste pri treh različnih temperaturah z namenom

ugotavljanja temperaturne odvisnosti sistema. Za ta namen smo uporabili toplotno

komoro, rezultati testiranj pa so potrdili našo začetno tezo.


iii

Characterization of various ferrite cores

Key words: ferrite cores, initial permeability, relative loss factor

UDK: 621.318.3(043.2)

Abstract

This thesis deals with various experimental testing of different ferrite cores. They are

widely used in numerous applications for low and high frequencies using a selected coil.

The testing has been carried out in the Laboratory of applied electromagnetics, where a

frequency dependent initial permeability and a frequency dependent relative loss factor

had been explored. Second aspect that was under an investigation was increased

temperature, since magnetic coils behave differently exposed to higher temperatures.

Hence we performed all test exposed to three different temperatures in order to investigate

systems temperature stability. For this purpose, a heat chamber had been used and the

results confirmed our start thesis.


iv

KAZALO

1 UVOD .................................................................................................................................................... 1

2 FERITNA JEDRA .............................................................................................................................. 4

3 MAGNETNI MATERIALI .......................................................................................................... 11

3.1 Fizikalne osnove in tipi magnetizma ...................................................................................... 11

3.2 Efektivna in začetna permeabilnost ........................................................................................ 13

3.3 Izgubni faktor in faktor kvalitete ............................................................................................ 13

4 POSTOPEK IZDELAVE FERITOV ......................................................................................... 15

5 MERILNA METODA .................................................................................................................... 18

5.1 Merilna shema ........................................................................................................................ 18

5.2 Seznam uporabljenih instrumentov in naprav ........................................................................ 19

5.3 HAMEG HM8118 200 kHz programirljivi LCR most .......................................................... 19

5.3.1 Kalibracija instrumenta ............................................................................................... 22

5.3.1.1 Postopek kalibracije odprtih sponk ........................................................................................ 23

5.3.1.2 Postopek kalibracije kratkega stika ........................................................................................ 23

5.4 Zračna tuljava ......................................................................................................................... 24

5.5 Toplotna komora .................................................................................................................... 24

5.6 Opis merilne metode .............................................................................................................. 26

5.7 Izvedba preizkusa ................................................................................................................... 27

6 EKSPERIMENTALNI DEL ........................................................................................................ 28

6.1 Potek izračuna relativne začetne permeabilnosti ter relativnega izgubnega faktorja ............. 28

6.2 Prikaz merilnih rezultatov za jedro L26G22 160-41 .............................................................. 30

6.3 Prikaz merilnih rezultatov za jedro L26G22 400-41 .............................................................. 35

6.4 Prikaz merilnih rezultatov za jedro L26G22 4000-00 ............................................................ 39

7 SKLEP ................................................................................................................................................ 44

LITERATURA .......................................................................................................................................... 45

ŽIVLJENJEPIS ......................................................................................................................................... 46


v

KAZALO SLIK

Slika 2.1 Prikaz prečnega in vzdolžnega preseka feritnega jedra......................................... 4

Slika 2.2 Prikaz pomena posamezne oznake feritnega jedra [3]. ......................................... 5

Slika 2.3 Temperaturna karakteristika začetne permeabilnosti materiala 26G [3]................ 6

Slika 2.4 Frekvenčna odvisnost relativnega izgubnega faktorja materiala 26G [3]. ............. 6

Slika 2.5 X feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3]. ...................................................... 7

Slika 2.6 EP feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3]. ..................................................... 7

Slika 2.7 ER feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3]. .................................................... 8

Slika 2.8 Feritni lonček proizvajalca KOLEKTOR [3]. ........................................................ 8

Slika 2.9 Slika prikazuje primer uporabe feritnega lončka proizvajalca KOLEKTOR v

kombinaciji z navitjem (senzor bližine) [3]. .................................................................. 8

Slika 2.10 Planarna E&I jedra proizvajalca KOLEKTOR [3]. ............................................. 9

Slika 2.11 Slika prikazuje planarno E&I jedro proizvajalca KOLEKTOR v kombinaciji z

tiskanim vezjem (močnostni transformator) [3]. ............................................................ 9

Slika 2.12 U feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3]. .................................................... 9

Slika 2.13 RM feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR (za širokopasovni prenos z malim

popačenjem, filtre) [3]. ................................................................................................. 10

Slika 2.14 Slika prikazuje RM feritno jedro v kombinaciji z tiskanim vezjem (za topologije

SMPS) [3]. .................................................................................................................... 10

Slika 3.1 Orbitalno in spinsko gibanje elektrona v atomu [1]. ............................................ 11

Slika 4.1 Potek izdelave feritov povzeto po [1]. ................................................................. 17

Slika 5.1 Merilna shema. ..................................................................................................... 18

Slika 5.2 Prikaz realizacije merilne sheme. (avto transformator, toplotna komora, HAMEG

8118)............................................................................................................................. 18

Slika 5.3 Prednji panel merilnega instrumenta HAMEG HM8118 [6] ............................... 19

Slika 5.4 Zadnji panel merilnega instrumenta HAMEG HM8118 [6] ................................ 22

Slika 5.5 Tipke za kalibracijo [6] ........................................................................................ 23

Slika 5.6 Zračna tuljava ....................................................................................................... 24

Slika 5.7 Spodnji in srednji del toplotne komore, med katera je vstavljena halogenska

žarnica. Ob strani toplotne komore vidimo priključka za merjenec. ........................... 25


vi

Slika 5.8 Toplotno izolirani pokrov za merjenec, ki ga vstavimo v toplotno komoro, za

boljšo izolacijo. V primeru uporabe toplotne kopeli, se po bakrenih ceveh pretaka

vroča voda. ................................................................................................................... 25

Slika 5.9 Prikaz vstavitve toplotno izoliranega pokrova v toplotno komoro. Na vrvici, ki jo

vidimo na vrhu komore je obešen merjenec................................................................. 26

Slika 5.10 Sestavljena toplotna komora. ............................................................................. 26

Slika 6.1 Frekvenčna odvisnost efektivne začetne relativne permeabilnosti pri različnih

temperaturah (U = 0,5 V). ............................................................................................ 30

Slika 6.2 Frekvenčna odvisnost relativnega izgubnega faktorja tuljave pri različnih

temperaturah (U = 0,5 V). ............................................................................................ 31


temperaturah (U = 1 V). ............................................................................................... 31


temperaturah (U = 1,0 V). ............................................................................................ 32


temperaturah (U=1,5 V). .............................................................................................. 32


temperaturah (U = 1,5 V). ............................................................................................ 33

Slika 6.7 Napetostna odvisnost efektivne začetne relativne permeabilnosti pri različnih

temperaturah (f = 10 kHz). ........................................................................................... 33

Slika 6.8 Napetostna odvisnost relativnega izgubnega faktorja tuljave pri različnih



temperaturah (U=0,5 V). .............................................................................................. 35


temperaturah (U=0,5 V). .............................................................................................. 35


temperaturah (U=1 V). ................................................................................................. 36


temperaturah (U=1 V). ................................................................................................. 36


temperaturah (U=1,5 V). .............................................................................................. 37


vii


temperaturah (U = 1,5 V). ............................................................................................ 37





Slika 6.17 Frekvenčna odvisnost začetne relativne permeabilnosti pri različnih

temperaturah (U = 0,5 V). ............................................................................................ 39


temperaturah (U = 0,5 V). ............................................................................................ 40


temperaturah (U = 1 V). ............................................................................................... 40


temperaturah (U = 1 V). ............................................................................................... 41


temperaturah (U=1,5 V). .............................................................................................. 41


temperaturah (U=1,5 V). .............................................................................................. 42


temperaturah (f=10 kHz). ............................................................................................. 42


temperaturah (f=10 kHz). ............................................................................................. 43


viii

KAZALO TABEL

Tabela 2.1: Dimenzije feritnega jedra ................................................................................... 4

Tabela 2.2: Tehnični podatki feritnih jeder (za komplet) ...................................................... 5


ix

SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC

TV televizija

IC integrated circut (integrirano vezje)

MS Microsoft

SMPS switching mode power supply (stikalni napajalni vir)


x

SEZNAM UPORABLJENIH SIMBOLOV

A presek tuljavice (m2)

Ae efektivni presek magnetne poti (m2)

B vektor gostote magnetnega polja (T)

B gostota magnetnega pretoka (T)

e0 osnovni naboj (naboj elektrona e0 = 1.6 10-19

As)

f frekvenca (Hz)

H vektor magnetne poljske jakosti (A/m)

H magnetna poljska jakost (A/m)

I električni tok (A)

l dolžina (m)

le efektivna dolžina magnetne poti (m)

L induktivnost, lastna induktivnost (H)

M vektor magnetizacije (A/m)

N število ovojev

Q faktor kvalitete

R ohmska električna upornost (Ω)

S površina (m2)

U električna napetost (V)

Z impedanca, navidezna upornost (Ω)

Φ magnetni pretok (fluks) (Wb)

µ permeabilnost (absolutna) (Vs/Am)

µ0 permeabilnost praznega prostora (µ0 = 4π 10-7

Vs/Am)

µe efektivna permeabilnost

µi začetna permeabilnost

µezr efektivna začetna relativna permeabilnost

ω krožna frekvenca (1/s)


Uvod 1

1 UVOD

Magnetizem je bil ena od prvih naravnih sil, ki jih je odkril človek vendar pa se je velika

uporaba magnetnih materialov pojavila šele v preteklem stoletju. Veliko blišča sodobne

elektronike je bilo osredotočenega na polprevodniško industrijo (tranzistor in IC) vendar

pa veliko naprav, ki uporabljajo te nove koncepte ne bi delovale brez uporabe magnetnih

komponent.

Dandanes najdemo magnetne material skoraj v vsaki napravi kot npr. mikrovalovna pečica,

kuhinjski mešalnik, računalnik (trdi disk za shranjevanje podatkov, napajalnik

računalnika), mobilnik…Predstavnik magnetnih materialov so tudi feriti, ki jih lahko glede

področja uporabe razdelimo v naslednje skupine:

potrošniški (zabava),

električni aparati (gospodinjski aparati, električno orodje,…),

avtomobilska industrija (releji, elektromotorji – hibridni in električni avtomobili)

telekomunikacije – komponente vezij, napajalne enote

za posebne namene– letalstvo, mikrovalovne naprave, snemalne glave.

Prvi feritni material, ki je bil odkrit je bil magnetit in je naravno pojavljajoči feritni

material. Prva uporaba magnetita je bila magnetizacija igel kompasov, katere so uporabljali

mornarji za določitev severa. Prva komercialno obsežna aplikacija za ferite je bila v

televizijski industriji za katodne cevi in ''flyback'' transformatorje. V zadnjih desetletjih je

tehnologija feritov dobila nov pomen. Poleg prihodov novih tehnologij, kot so radar,

satelitne komunikacije, spomini in računalniške aplikacije se je pojavila tudi rast v

potrošniških trgih radija, televizije ter interneta. Z razvojem trgov so se spremenile tudi

zahteve feritnih materialov. Od starih analognih do novejših digitalnih vezij, se je pojavila

potreba po stikalnih napajalnih virih za napajanje računalnikov in drugih digitalnih naprav.

Drug močan trg za feritne materiale pa predstavlja avtomobilska industrija in nazadnje

hibridni avtomobili.

Tuljava je električni element navite žice z dvema priključkoma, katere glavna lastnost je

induktivnost L. Induktivnost je snovno geometrijska lastnost tuljave, da s pomočjo

električnega toka I ustvari magnetni sklep Φ. Enosmerni električni tok I ustvari v navitju

magnetno polje. Spremembe toka (npr. izmenični tok i) pa povzročijo samoindukcijo.


Uvod 2

Generira se električna napetost, ki ima tako smer, da nasprotuje svojemu vzroku. Tuljava

torej nasprotuje hitrim spremembam toka. Induktivnost tuljave določa število ovojev,

presek ter njena dolžina in permeabilnosti (vrsta) snovi, ki jo vstavimo v tuljavo (jedro

tuljave). Tuljava je torej sestavljena iz jedra in žice, ki je ovita okoli jedra. Ločimo zračne

tuljave in tuljave s feromagnetnim jedrom pri čemer velja, da ima zračna tuljava ima

linearno in simetrično UI karakteristiko. Tuljave v elektrotehniki uporabljamo v;

transformatorjih (povišanje ali znižanje električne napetosti), elektromagnetih

(elektromotorji), relejih / kontaktorjih (elektromehanska stikala)…

Pri tuljavi z jedrom vstavimo v navitje in okrog njega magnetno aktivni material tako, da

se magnetni fluks v celoti zaključuje po tem materialu. Takšna tuljava ima višjo

induktivnost, višjo kvaliteto, višjo temperaturno stabilnost in nižje parazitne komponente

RL in CL. Ustrezni magnetni materiali so največkrat razne keramike na osnovi železovih

oksidov, ki jim pravimo feriti. V kristalni zgradbi so feriti polikristaličen material, torej

sestavljeni iz drobnih kristalnih zrn, ki so znotraj posameznega zrna dobro prevodna, meje

med posameznimi zrni pa predstavljajo visoke upornosti oz. izolatorske meje. V tej

strukturi se skriva eden od razlogov za dobre visokofrekvenčne lastnosti teh materialov –

vrtinčnih tokov v takem materialu praktično ni do zelo visokih frekvenc (ranga MHz). Kot

primer uporabe tuljave s feritnim jedrom lahko omenimo induktivne komponente kot so;

pretvorniki napetosti (stikalni napajalni viri), razni filtri (eno ali več fazni dušilni elementi,

širokopasovni dušilni elementi), razni senzorji (senzorji bližine, detektorji kovancev,

enosmerni tokovni transformatorji), antene.

Pri tuljavah s feritnimi jedri so običajno prisotna relativno šibka polja, zato se magnetni

material nahaja v področju pod nasičenjem. Za karakterizacijo magnetnih lastnosti je v tem

primeru najprimernejša ti. začetna permeabilnost feritnega materiala µi, ki je definirana kot

permeabilnost za majhne vrednosti magnetne poljske jakosti H. Začetno permeabilnost, ki

je lastnost magnetnega materiala lahko določimo le za jedra brez zračne reže, v kolikor je v

jedru prisotna zračna lahko določimo le efektivno začetno relativno permeabilnost µezr, ki

pa je lastnost magnetnega kroga. Začetna permeabilnost µi je eden od osnovnih podatkov

za dani feritni material. Proizvajalci feritnih materialov merijo in podajajo µi za feritne

materiale, običajno v odvisnosti od temperature in frekvence.


Uvod 3

Namen diplomske naloge je preveriti ustreznost podatkov proizvajalca feritnih jeder,

preveriti vpliv povišanih temperatur na frekvenčne karakteristike efektivne začetne

relativne permeabilnosti in relativnega izgubnega faktorja magnetnih jeder.


Feritna jedra 4

2 FERITNA JEDRA

V diplomski nalogi smo obravnavali tri različne vzorce (feritna jedra), proizvajalca

KOLEKTOR. Uporabljena feritna jedra oz. feritni lončki so bili izdelani iz istega tako

imenovanega nizko izgubnega materiala. Jedra se med seboj razlikujejo po velikosti zračne

reže, vrednosti LA ter odstotkih odstopanja od vrednosti LA , kot je predstavljeno v

nadaljevanju.

Pri meritvah smo uporabili naslednja feritna jedra z naslednjimi oznakami:

L 26G 22 / 4000 - 00

L 26G 22 / 400 - 41

L 26 G 22 / 160 - 41

d4

sg

h2

h1

c

d2

d1

d3

e

Slika 2.1 Prikaz prečnega in vzdolžnega preseka feritnega jedra.

Iz gornje slike vidimo tloris in stranski ris feritnega lončka, kjer so kotirane pomembnejše

dimenzije jedra, njihove vrednosti za konkretne vzorce pa so zbrane v spodnji tabeli.

Tabela 2.1: Dimenzije feritnega jedra [3].

d1 [mm] d2 [mm] d3 [mm] d4 [mm] 2h1 [mm] 2h2 [mm] e [mm] c [mm] g [mm]

21,2 - 22,0 17,9 - 18,5 9,1 - 9,4 4,4 - 4,6 16,2 - 13,6 9,2 - 9,6 13,3 - 13,9 3,9 - 4,5 2,75 - 3,05


Feritna jedra 5

V spodnji tabeli pa so zbrani še preostali geometrijski podatki za dva tipa jeder; z in brez

zračne reže, ki je na sliki 2.1 označena s črko s. Pomen teh podatkov je predstavljen v

nadaljevanju.

Tabela 2.2: Tehnični podatki feritnih jeder (za komplet) [3].

Z zračno režo Brez zračne reže

Σ l/A 0.5 0.46 mm-1

le 31.6 33.2 mm

Ae 63.0 72.6 mm2

Amin 51.3 58.1 mm2

Ve 2000 2410 mm3

Slika 2.2 prikazuje natančen pomen oznak tipa feritnega lončka, kjer prva črka v oznaki

označuje tip feritnega jedra (L – feritni lonček). Nekateri drugi tipi feritnih jeder so npr.

RM, E, ETD, EFD…, kateri se uporabljajo za različne aplikacije. Druga oznaka nam

opisuje vrsto materiala s katerega je jedro izdelano. Tretja oznaka opisuje velikost jedra.

Četrta oznaka predstavlja vrednost LA feritnega jedra. Zadnja oznaka pa predstavlja

odstotek odstopanja vrednosti LA .

L 26G 22 / 400 - 41

Feritni lonček

Vrsta materiala

Velikost jedraAL

Odstopanje od vrednosti AL

Slika 2.2 Prikaz pomena posamezne oznake feritnega jedra [3].

Kot je razvidno iz uporabljenih oznak, so bila vsa merjena jedra enake velikosti, bistvena

razlika med njimi pa je njihova AL vrednost.

L 26G 22 / 4000 - 00

L 26G 22 / 400 - 41

L 26 G 22 / 160 - 41

V osnovi ta vrednot pomeni induktivnost jedra feritnega lončka z enim ovojem; torej za

primer AL 4000 je izmerjena induktivnost 4000 µH, za dva ovoja pa se induktivnost poveča

s kvadratom števila ovojev, torej 22 · 4000 = 16 000 µH oziroma 16 mH.


Feritna jedra 6

Vsa tri feritna jedra so izdelana iz enakega materiala 26G, ki je oznaka proizvajalca

kolektor. Temperaturno karakteristiko začetne permeabilnosti materiala, ki jo podaja

proizvajalec feritnih jeder KOLEKTOR lahko vidimo na sliki 2.3.

Slika 2.3 Temperaturna karakteristika začetne permeabilnosti materiala 26G [3].

Slika 2.4 Frekvenčna odvisnost relativnega izgubnega faktorja materiala 26G [3].


Feritna jedra 7

Pomen te oznake služi razvijalcem aplikacij, kjer na osnovi podatka AL izračunajo

potrebno število ovojev za doseganje želene induktivnosti.

V prodajnem katalogu proizvajalca KOLEKTOR najdemo celo paleto različnih feritnih

lončkov, ki so razdeljeni glede na področja uporabe.

Podjetje KOLEKTOR proizvaja feritna jedra raznih oblik, materialov in za vrsto aplikacij.

Nekatere aplikacije za katere podjetje izdeluje feritna jedra so; rotorji (trajni magneti za

brez-krtačne motorje), statorji, senzorji (senzorji bližine, pozicije, nivoja, linearnega ali

rotacijskega gibanja, frekvence…), induktivne komponente (zunanja / notranja osvetlitev

vozil, zmanjšanje oz. izničenje visokofrekvenčnih motenj, krmiljenje motorjev, detekcija

kovin / kovancev…), enosmernih tokovnih transformatorjev…

Uporaba feritnih jeder je zelo razširjena, saj omogočajo možnost izdelave jeder zelo

kompleksnih oblik.

V nadaljevanju je predstavljenih nekaj oblik feritnih jeder.

Slika 2.5 X feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3].

Feritno jedro, ki ga prikazuje zgornja slika je bilo posebno razvito za transformatorje, ki se

uporabljajo na tiskanih vezjih, za prihranitev čim več prostora na ploščici tiskanega vezja.

Jedro je dobavljivo v treh različnih dimenzijah.

Slika 2.6 EP feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3].

Feritno jedro, ki ga prikazuje zgornja slika je namenjeno za uporabo na tiskanih vezjih.

Uporabljajo se za širokopasovne transformatorje malih moči in v aplikacijah prenosa

signalov. Jedro je dobavljivo v osmih različnih dimenzijah.


Feritna jedra 8

Slika 2.7 ER feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3].

Feritno jedro, ki ga prikazuje zgornja spada v veliko družino jeder različnih velikosti, ki se

uporabljajo za različne močnostne in širokopasovne transformatorje. Jedra so dobavljiva z

močnostnimi in visokopermeabilnimi materiali.

Slika 2.8 Feritni lonček proizvajalca KOLEKTOR [3].

Feritno jedro, ki ga predstavlja zgornja slika je dobavljivo v dveh različnih izvedbah in

sicer kot polovičke jedra in v paru. Polovičke se uporabljajo za senzorje bližine in izhodne

indikatorje. Feritna jedra v paru imajo dobro lastnost, da skoraj v popolnosti zakrijejo

navitje, kar pa zagotavlja zelo dobro zaščito pred zunanjimi vplivi. Uporabljajo se

predvsem za filter, razne močnostne aplikacije in induktivna stikala.

Slika 2.9 Slika prikazuje primer uporabe feritnega lončka proizvajalca KOLEKTOR v

kombinaciji z navitjem (senzor bližine) [3].


Feritna jedra 9

Slika 2.10 Planarna E&I jedra proizvajalca KOLEKTOR [3].

Planarna E&I jedra (2.7) so rezultat miniaturizacije stikalnih napajalnih virov za

integracijo v tiskana vezja. Omogočajo, da se konvencionalna navitja zamenjajo z

tračnicami, ki so direktno natisnjene na tiskano vezje jedro pa nato obdaja ploščico

tiskanega vezja.

Slika 2.11 Slika prikazuje planarno E&I jedro proizvajalca KOLEKTOR v kombinaciji z

tiskanim vezjem (močnostni transformator) [3].

Slika 2.12 U feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR [3].

Feritno jedro prikazano na zgornji sliki je namenjeno uporabi širokopasovne

transformatorje v industrijskih in profesionalnih aplikacijah, kakor tudi v TV aplikacijah

ter za visokonapetostne transformatorje. Jedro je dobavljivo z močnostnimi in visoko

permeabilnimi materiali.


Feritna jedra 10

Slika 2.13 RM feritno jedro proizvajalca KOLEKTOR (za širokopasovni prenos z malim

popačenjem, filtre) [3].

Feritna jedra, ji jih prikazuje zgornja slika so bila posebno razvita za učinkovito navijanje

navojev in visoko gostoto pakiranja na tiskano vezje. Uporabljajo se predvsem za filtre,

širokopasovni prenos z malim popačenjem in močnostne aplikacije.

Slika 2.14 Slika prikazuje RM feritno jedro v kombinaciji z tiskanim vezjem (za topologije

SMPS) [3].

Ferit je trdna raztopina na osnovi alfa-železa in ima telesno (prostorsko) centrirano

kubično kristalno zgradbo in je obstojen do temperature 911 °C. Z dodajanjem atomov

drugih elementov železu, kot je npr. ogljik, ki zasede vrzeli v njegovi kristalni mreži, ker je

njegov premer precej manjši od atoma železa dobimo jeklo. Alfa-železo je pod Curiejevo

temperaturo (768 °C) feromagnetno. Med temperaturo 1394 °C in tališčem železa je

obstojno delta-železo, ki ima enako kristalno zgradbo kot alfa-železo. Trdno raztopino na

njegovi osnovi imenujemo delta-ferit. Dodatek nekaterih elementov železu (npr. krom,

molibden) poveča stabilnost ferita. To pomeni, da je le-ta obstojen v širšem temperaturnem

in koncentracijskem območju. Takšne elemente imenujemo tudi alfageni elementi.


Magnetni materiali 11

3 MAGNETNI MATERIALI

Magnetne materiale v elektrotehniki uporabljamo za izdelavo magnetnih krogov. Od

njih si želimo oz. zahtevamo, da zagotavljajo pri magnetnem vzbujanju z magnetno

poljsko jakostjo H čim večjo gostoto magnetnega pretoka B oziroma magnetni fluks Φ v

njih. S to predpostavko dosegamo maksimalne magnetne učinke (inducirana napetost,

sila…) v elektromagnetnih in elektromehanskih napravah pri minimalnem vzbujanju.

Magnetne materiale uporabljamo za izdelavo magnetnih krogov (jeder) transformatorjev,

elektromotorjev, ter drugih elektromagnetnih naprav.

3.1 Fizikalne osnove in tipi magnetizma

Magnetizem je fizikalni pojav, s katerim nekatere snovi delujejo z odbojno ali privlačno

silo na druge snovi oz. se ob prisotnosti zunanjega magnetnega polja odzovejo z privlačno

ali odbojno silo. Magnetna polja so vedno posledica gibanja elektrin in električnih tokov,

ki tečejo po vodnikih. Gibanje elektrin se pojavlja v osnovnem gradniku snovi, torej

atoma. Poznamo dva glavna tipa gibanja elektrin v atomu in sicer v obliki kroženja

elektronov po orbiti okoli atoma (orbitalno gibanje) ter kroženje elektronov okrog lastne

osi (spinsko gibanje). osi (spinsko gibanje). Posamezno vrsto gibanja prikazuje (slika 3.1).

Orbitalno gibanje

Spinsko gibanje

e

Slika 3.1 Orbitalno in spinsko gibanje elektrona v atomu [1].

Najbolj znani učinki se pojavljajo v feromagnetnih materialih, za katere je značilno, da je

gostota magnetnega polja v le-teh pri prisotnosti magnetnega polja mnogo večja od gostote



magnetnega polja izven teh materialov, ter jih je možno magnetizirati tako, da postanejo

trajni (permanentni) magneti. Trajni magneti so izvori magnetnega polja. Le nekatere snovi

so feromagnetne, najbolj znane oz. pogoste so; železo, nikelj in kobalt ter njihove zlitine.

Poleg feromagnetizma pa poznamo še druge tipe magnetizma, ti so:

- paramagnetizem,

- antiferomagnetizem,

- diamagnetizem in

- ferimagnetizem.

Za paramagnetne materiale oz. snovi ,kot so aluminij, magnezij,mangan, kisik značilno, da

je gostota magnetnega polja v le-teh pri prisotnosti magnetnega polja malo večja od

gostote magnetnega polja izven teh materialov.

Za diamagnetne materiale oz. snovi, kot so baker, dušik, vodik, grafit značilno, da je

gostota magnetnega polja v le-teh pri prisotnosti magnetnega polja malo manjša od gostote

magnetnega polja izven teh materialov. Medtem pa je odziv antiferomagnetnih materialov

oz. snovi kot je krom na vpliv zunanjega magnetnega polja dosti bolj kompleksen. Sila

magneta na paramagnetne, diamagnetne in antiferomagnetne materiale je običajno

prešibka, da bi jo lahko začutili, zaznati jo je možno le z uporabo laboratorijskih

instrumentov. V vsakdanjem življenju so zato pogostokrat te snovi oz. materiali opisani

kot nemagnetni.

V nadaljevanju so podrobneje opisani ferimagnetiki, ki so tudi predmet te raziskave.

Ferimagnetni materiali oz. feriti so po kristalni strukturi polikristaličen material, torej so

sestavljeni iz malih kristalnih zrn. V fiziki je feromagnetni material tisti, ki je sestoji iz

sklopov atomov z nasprotujočimi si magnetnimi momenti, podobno kot pri

antiferomagnetnih materialih, vendar so za razliko v ferimagnetnih materialih nasprotujoči

momenti različnih velikosti in se zaradi tega pojavi naključna magnetizacija materiala.

Posledica delne kompenzacije magnetnih momentov je, da sta vektor magnetenja M in s

tem tudi magnetna susceptibilnost χ manjša kot pri feromagnetnih materialih. Obe veličini

sta odvisni od temperature in od magnetne poljske jakosti.

Ferimagnetni materiali podobno kot feroamgnetni imajo naklučno magnetizacijo materiala

pod Cuire-jevo temperaturo in nad to temperature izgubijo trajne magnetne lastnosti.

Ferimagnetni materiali imajo visoko upornost in anizotropne lastnosti. Cuire-jeva



temperature je za različne materiale razlikuje; kobalt (1400 K), železo (1043 K), nikelj

(627 K)…

3.2 Efektivna in začetna permeabilnost

Efektivna permeabilnost e uporabljamo za opisovanje podatkov jeder, ki

vsebujejo zračne reže, niso iz enotnega materiala ali enakega preseka.

Poenostavljajo nam izračune za ustrezno izbiro tuljav, ki jih bomo uporabljali v

kombinaciji z magnetnim jedrom, saj lahko enostavno ignoriramo velikost zračne

reže z predpostavko, da ima uporabljeni material manjšo permeabilnsot, kot pa je

dejanska permeabilnost materiala. Za magnetni krog z zračno režo jo določimo po

enačbi:

e

e

20

20

eA

l

N

L

A

l

N

L

, (3.1)

Kjer predstavlja L induktivnost, N število ovojev, el efektivno dolžino magnetne

poti in eA efektivni presek magnetne poti.

Začetna permeabilnost i (initial permeability) nam opisuje relativno

permeabilnost materiala pri malih vrednostih gostote magnetnega polja B (manjša

od 0.1 T). Zaradi malih vrednosti magnetne poljske jakosti je možno opraviti

meritve za vse ferite brez strahu pred nasičenjem.

Definicija za relativno začetno permeabilnost se glasi:

H

B

Hˆ

ˆ1lim

00

i

. (3.2)

3.3 Izgubni faktor in faktor kvalitete

Izgube jedra pri magnetenju s šibkim poljem lahko opišemo tudi z izgubnim

faktorjem jedra j . Izgubni faktor je definiran kot razmerje med izgubno

upornostjo in reaktanco tuljave z jedrom:



Lf

R

L

R

2

jj

j (3.3)

kjer smo ω v enačbi zamenjali z ω = 2πf.

V kolikor dodamo magnetnemu zračno režo se za le-tega spremenijo tudi vrednost

izgubnega faktorja in seveda tudi vrednost začetne permeabilnosti, ker se z

spremembo zračne reže obe veličini spreminjata dobimo z njunim koeficientom:

j r

i

jtan

tan

(3.4)

konstanto materiala, ki je neodvisna od oblike in nam omogoča medsebojno

primerjavo različnih materialov. To konstanto materiala imenujemo tudi relativni

izgubni faktor.

V tem teoretične poglavju smo vsebino povzeli po literaturi [1], [2] in [3].


Postopek izdelave feri 15

4 POSTOPEK IZDELAVE FERITOV

Postopek izdelave feritnih materialov se prične z izbiro osnovnih sestavin, ki so

običajno razni oksidi in karbonati v obliki prahov. Osnovne sestavine so običajno

nemagnetne, ter dobijo magnetne lastnosti šele med samim procesom izdelave.

Nekateri osnovni materiali, ki se uporabljajo za izdelavo feritov in njihovih izdelkov so:

- OFe2 (železov ferit),

- MnO (manganov oksid) ali 3MnCO (manganov karbonat),

- 3BaCO (barijev karbonat),

- 3SrCO (stroncijev karbonat),

- ZnO (cinkov oksid),

- MgO (magnezijev oksid) ali NiO (nikljev oksid).

Izdelavo feritov prikazuje slika 4.1, odvija pa se po naslednjih korakih:

- Ustrezna izbira in kontrola vhodnih sestavin:

Pred mešanjem vhodnih sestavin oz. surovin je potrebno natančno določiti vrsto in

količino vhodnih sestavin, običajno imajo proizvajalci feritov v ta namen urejene

posebne tabele v katerih je za posamezni izdelek oz. material natančno določena

vrsta in količina posameznih vhodnih sestavin. Na ta način se mešanje posameznih

surovin zelo poenostavi, saj se le-te enostavno stehtajo in dodajo v zmes. Mešanje

surovin je lahko suho ali mokro (mešanje z dodano vodo). Suho mešanje je bolj

ekonomično, saj je po mokrem mešanju potrebno zmes sušiti.

- Peletiranje in granuliranje:

Pri tem postopu zmes iz predhodnega postopka dovajamo v peletirni ali granulirni

stroj. Pri tem nam peletirni stroj proizvaja kroglice premera 3 do 6 mm (pelete),

granulirni stroj nam izdeluje kroglice premera 1 mm (granule).

- Termična predobdelava:

Pri tem postopku mešanico pelet ali granul pražimo (kalciniramo) pri temperaturi

1100°C, pri čemer steče kemična reakcija, s katero materiala že dobi osnovne



magnetne lastnosti. Ta postopek velikokrat imenujemo feritizacija. Pri termični

predobdelavi pride do razkrajanja oksidov in karbonatov višjega reda, zmanjšuje se

tvorba plinov ter skrček pri končnem žganju.

- Drobljenje in mletje:

Pri tem postopku termično obdelano zmes oz. material iz predhodnega postopka z

pomočjo čeljustnega drobilca in vibracijskega mlina zmeljemo v prah oz. delce

velikosti 1 do 2 µm. Velikost delcev bo v končni fazi vplivala na same magnetne

lastnosti materiala.

- Stiskanje in ekstrudiranje:

Prit tem postopku zdrobljeni in zmleti material iz predhodnega postopka stisnemo v

želeno obliko, pri tem pa moramo upoštevati še skrček pri končni obdelavi (od 10%

do 25 %). Stiskamo lahko enostransko, dvostransko ali pa izostatično, katero nam

daje najboljše rezultate. Pri ekstrudiranju pa prahasti material pomešamo z vodo, ter

ga vstavimo v cilinder, kateri maso kontinuirano potiska skozi določeno matrico

(palice, cevke).

- Sintranje in končna obdelava:

Pri postopku sintranja stisnjeno obliko oz. izdelek iz prejšnjega postopka žgemo pri

temperaturi med 1000°C in 1400°C, med tem pride pri postopku segrevanja do

izločanja veziv in maziv, ki so bila uporabljena za oblikovanje oz. stiskanje izdelka.

Pri končni obdelavi je izdelek po sintranju zelo trd in ga je možno naknadno

obdelovati le še z brušenjem, kar pa tudi podraži postopke izdelave. Trdo magnetne

ferite je potrebno še namagnetiti v kolikor pa dobavitelj želi nenamagnetene vzorce

se teh ne magneti.



Ustrezna izbira vhodnih sestavin

Homogeno mešanje sestavin

(suho ali mokro)

Termična predobdelava

(feritizacija - 1100ºC)

Drobljenje in mletje

(delci velikosti 1 do 2 µm)

Peletiranje in granuliranje

Stiskanje in ekstrudiranje

(suho ali mokro)

Sintranje

(žganje pri temp. od 1000ºC do 1400ºC)

Končna obdelava površine proizvoda

Magnetenje

(odvisno od želj dobavitelja)

Slika 4.1 Potek izdelave feritov povzeto po [1].


Merilna metoda 18

5 MERILNA METODA

V diplomskem delu smo v Laboratoriju za aplikativno elektromagnetiko UM-FERI izdelali

meritve karakterizacije feritnih lončkov. Vezalna shema je na sliki 5.1 prikazuje direktno

merilno metodo, kjer smo merilno tuljavo direktno priklopili na merilni instrument.

Postopek meritev in nastavitev pa je opisan v nadaljevanju.

5.1 Merilna shema

L0

LCR-merilni most

H-CUR

H-POT

L-POT

L-CUR

Feritno jedro

Kelvin merilni kabel

HZ184HM8118

L1

Slika 5.1 Merilna shema.

Merilna shemo smo v laboratoriju za aplikativno elektromagnetiko UM-FERI realizirali na

način, ki ga prikazuje naslednja slika.

Slika 5.2 Prikaz realizacije merilne sheme. (avto transformator, toplotna komora, HAMEG

8118).


Merilna metoda 19

5.2 Seznam uporabljenih instrumentov in naprav

LCR merilni most (HAMEG HM8118)

Zračna tuljava

Feritni lonček brez zračne reže (L 26G 22/4000 - 00)

Feritna lončka z zračno režo (L 26G 22/160 - 41 in L 26G 22/400 - 41)

5.3 HAMEG HM8118 200 kHz programirljivi LCR most

V nadaljevanju bomo opisali merilni instrument HAMEG HM 8118 , na katerega smo

direktno priključili merilno tuljavo. Instrument je bil ključnega pomena, saj smo z njim

merili induktivnost L in ohmsko upornost R merilnega vzorca (tuljava z feritnim jedrom).

Instrument smo nastavili tako, da je le-ta samostojno opravil meritev pri vseh 69

prednastavljenih frekvencah.

Slika 5.3 Prednji panel merilnega instrumenta HAMEG HM8118 [6]

1. POWER (tipka): Vklopi/izklopi instrument

2. DISPLAY (LCD)

Prikaz merilnih rezultatov in enot, merilnih območij, frekvenc, raven, nadomestnega vezja,

funkcij, parametrov, stanj instrumenta in obvestil.

MENU

3. SELECT (tipka)

Odpre meni z podmeniji SETUP, CORR, SYST in BIN

4. ENTER (tipka)

Vnese nastavljeno vrednost v HM8118

5. ESC (tipka)

Izbriše nastavljeno vrednost z pritiskom na tipko

6. Vrtljivi gumb (gumb/tipka)

Izbira in nastavljanje funkcij in parametrov

7. Tipke s puščicami ▲▼◄► (tipke)

Tipke za izbiro in nastavitev funkcij in parametrov


Merilna metoda 20

SET

8. FREQ (tipka)

Nastavitev frekvenčnega preizkusnega signala z vrtljivim gumbom ali s tipkami ▲▼◄►

9. LEVEL (tipka)

Nastavitev ravni preizkusnega signala z vrtljivim gumbom in pozicije kurzorja s tipkami

▲▼◄►

10. BIAS

Nastavitev bias napetosti ali toka (odvisno od funkcije meritve) z vrtljivim gumbom in pozicijo

kurzorja s tipkami ▲▼◄►

ZERO

11. OPEN (tipka): Izvede kalibracijo odprtih sponk

12. SHORT (tipka): Izvede kalibracijo kratko sklenjenih sponk

13. LOAD (tipka): Izvede kalibracijo bremena

MODE

14. AUTO/MODE (tipka)

Vključi avtomatsko izbiro nadomestnega modela merjene komponente (serijsko, paralelno)

15. SER (tipka)

Vključi serijski nadomestni model vezja komponente, ki jo meri

16. PAR (tipka)

Vključi paralelni nadomestni model vezja komponente, ki jo meri

RANGE

17. AUTO/HOLD (tipka)

Preklaplja merilna območja med AUTO/HOLD

18. UP (tipka): Preklop v višje merilno območje

19. DOWN (tipka): Preklop v nižje merilno območje

Priključki

20. L CUR (BNC priključek)

Nizek tok; izhodni signal za serijske meritve (generator signala)

21. L POT (BNC priključek)

Nizek potencial; vhod signala za paralelne meritve (napetostne meritve)

22. H POT (BNC priključek)

Visok potencial; Vhod/izhod signala za paralelne meritve (merilni most)

23. H CUR (BNC priključek)

Velik tok; vhod signala za serijske meritve (meritve toka)

24. BIAS MODE/ESC (tipka)

Sprememba bias funkcije; preklop med notranjo ali zunanjo bias napetostjo; izhod iz menija

brez potrditve izbrane vrednosti

25. TRIG MODE/ENTER (tipka)

Sprememba načina proženja; potrdi vneseno vrednost in izbriše predhodno vrednost za trenutno

vhodno funkcijo

26. BIAS / ← (tipka)

Vklopi ali izklopi DC bias izhod; izbriše zadnji vneseni znak pri vnosu numeričnih vrednosti

27. TRIG / UNIT (tipka)

Sproži enotno meritev v ročni prožilni metodi; izbira enote

28. AUTO / 6 (tipka)


Merilna metoda 21

Izbira avtomatske merilne funkcije; numerični znak 6 pri vnosu numeričnih parametrov

29. M / - (tipka)

Izbira merilne funkcije „Medsebojna induktivnost‟ (samo z primernim kabelskim setom) ali

vnos znaka ‟-„

30. R-Q / 5 (tipka)

Izbira merilne funkcije ‘Upornost‘ R in ‘Faktor kvalitete‘ Q; numerični znak 5 pri vnosu

numeričnih parametrov

31. N-Θ / . (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Razmerje navitij' N in 'Fazni kot' Θ; vnos znaka “.“ pri vnosu

parametrov

32. C-R / 4 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Kapaciteta' C in 'Upornost' R; numerični znak 4 pri vnosu numeričnih

parametrov

33. G-B / 0 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Prevodnost' G in 'Susceptanca' B; numerični znak 0 pri vnosu


34. C-D / 3 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Kapaciteta' C in 'Faktor disipacije' D; numerični znak 3 pri vnosu


35. R-X / 9 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Upornost' R in 'Reaktanca' X; numerični znak 9 pri vnosu numeričnih

parametrov

36. L-R / 2 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Induktivnost' L in 'Upornost' R; numerični znak 2 pri vnosu numeričnih

parametrov

37. Y- Θ / 8 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Admitanca' Y in 'Fazni kot' Θ; numerični znak 8 pri vnosu numeričnih

parametrov

38. L-Q / 1 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Induktivnost' L in 'Faktor kvalitete' Q; numerični znak 1 pri vnosu


39. Z- Θ / 7 (tipka)

Izbira merilne funkcije 'Impedanca' Z in 'Fazni kot' Θ; numerični znak 7 pri vnosu numeričnih

parametrov

40. DISPLAY / MODE (tipka)

Preklopi zaslon: merjena vrednost z ali brez parametrov

41. RECAL / STORE (tipka)

Nalaganje in shranjevanje konfiguracij instrumenta (10 spominskih enot)

42. REMOTE / LOCAL (tipka)

Preklop med lokalnim ali zunanjim nadzorom instrumenta; tipka REMOTE/LOCAL zasveti če

je instrument naslovljen z vmesnika 47. [Remote Control].

43. Zemlja (4 mm vtičnica)

Priključek za ozemljitev (⊥). Vtičnica je direktno povezana z omrežnim ozemljitvenim

vodnikom


Merilna metoda 22

Slika 5.4 Zadnji panel merilnega instrumenta HAMEG HM8118 [6]

Zadnji panel

1. TRIG. INPUT (BNC priključek)

Vhod za zunanji prožilni signal

2. BIAS FUSE (vložek varovalke)

Varovalka za zunanjo napetost

3. ext. BIAS (4 mm varnostna priključka) Vhod za zunanje bias napajanje (+, -)

4. INTERFACE

H0820 dvojni vmesnik USB/RS-232 (galvansko izoliran)

5. HANDLER INTERFACE (25 pinski D-sub priključek)

6. POWER INPUT (priključek za mrežno napajanje)

5.3.1 Kalibracija instrumenta

Pred izvedbo katerekoli meritve je potrebno izvesti kalibracijo odprtih oz. kratko

sklenjenih sponk, tako da se izognemo merilnim napakam. Kalibracija odprtih in kratko

sklenjenih sponk kompenzira vplive parazitnih impedanc priključnih vodnikov, ki jih

uporabljamo. Kalibracija z znanim bremenom je še posebno primerna tako, da lahko

instrument umerimo pred dejansko meritvijo. S kalibracijo je možno kompenzirati vplive

merilnih vodnikov in drugih parazitnih vplivov (kapacitivne impedance). Katerakoli

kalibracija mora biti izvedena pri dejanski merilni frekvenci.

Da dosežemo največjo natančnost moramo izvesti vse tri kalibracije z enakimi

nastavitvami instrumenta in v istih okoljskih razmerah pri katerih bomo izvajali meritve,

predvsem je pomembno, da razporeditev merilnih vodnikov ostane kar se da enaka.

Merilni vodniki naj bodo čim bolj oddaljeni od kovinskih predmetov in rok upravljavca.

Za sporžitev postopka kalibracije je potrbno pritisniti tipko SELECT in v meniju izbrati

opcijo CORR. Parametre OPEN/SHORT/LOAD je sedaj možno nastaviti s tipkami

▲▼◄► ali vrtljivim gumbom. Proces kalibracije traja nekaj sekund.


Merilna metoda 23

Slika 5.5 Tipke za kalibracijo [6]

Instrument HAMEG HM8118 omogoča opcijo, da samodejno razširi OPEN in SHORT

kalibracijo čez vseh 69 razpoložljivih frekvenc. Na meniju izbrana opcija CORR ter

spremenjen način delovanja z SGL (enotno) v ALL (vse); kalibracija bo izvedena pri vseh

frekvencah, ki jih je instrument sposoben ustvariti, sam proces pa traja približno 90

sekund.

5.3.1.1 Postopek kalibracije odprtih sponk

Da se pravilno izvrši kalibracija odprtih sponk je pomembno, da ni nič priključeno na

merilne vodnike. Za začetek kalibracijske funkcije je potrebno pritisniti tipko OPEN.

Zaslon takrat izpiše tekst „Opening: (measuring frequency)“.

V kolikor kalibracije ni možno opraviti uspešno, se na zaslonu instrumenta pojavi

sporočilo o napaki. Kalibracija odprtih sponk je možna če je impedanca >10 kΩ.

5.3.1.2 Postopek kalibracije kratkega stika

Da se pravilno izvede kalibracija kratkega stika pa je potrebno merilne vodnike direktno

kratko sklenjeni brez pritrjenih kakršnihkoli komponent. Za začetek kalibracije je potrebno

pritisniti tipko SHORT.

Zaslon izpiše tekst „Shorting: (measuring frequency)“.

V kolikor kalibracije ni možno opraviti uspešno, se bo na zaslonu instrumenta pojavilo

sporočilo o napaki. Kalibracija kratkega stika je možna če je impedanca <15 Ω ali pa je

upornost <15 Ω.


Merilna metoda 24

5.4 Zračna tuljava

Za opravljanje meritev smo uporabili zračno tuljavo, ki je bila navita na posebnem vložku

oz. tvorniku navitja tuljave z oznako L22-01-04 proizvajalca KOLEKTOR. Tuljava je

imela 130 ovojev, induktivnost zračne tuljave pa je znašala 225 µH.

Zračno tuljavo, ki smo je bila navita na tvorniku navitja tuljave smo pri izvedbi meritev

enostavno vstavili v feritne lončke.

Slika 5.6 Zračna tuljava

5.5 Toplotna komora

Za opravljanje meritev pri povišanih temperaturah 60 in 95 °C smo uporabili toplotno

komoro. Toplotno komoro nam je za opravljanje meritev posodil kolega Gašper Habjan, ki

jo je izdelal za izdelavo svojega diplomskega dela.

Komora je sestavljena iz treh delov, ki so bili izrezani s pomočjo CNC stroja iz plastike.

Med sabo pa so povezani z navojnimi palicami. Komoro je možno uporabljati na dva

načina in sicer z toplotno kopeljo (cevi po katerih se pretaka vroča voda) ali pa z pomočjo

halogenske žarnice, katero priključimo preko avto transformatorja. Pri prvem načinu

uporabe smo omejeni z temperaturo okoli 65 °C. Pri uporabi halogenske žarnice in avto

transformatorja pa s pomočjo reguliranja napetosti žarnice reguliramo temperaturo v

komori, v tem načinu lahko dosegamo veliko višje temperature.


Merilna metoda 25

Slika 5.7 Spodnji in srednji del toplotne komore, med katera je vstavljena halogenska

žarnica. Ob strani toplotne komore vidimo priključka za merjenec.

Slika 5.8 Toplotno izolirani pokrov za merjenec, ki ga vstavimo v toplotno komoro, za

boljšo izolacijo. V primeru uporabe toplotne kopeli, se po bakrenih ceveh pretaka vroča

voda.


Merilna metoda 26

Slika 5.9 Prikaz vstavitve toplotno izoliranega pokrova v toplotno komoro. Na vrvici, ki jo

vidimo na vrhu komore je obešen merjenec.

Slika 5.10 Sestavljena toplotna komora.

Z vrha komore vstavimo še temperaturno tipalo, za merjenje temperature feritnega jedra.

5.6 Opis merilne metode

Z meritvijo smo želeli določiti začetno relativno permeabilnost zr in relativni izgubni

faktor zr

tan

tuljave s feritnim jedrom.

Permeabilnost je definirana kot razmerje med gostoto magnetnega pretoka B in magnetno

poljsko jakostjo H. Poznamo več vrst permeabilnosti. Za vse je značilno, da so definirane v

točki ali na odseku magnetilne krivulje ali histerezne zanke magnetnega materiala.


Merilna metoda 27

Relativna začetna premeabilnost je definirana z izrazom (3.18), pri čemer je 0 konstanta

praznega prostora definirana z naslednjim izrazom:

Am

Vs 104 7

0 . (5.1)

Pri meritvi zahteve v (3.18) ne moremo popolnoma izpolniti, saj mora biti magnetna

poljska jakost pri meritvi večja od vrednosti nič. Da pri meritvi ne naredimo prevelike

napake, določajo predpisi maksimalno vrednost magnetne poljske ja kosti, ki znaša 1 A/m.

To zahtevo pa izpolnimo s pravilno izbiro merilne metode. Pri meritvi začetne

permeabilnosti mora biti magnetni krog sklenjen brez kakršnekoli zračne reže, saj je to

podatek materiala. V kolikor je zračna reža prisotna, lahko določimo efektivno začetno

permeabilnost, ki je podatek jedra.

Izgubni faktor magnetno sklenjenega feritnega jedra z zračno režo je odvisen od same

velikosti le te. Permeabilnost in izgubni faktor se zmanjšujeta z večanjem zračne reže. Iz

tega dobimo izraz:

e

e

i

tantan

, (5.2)

kjer je i

tan

relativni izgubni faktor in ni odvisen od velikosti zračne reže, če zračna reža

ni široka.

5.7 Izvedba preizkusa

Tuljavo smo priključili na instrument HAMEG HM8118 s katerim smo najprej izmerili

induktivnost 0L in ohmsko upornost R zračne tuljave. Meritev smo opravili pri treh

različnih napetostih (0,5 V / 1 V / 1,5 V) in razponu frekvenc od 20 Hz do 200 kHz. Nato

smo po istem postopu opravili meritve z vstavljenimi feritnimi jedri (vzorci). Začetno

relativno premeabilnost in relativni faktor izgube smo nato določili iz izmerjenih vrednosti

induktivnosti, podatkov tuljave in podatkov feritnih jeder. Vzorci (merjenci) so izdelani iz

mehkomagnetnega ferita različnih oblik (brez in z zračno režo). Dva od treh vzorcev sta

imela v magnetnem krogu prisotno zračno režo zato smo lahko določili le relativno začetno

efektivno permeabilnost.


Eksperimentalni del 28

6 EKSPERIMENTALNI DEL

6.1 Potek izračuna relativne začetne permeabilnosti ter relativnega

izgubnega faktorja

V prejšnjem poglavju smo opisali potek izvedbe preizkusa, pri katerem smo merili

naslednje veličine;

- frekvenco f,

- napetost U,

- induktivnost L in

- ohmsko upornost R.

V tem poglavju se bomo osredotočili na potek izračunov za določitev relativne začetne

permeabilnosti in relativnega izgubnega faktorja. Prav tako smo z izračuni še določili

reaktanco X, impedanco Z, tok I ter izgubni faktor tuljave tan .

Feritni jedri L26G22 160-41 in L26G22 400-41 imata prisotno zračno režo zato ne

moremo določiti začetne relativne permeabilnosti µzr, ker je to podatek jedra, lahko pa

določimo efektivno začetno relativno permeabilnost µezr, ki pa je lastnost magnetnega

kroga.

fLX 2 (6.1)

Tu je:

X – reaktanca tokokroga (Ω),

π – matematična konstanta (3,14159…)

f – frekvenca (Hz),

L – induktivnost tuljave z feritnim jedrom (H).

22 XRZ (6.2)

Tu je:

Z – impedanca tokokroga (Ω),

R – ohmska upornost tokokroga (Ω),

X – reaktanca tokokroga (Ω).



Z

UI (6.3)

Tu je:

I – tok skozi tokokrog (A),

U – napetost (V),

Z – impedanca tokokroga (Ω).

Efektivno začetno relativno permeabilnost določimo s pomočjo izraza (3.22):

e

e2

0

ezrA

l

N

L

(3.1)

Tu je:

ezr – efektivna začetna relativna permeabilnost,

L – induktivnost tuljave s feritnim jedrom (H),

0 – permeabilnost praznega prostora (5.1),

N – število ovojev tuljave,

el – efektivna dolžina magnetne poti (m)

eA – efektivni presek magnetne poti (m2)

Enačba (3.22) ustreza za izračun efektivne začetne relativne permeabilnosti za jedri z

zračno režo in hkrati tudi za izračun začetne relativne permeabilnosti jedra brez zračne

reže. Upoštevati moramo vrednosti el in eA podani v tabeli 2.2, ki se razlikujeta pri

feritnih jedrih z in brez zračne reže.

Lf

R

L

R

2tan (3.3)

Tu je:

tan – izgubni faktor tuljave,

R – ohmska upornost tokokroga (Ω),

π – matematična konstanta (3,14159…),

f – frekvenca (Hz),

L – induktivnost tuljave (H).

Nazadnje še določimo oz. izračunamo relativni izgubni faktor po izrazu:



ezr

tan (5.2)

Tu je:

tan – izgubni faktor tuljave,

ezr – efektivna začetna relativna permeabilnost,

6.2 Prikaz merilnih rezultatov za jedro L26G22 160-41

V tem poglavju bomo predstavili merilne rezultate za feritno jedro L26G22 160-41. Za

katerega smo opravili meritev z naraščajočo frekvenco od 20 Hz do 200 kHz, pri treh

različnih napetostih 0,5 V, 1,0 V ter 1,5 V. Izvedli smo tudi meritev pri konstantni

frekvenci 10 kHz ter naraščajoči napetosti od 0,05 do 1,5 V po koraku 0,05 V. Vse meritve

smo opravili pri teh različnih temperaturah; 22,3 °C (sobna temperatura), 60 °C in 95 °C.

Meritvi pri temperaturah 60 in 95°C smo opravili s pomočjo toplotne komore, v katero

smo vstavili tuljavo z feritnim jedrom. V toplotno komoro je bila vstavljena halogenska

60 W žarnica, katere temperaturo smo regulirali s pomočjo napetosti. Napetost smo

spreminjali z variakom.


temperaturah (U = 0,5 V).

Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da efektivna začetna relativna

permeabilnost µezr pada do frekvence 40 kHz, nato pa začne naraščati. Kot zanimivost

meritve lahko omenimo, da je krivulja oz. karakteristika pri temperaturi 60 °C višja kot pa

pri temperaturi 95 °C.

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

70

72

74

76

78

80

f [Hz]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)





IZ gornjega grafa lahko razberemo, da relativni izgubni faktor tuljave pada z naraščanjem

frekvence, opazimo tudi, da se z višanjem temperature veča tudi relativni izgubni faktor.


temperaturah (U = 1 V).

Zgornja slika pokaže, da efektivna začetna relativna permeabilnost µezr pada do frekvence

40 kHz, nato pa začne naraščati. Če primerjamo ta graf z grafom 6.1 lahko opazimo da se

med sabo le malo razlikujeta, kar je razumljivo saj smo napetost meritve povečali le za

0,5 V.

102

103

104

105

0

0.02

0.04

0.06

0.08

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

70

72

74

76

78

80

f [Hz]

e

zr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)





Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da relativni izgubni faktor tuljave pada z

naraščanjem frekvence, opazimo tudi, da se z višanjem temperature veča tudi relativni

izgubni faktor.


temperaturah (U=1,5 V).

Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da efektivna začetna relativna

permeabilnost µezr pada do frekvence 40 kHz, nato pa začne naraščati do frekvence 180

kHz nato pa znova upada.

102

103

104

105

0

0.02

0.04

0.06

0.08

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

70

72

74

76

78

f [Hz]

e

zr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)





Potek krivulj na grafu kaže, da relativni izgubni faktor tuljave pada z naraščanjem

frekvence, opazimo tudi, da se z višanjem temperature veča tudi relativni izgubni faktor.


temperaturah (f = 10 kHz).

Rezultati na gornjem grafu kažejo, da efektivna začetna relativna permeabilnost narašča

strmo do napetosti 0,07 V, nato pa je narašča zanemarljivo. Kot zanimivost lahko

omenimo, da je krivulja oz. karakteristika pri 60 °C najvišja in najnižja pri 95 °C.

102

103

104

105

0

0.02

0.04

0.06

0.08

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.466

68

70

72

74

U [V]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)





Za feritno jedro L26G22 160-41 smo ugotovili da se efektivna začetna relativna

permeabilnost ezr manjša z večanjem frekvence do približno 40 kHz, kjer doseže

najmanjšo vrednost oz. minimum. Pri frekvenci nad 40 kHz pa ezr zopet začne naraščati.

Z grafov 6.1, 6.3 in 6.5 je razvidno, da je frekvenčna karakteristika efektivne začetne

relativne permeabilnosti višja pri temperaturi 95 °C kot pa pri sobni temperaturi (22,3 °C)

ter najvišja pri temperaturi 60 °C ( fff C)(60ezr C)(95ezr C)(22,3ezr ). Z grafov

6.2, 6.4 in 6.6 je razvidno, da se relativni izgubni faktor z večanjem frekvence manjša. Z

grafov je prav tako razvidno da se frekvenčna karakteristika relativnega izgubnega faktorja

viša z večanjem temperature ( fffC)(95ezr C)(60ezr C)(22.3ezr

tantantan

). Na grafu 6.7

vidimo, da ezr z večanjem napetosti narašča do napetosti približno 0,07 V pri kateri

doseže končno vrednost in se nato ne spreminja več, vidimo tudi da je napetostna

karakteristika efektivne začetne relativne permeabilnosti najvišja pri temperaturi 60 °C ter

najnižja pri temperaturi 95 °C ( UUU C)(60ezr C)(22,3ezr C)(95ezr ). Na grafu 6.8

vidimo, da se relativni izgubni faktor tuljave manjša z večanjem napetosti do napetosti

približno 0,07V pri kateri doseže končno vrednost in se nato več ne spreminja. Z grafa je

razvidno, da je napetostna karakteristika pri temperaturi 95 °C najvišja in najnižja pri sobni

temperaturi ( UUUC)(95ezr C)(60ezr C)(22.3ezr

tantantan

).

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.42

3

4

5

6

7

8x 10

-4

U [V]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)




V tem poglavju so predstavljeni merilne rezultati za feritno jedro L26G22 400-41, za

katerega smo opravili meritev z naraščajočo frekvenco od 20 Hz do 200 kHz, pri treh

različnih napetostih 0,5/1/1,5 V. Izvedli smo tudi meritev pri konstantni frekvenci 10 kHz

ter naraščajoči napetosti od 0,05 do 1,5 V po koraku 0,05 V. Vse meritve smo opravili pri

teh različnih temperaturah; 22,3°C (sobna temperatura), 60 °C in 95 °C. Meritvi pri

temperaturah 60 in 95°C smo opravili s pomočjo toplotne komore, v katero smo vstavili

tuljavo z feritnim jedrom.



Rezultati na gornjem grafu prikazujejo, da efektivna začetna relativna permeabilnost µezr

pada do frekvence 20 kHz nato pa začne naraščati. Na grafu vidimo tudi, da µezr narašča z

višanjem temperature.



0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

180

190

200

210

220

230

240

f [Hz]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)

102

103

104

105

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)



Tudi v tem primeru relativni izgubni faktor tuljave upada z naraščanjem frekvence.

Relativni izgubni faktor pada do frekvence 6 kHz, nad to frekvenco pa se praktično ne

spreminja več. Pri meritvi z temperaturo 95 °C (zelena krivulja) opazimo, da se na začetku

pojavi nek prehodni pojav, ki je prisoten vse do frekvence 50 Hz in se nato ustali.

Na sliki 2.3 je prikazana temperaturna karakteristika začetne permeabilnosti materiala 26G

in kot vidimo je v merjenem merilnem območju (temperaturnem) praktično linearna.

Meritev je pokazala, da je feritno jedro pri temperaturi 95 °C in frekvencah pod 80 Hz

neuravnovešeno.


temperaturah (U=1 V).

Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da µezr upada do frekvence 20 kHz nato pa

začne naraščati.


temperaturah (U=1 V).

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

180

190

200

210

220

230

240

f [Hz]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)

102

103

104

105

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)



Na grafu 6.12 vidimo prehodni pojav na začetku frekvenčne karakteristike pri temperaturi

95 °C (zelena krivulja). Meritev nam je enako kot v prejšnjem primeru pokazala, da je

feritno jedro pri temperaturi 95 °C in frekvencah manjših od 80 Hz neuravnovešeno.



Na grafu 6.13 vidimo resonančni pojav pri frekvenci 180 kHz pri meritvi z temperaturo

60 °C (rdeča krivulja). Efektivna začetna relativna permeabilnost upada do frekvence

17 kHz nato pa začne naraščati.



Na zgornjem grafu vidimo da relativni izgubni faktor tuljave upada z naraščanjem

frekvence, vse do frekvence 2 kHz nato pa se praktično ne spreminja več. Meritev nam je

enako kot v predhodnem primeru pokazala, da je feritno jedro pri temperaturi 95 °C in

frekvencah manjših od 80 Hz neuravnovešeno.

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

x 105

160

180

200

220

240

f [Hz]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)

102

103

104

105

-5

0

5

10

15x 10

-3

f [Hz]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)





Iz zgornjega grafa ugotovimo, da efektivna začetna relativna permeabilnost narašča strmo

do napetosti 0,07 V, nato pa narašča le malo. Na grafu vidimo tudi, da je krivulja oz

karakteristika pri temperaturi 60 °C najnižja in najvišja pri temperaturi 95 °C



Za feritno jedro L26G22 400-41 smo ugotovili da se efektivna začetna relativna

permeabilnost ezr manjša z večanjem frekvence do približno 20 kHz, kjer doseže

najmanjšo vrednost oz. minimum. Pri frekvenci nad 40 kHz pa ezr zopet začne naraščati.

Z grafov 6.9,6.11 in 6.13 je razvidno, da je frekvenčna karakeristika efektivne začetne

relativne permeabilnosti višja pri temperaturi 60 °C kot pa pri sobni temperaturi (22,3 °C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4165

170

175

180

185

190

U [V]

ezr

ezr

ezr

(60C)

ezr

(95C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

0.5

1

1.5x 10

-4

U [V]

tg/

ezr

tg/ezr

tg/ezr

(60C)

tg/ezr

(95C)



ter najvišja pri temperaturi 95 °C ( fff C)(95ezr C)(60ezr C)(22,3ezr ). Z grafov

6.10, 6.12 in 6.14 je razvidno, da se relativni izgubni faktor z večanjem frekvence manjša.

Z grafov je prev tako razvidno da se frekvenčna karakteristika relativnega izgubnega

faktorja viša z večanjem temperature ( fffC)(95ezr C)(60ezr C)(22.3ezr

tantantan

). Na

grafu 6.15 vidimo, da ezr z večanjem napetosti narašča do napetosti približno 0,07 V pri

kateri doseže končno vrednost in se nato ne spreminja več, vidimo tudi da je napetostna


najnižja pri temperaturi 22,3 °C ( UUU C)(95ezr C)(60ezr C)(22,3ezr ). Na grafu 6.16

vidimo, da se relativni izgubni faktor tuljave manjša z večanjem napetosti do napetosti

približno 0,07V pri kateri doseže končno vrednost in se nato več ne spreminja. Z grafa je


temperaturi ( UUUC)(95ezr C)(60ezr C)(22.3ezr

tantantan

).


V tem poglavju bomo predstavili merilne rezultate za feritno jedro L26G22 4000-00. Vsi

parametri meritev so enaki kot v predhodnjih dveh meritvah.



Rezultat frekvenčne karakteristike prevede do ugotovitve, da pride do resonančnega pojava

pri meritvah z temperaturama 60 in 95 °C pri frekvenci 80 kHz. Pri meritvi z sobno

temperaturo 22,3 °C pa do resonančnega pojava pride šele pri frekvenci 90 kHz.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x 104

0

5000

10000

15000

20000

f [Hz]

zr

zr

zr

(60C)

zr

(95C)





Rezultati na zgornjem grafu kažejo, da relativni izgubni faktor tuljave pada z naraščanjem

frekvence vse do frekvence 10 kHz, potem pa zopet začne naraščati. Ugotovili smo tudi, da

se z višanjem temperature relativni izgubni faktor tuljave veča.



Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da pride do resonančnega pojava pri

meritvah z temperaturama 60 in 95 °C pri frekvenci 80 kHz. Pri meritvi z sobno

temperaturo 22,3 °C pa do resonančnega pojava pride šele pri frekvenci 90 kHz. Če zgornji

graf primerjamo z grafom 6.17 opazimo, da se grafa le malo razlikujeta, razliko opazimo le

pri strmini karakteristike resonančnega pojava, ki je pri napetosti 1 V bolj strma.

102

103

104

105

0

0.5

1

1.5x 10

-4

f [Hz]

tg/

zr

tg/zr

tg/zr

(60C)

tg/zr

(95C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x 104

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3x 10

4

f [Hz]

zr

zr

zr

(60C)

zr

(95C)





Z opazovanjem zgornjega grafa smo ugotovili, da relativni izgubni faktor tuljave pada z

naraščanjem frekvence vse do frekvence 10 kHz, potem pa zopet začne naraščati. Če

zgornji graf primerjamo z grafom 6.18 opazimo, da se grafa le malo razlikujeta po obliki

krivulj, razliko opazimo pri začetnih vrednostih relativnega izgubnega faktorja.



Rezultati na sliki 6.21 prikazujejo, da pride do resonančnega pri temperaturi 95 °C (zelena

krivulja) že pri frekvenci 75 kHz, tako lahko sklepamo, da se resonančna frekvenca niža z

višanjem temperature.

102

103

104

105

0

1

2

3

4x 10

-4

f [Hz]

tg/

zr

tg/zr

tg/zr

(60C)

tg/zr

(95C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x 104

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3x 10

4

f [Hz]

zr

zr

zr

(60C)

zr

(95C)





Rezultati na sliki 6.22 prikazujejo, da relativni izgubni faktor tuljave pada z naraščanjem

frekvence vse do frekvence 3 kHz, potem pa zopet začne naraščati.


temperaturah (f=10 kHz).

Rezultati na sliki 6.23 prikazujejo, da se z višanjem napetosti in temperature viša tudi

začetna relativna permeabilnost.

102

103

104

105

0

2

4

6

8x 10

-4

f [Hz]

tg/

zr

tg/zr

tg/zr

(60C)

tg/zr

(95C)

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.42000

2100

2200

2300

2400

U [V]

zr

zr

zr

(60C)

zr

(95C)




temperaturah (f=10 kHz).

Rezultati na sliki 6.24 prikazujejo, da se relativni izgubni faktor tuljave manjša so napetosti

0,07 V nato pa začne znova naraščati. Z višanjem temperature se veča tudi relativni

izgubni faktor tuljave.

Za feritno jedro L26G22 4000-00 smo ugotovili, da se z višanjem temperature niža

resonančna frekvenca. Z grafov 6.17, 6.19 in 6.21 je razvidno, da je frekvenčna

karakteristika začetne relativne permeabilnosti višja pri temperaturi 60 °C kot pa pri sobni

temperaturi (22,3 °C) ter najvišja pri temperaturi 95 °C (

fff C)(95zr C)(60zr C)(22,3zr ). Z grafov 6.18, 6.20 in 6.22 je razvidno da se

frekvenčna karakteristika relativnega izgubnega faktorja viša z večanjem temperature (

fffC)(95zr C)(60zr C)(22.3zr

tantantan

). Na grafu 6.23 vidimo, da je napetostna


najnižja pri temperaturi 22,3 °C ( UUU C)(95zr C)(60zr C)(22,3zr ). Z grafa 6.24 je


temperaturi ( UUUC)(95zr C)(60zr C)(22.3zr

tantantan

).

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

0.2

0.4

0.6

0.8

1x 10

-5

U [V]

tg/

zr

tg/zr

tg/zr

(60C)

tg/zr

(95C)


Sklep 44

7 SKLEP

Rezultati meritev so potrdili našo tezo, podatki proizvajalca feritnih jeder KOLKETOR

pa se v veliki meri ujemajo z dobljenimi rezultati z minimalnimi odstopanji.

Uporabljena feritna jedra so izdelana iz nizko izgubnega 26G materiala, kot ga označuje

proizvajalec. Na slikah 2.3 in 2.4 lahko vidimo lastnosti materiala, ki jih podaja

proizvajalec.

Z opazovanjem dobljenih rezultatov vidimo, da relativni izgubni faktor tuljave upada z

naraščanjem frekvence, kar je v nasprotju z podatki proizvajalca. Zavedati se moramo, da

je proizvajalec podal frekvenčno karakteristiko relativnega izgubnega faktorja materiala, ki

pa ne upošteva izgub tuljave oz. navitja tuljave, ki pa so v naših meritvah upoštevane.

Z dobljenimi rezultati smo ugotovili, da efektivna začetna relativna permeabilnost in

relativni izgubni faktor tuljave z feritnim jedrom brez zračne reže L26G22 4000-00

naraščata z višanjem temperature. Efektivna začetna relativna permeabilnost z večanjem

frekvence narašča, relativni izgubni faktor tuljave pa z večanjem frekvence upada. Za to

kombinacijo tuljave z feritnim jedrom smo izbrali zelo neugodno število ovojev tuljave,

kar je imelo za posledico, da smo prešli v resonančno področje že pri frekvenci 70 kHz.

Za kombinacijo tuljave z feritnim jedrom z zračno režo L26G22 160-41 smo ugotovili,

da ima posebno temperaturno karakteristiko efektivne začetne relativne permeabilnosti, saj

je le-ta pri temperaturi 95°C nižja kot pa pri temperaturi 60 °C. Na podlagi teh rezultatov

lahko sklepamo, da je temperaturna karakteristika odvisna od velikosti zračne reže.

Efektivna začetna relativna permeabilnost tuljave narašča z večanjem frekvence. Relativni

izgubni faktor tuljave z feritnim jedrom z višanjem temperature narašča ter upada z

večanjem frekvence.

Za kombinacijo tuljave z feritnim jedrom z zračno režo L26G22 400-41 smo ugotovili,

da efektivna začetna relativna permeabilnost in relativni izgubni faktor tuljave naraščata z

višanjem temperature. Relativni izgubni faktor tuljave z večanjem frekvence upada,

efektivna začetna relativna permeabilnost tuljave pa z večanjem frekvence narašča.

Z opazovanjem rezultatov meritev smo prav tako ugotovili, da tanδ z večanjem

frekvence upada, kar pomeni, da se z večanjem frekvence veča tudi kvaliteta tuljave Q.


Literatura 45

LITERATURA

[1] Hamler A., Hribernik B. Elektrotehnični materiali. Maribor: Fakulteta za

elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2005, str. 72-184

[2] Goldman A. Modern ferrite technology. Boston (MA): Springer, 2006

[3] Kolektor Group d.o.o. Prodajni katalogi in informacije o produktih podjetja

KOLEKTOR, 2017 Dostopno na :http://www.kolektorferriteinductor.com/

[4] Wikipedia. Ferrite (iron), 2017 Dostopno na:

https://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_(iron)

[5] Wikipedia. Inductor, 2017 Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Inductor

[6] HAMEG instruments GmbH. Programable LCR-Bridge HM8118 Manual, 2012

Dostopno na:

http://www.tme.eu/sk/Document/2aab8ba2eaab2512ce858d9995056957/HAMEG_

MAN_DE_EN_HM8118.pdf

http://www.kolektorferriteinductor.com/

https://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_(iron)

https://en.wikipedia.org/wiki/Inductor

http://www.tme.eu/sk/Document/2aab8ba2eaab2512ce858d9995056957/HAMEG_MAN_DE_EN_HM8118.pdf

http://www.tme.eu/sk/Document/2aab8ba2eaab2512ce858d9995056957/HAMEG_MAN_DE_EN_HM8118.pdf


Življenjepis 46

ŽIVLJENJEPIS

Sem Timotej Operčkal rojen 21.12.1994 v Celju. Osnovno šolo sem obiskoval na

Frankolovem, katero sem zaključil z odličnim uspehom. Obiskoval sem Srednjo šolo za

kemijo, elektrotehniko in računalništvo Celju, smer elektrotehnika - energetika. Vsa štiri

leta srednješolskega izobraževanja sem opravil z odličnim uspehom in zaključil

srednješolsko izobraževanje kot zlati maturant. Izobraževanje sem nadaljeval na Fakulteti

za elektrotehniko, kemijo in računalništvo v Mariboru. Za smer izobraževanja sem izbral

elektrotehniko oz. močnostno elektrotehniko. Prva dva letnika izobraževanja sem opravil z

povprečjem nad 9. Trenutno končujem diplomsko delo s katerim bom zaključil

visokošolski študij.

V času srednješolskega šolanja sem si v sklopu obvezne prakse, katero sem opravljal v

podjetju Elektro Lilija d.o.o. pridobil izkušnje na področju izvajanja električnih inštalacij.

V času šolskih počitnic sem pri istem podjetju opravljal počitniško delo. V času študija

sem opravljal počitniško delo pri podjetju Elektrosignal d.o.o., kjer sem si pridobil nove

izkušnje na področju izvajanja strelovodnih , protipožarnih in šibko-točnih inštalacij.

Imam izkušnje z uporabo programov MS office, kot so Word, Excel in Power Point.

Izkušnje imam tudi z uporabo strokovnih programov kot so CADdy++, Mathworks

MATLAB, AutoCAD. Seznanjen sem tudi z osnovami za programiranje krmilnikov

SIEMENS.

Maribor, 26.7.2017

Timotej Operčkal

KARAKTERIZACIJA RAZLINIH FERITNIH JEDER · televizijski industriji za katodne cevi in ''flyback''...

Documents

Transcript of KARAKTERIZACIJA RAZLINIH FERITNIH JEDER · televizijski industriji za katodne cevi in ''flyback''...