Nucli magn??tic
De Viquip??dia
El nucli magn??tic ??s un component fonamental de ginys el??ctrics com electroimants, transformadors, inductors o de qualsevol m??quina el??ctrica, al voltant del qual hi ha un enrotllament de fil conductor. La seva funci?? ??s la d'incrementar la for??a i els efectes del camp magn??tic que produeix el corrent el??ctric. Les propietats del giny que cont?? el nucli magn??tic dependran dels seg??ents factors:
- la geometria del nucli magn??tic
- el nombre de ranures del circuit magn??tic
- les propietats del material del nucli (especialment permeabilitat i hist??resi).
- la temperatura a la que treballa el nucli
- la possible laminaci?? del nucli per reduir els corrents par??sits o de Focault.
Taula de continguts |
[edita] Estructures habituals utilitzades com a nuclis magn??tics
[edita] Barra recta cil??ndrica
Habitualment de ferrita o un material similar, s'utilitza als aparells de r??dio com a sintonitzador i inductor. La barreta se situa al centre de la bobina i petits ajustaments de la seva posici?? varien la induct??ncia donant una manera precisa d'ajustar-la. Sovint la barreta presenta forma de cargol per facilitar l'ajustament amb un tornav??s. Als circuits de r??dio s'acostuma a fixar la posici?? amb cera o re??na un cop s'ha ajustat.
La pres??ncia d'un nucli amb alta permeabilitat incrementa la induct??ncia per?? el camp encara s'estendr?? per l'aire als extrems de la barra. El recorregut a trav??s de l'aire assegura que l'inductor continu?? essent linear. En aquest tipus d'inductor es presenten interfer??ncies electromagn??tiques que en determinades situacions poden ser un problema.
[edita] Nucli en forma de "I"
??s un nucli id??ntic a la barra per?? en forma prism??tica, no s'acostuma a utilitzar sol sin?? en combinaci?? amb d'altres nuclis.
[edita] Nucli en forma de "C" o "U"
Els nuclis en forma de "C" o "U" s??n la soluci?? m??s simple per formar un circuit magn??tic tancat si s'utilitzen en combinaci?? de nuclis en forma d'"I" o d'altres en forma de "C" o "U".
 Un nucli en forma d'U, amb arestes punxegudes |
 Un nucli en forma de C, amb arestes arrodonides |
[edita] Nucli en forma d'"E"
Els nuclis en forma d'E s??n les solucions m??s sim??triques per tal de formar circuits magn??tics tancats. Habitualment el circuit el??ctric envolta la barra central de la E, que t?? un ??rea doble que la de les altres dues individualment.
 Nucli cl??ssic en forma d'"E" |
 El nucli EFD permet la construcci?? d'inductors o transformadors de perfil baix |
 El nucli ER presenta una barra central cil??ndrica |
 El nucli EP ??s una barreja entre la forma d'E i un nucli en forma de copa |
[edita] Nucli de l??mines en forma d'"E" i d'"I"
Aquest tipus de nucli es forma amb l??mines de ferro tallades en forma de "E" i "I" que s??n apilades per formar un paquet i amb les "I"s a la part oberta de les "E"s per tal de formar una estructura en tres dimensions; l'enrotllament es pot fer qualsevol de les tres columnes, per?? s'acostuma a fer a la del centre. aquest tipus de nucli ??s molt utilitzat en transformadors, autotransformadors i inductors.
 L??mines en forma d'E i d'I |
 El nucli que en resulta |
[edita] Parella de nuclis en E
S'utilitza amb nuclis de ferro, ??s similar a la utilitzaci?? combinada de nuclis en E i I, s'utilitza un parell de nuclis en forma d'E enfrontats de manera que es pot fer un enrotllament llarg i produir un inductor o un transformador llarg. Si ??s necessari que hi hagi una ranura, la barra central de les E s'escurcen i es fa la ranura al mig del bobinat per tal de minimitzar els camps magn??tics laterals i redu??t les interfer??ncies electromagn??tiques.
 Construcci?? d'un inductor amb dos nuclis de tipus ER. La bobina t?? uns terminals per a soldar-la al circuit impr??s. |
 Vista de la construcci?? de l'inductor |
[edita] Nucli en forma de copa o pot
Habitualment s??n de ferrita o un material similar i s'utilitzen en inductors i transformadors. La forma ??s rodona amb un buit interior que gaireb?? envolta l'enrotllament. Habitualment aquest tipus de nucli es fa amb dues meitats que encaixen. Aquest disseny de nucli fa d'escut contra les radiacions i redu??nt les interfer??ncies electromagn??tiques.
 thumb|Un nucli en forma de pot |
[edita] Nucli toro??dal
Aquest disseny es basa en un toroide. L'enrotllament es fa passant pel forat del centre del toroide, l'ideal ??s que ocupi tota la circumfer??ncia. Aquesta geometria converteix el camp magn??tic en un bucle ??nic i mant?? la major part del camp tancat dins del material del nucli. Aix?? possibilita fer transformadors amb una alta efici??ncia energ??tica i una baixa radiaci?? que s??n molt populars en els amplificadors d'alta fidelitat on s??n desitjables prestacions com pot??ncia, petit volum i poques interfer??ncies electromagn??tiques. Tanmateix ??s m??s dif??cil de fer l'enrotllament del circuit el??ctric al seu voltant que en el cas dels nuclis que tenen parts separables (com els formats per dos elements en forma d'E), en conseq????ncia, la producci?? automatitzada requereix una maquin??ria molt espec??fica.
 Nucli toro??dal |
[edita] Nucli pla
Un nucli pla consisteix en dues peces planes de material magn??tic, una per sobre i l'altra per sota de l'enrotllament. habitualment s'utilitza amb un enrotllament pla que ??s part del circuit impr??s. Aquest disseny ??s ideal per a la producci?? en massa i permet transformadors de gran pot??ncia i poc volum que poden ser constru??ts a baix preu. No ??s tan ideal com el nucli toro??dal o en forma de pot per?? el seu preu de producci?? ??s molt m??s petit.
 Un nucli pla en forma d'E |
 Un inductor pla |
 Vista dels elements d'un inductor pla mostrant la pista en espiral que constitueix l'enrotllament feta directament sobre el circuit impr??s. |
[edita] P??rdues del nucli
A un transformador o un inductor, una part de la pot??ncia que idealment passaria a trav??s del giny es perd en el nucli convertida en calor. Hi ha v??ries raons per a aquestes p??rdues:
[edita] P??rdues per hist??resi
Com m??s gran sigui el cicle d'hist??resi del material, major ser?? la p??rdua per cada cicle. Les p??rdues per hist??resi augmenten en augmentar la freq????ncia en tant que hi ha m??s cicles per unitat de temps.
[edita] P??rdues per corrents par??sits
La inducci?? de corrents par??sits o de Focault al nucli origina p??rdues. Si s'augmenta la resist??ncia del material del nucli es minimitzen les p??rdues, la laminaci?? ??s una t??cnica per reduir-les.
[edita] Moviment de dominis magn??tics
Com que el camp magn??tic canvia, alguns dominis magn??tics augmenten mentre d'altres disminueixen, es podria dir que les separacions entre els dominis es mouen i aquest moviment absorbeix energia.
[edita] Materials utilitzats als nuclis magn??tics
[edita] Acer al silici laminat
El ferro ??s un material adequat per a fer nuclis magn??tics, at??s que pot suportar alts nivells de camp magn??tic (m??s de 2,16 tesles a temperatura ambient [1]). Tanmateix, com que ??s un bon conductor, no pot ser utilitzat en forma nativa: a causa del camp magn??tic apareixerien intensos corrents par??sits que es traduirien en grans p??rdues en forma de calor. Per evitar aquests problemes s'utilitzen dues t??cniques de manera conjunta, la laminaci?? i l'aliatge del ferro amb silici. (Vegeu tamb?? acer al silici.)
[edita] Laminaci??
Els nuclis magn??tics laminats es fan amb l??mines de ferro primes i a??llades. Aquesta t??cnica permet que el nucli magn??tic sigui equivalent a molts circuits magn??tics individuals, de manera que cadasc?? rep nom??s una petita part del flux magn??tic (at??s que la seva secci?? ??s una fracci?? de la secci?? total del nucli). A m??s, aquests circuits tenen una resist??ncia el??ctrica que ??s m??s gran que si el nucli no fos laminat, tamb?? a causa de la seva secci?? m??s redu??da. A partir d'aix?? es pot deduir que com m??s primes siguin les l??mines m??s petits seran els corrents par??sits.
[edita] Aliatge amb silici
Una petita adici?? de silici al ferro (al voltant d'un 3%) comporta un enorme augment, m??s de tres vegades, de la resistivitat. Un increment addicional afecta negativament les propietats mec??niques de l'acer.
Hi ha tipus d'acer al silici: el de gra orientat (GO) i el de gra no orientat (GNO); el primer (GO), ??s el m??s indicat per als nuclis magn??tics at??s que ??s anisotr??pic i ofereix millors propietats magn??tiques en una determinada direcci?? que el de tipus GNO. Com que als inductors i transformadors el camp magn??tic ??s est??tic als nuclis (en comparaci?? als motors el??ctrics), ??s possible utilitzar acer GO en l'orientaci?? adequada.
[edita] Ferrocarbonil
El nuclis fets de pols de ferrocarbonil, un ferro de gran puresa, presenten una gran estabilitat dels par??metres en un ampli interval de nivells de temperatura i flux magn??tic, amb un factor Q excel??lent per freq????ncies entre 50 kHz i 200 MHz. La pols de ferrocarbonil ??s composada essencialment per micropart??cules esf??riques de ferro envoltades d'una pel??l??cula a??llant. Aix?? ??s equivalent a un circuit magn??tic laminat a escala microsc??pica (vegeu m??s amunt el nucli d'acer al silici laminat), i en conseq????ncia s'obt?? una reducci?? del corrents par??sits encara m??s gran.
Aquest tipus de nucli magn??tic ??s molt utilitzat als inductors de banda ampla.
[edita] Pols de ferro
Els nuclis fets de pols de ferro redu??t per hidrogen tenen una permeabilitat m??s gran per?? un factor Q m??s petit. S'utilitzen especialment als filtres per interfer??ncies electromagn??tiques i en bobines d'induct??ncia de baixa freq????ncia, sobre tot en fonts d'alimentaci?? commutades
[edita] Ferrita
La ferrita s'utilitza en aplicacions d'alta freq????ncia, ??s un material que pot ser manipulat en un ampli ventall de par??metres.
[edita] Vegeu tamb??
- Inductor
- Transformador
- Ferrita
[edita] Refer??ncies
- ??? Daniel Sadarnac, Les composants magn??tiques de l'??lectronique de puissance, curs de Sup??lec, mar?? 2001 [en franc??s]
[edita] Enlla??os externs
- (angl??s)Toroid Winding Calculator - Calculadora en l??nia d'enrotllaments per a bobines toro??dals de ferrita i pols de ferro.
- (franc??s)P??gina sobre els circuits magn??tics a les m??quines el??ctriques
