Núcleo C{0}}de air gap múltiplo amorfo: design, desempenho e aplicações
Sep 30, 2025
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O que é um núcleo C{0}}amorfo com múltiplos air gaps?
Um núcleo C-de entreferro múltiplo amorfo é um núcleo magnético retangular em forma de C-construído a partir de uma fita de liga amorfa à base de Fe-rapidamente solidificada. A fita é enrolada, recozida, cortada e então separada em vários segmentos para que os espaços de ar projetados sejam distribuídos ao longo do caminho magnético em vez de serem concentrados em um único corte. Esta estrutura dá aos projetistas um controle preciso sobre a permeabilidade efetiva do núcleo, que é a chave para uma indutância estável sob condições de polarização CC.
O material amorfo é produzido pela têmpera de uma liga fundida de Fe-Si-B a uma taxa de resfriamento acima de um milhão de Kelvin por segundo, o que congela o metal em uma fita não-cristalina com cerca de 20 a 30 micrômetros de espessura. Como não há estrutura de grão, a perda por histerese é muito pequena e a fita pode ser empilhada com alto fator de laminação. A classe 1k101 é uma classe amorfa baseada em Fe padrão usada para energia magnética na faixa de 1 kHz a 100 kHz.
Por que vários entreferros são importantes
Um núcleo convencional de-gap C-concentra todo o entreferro em um corte. Sob alta corrente CC, o fluxo em torno dessa única lacuna satura o material do núcleo local, aumenta a temperatura do ponto quente e produz ruído audível. Um projeto de entreferro múltiplo divide o entreferro em vários segmentos mais curtos, o que reduz a densidade do fluxo de franja em cada entreferro, reduz o aumento de temperatura e melhora as características de polarização-CC do indutor.
Múltiplas lacunas também reduzem a vibração mecânica causada pela magnetostrição e pela atração magnética entre as metades do núcleo. Para bobinas de saída da fonte de alimentação-comutada e bobinas de reforço do PFC, isso se traduz em uma operação mais silenciosa e em uma curva de indutância mais linear, de sem carga até carga total.
Dados de materiais e desempenho
O núcleo é feito de liga amorfa à base de Fe grau 1k101 com as seguintes propriedades magnéticas e físicas típicas:
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Densidade de fluxo de saturação Bs | 1.56 T |
| Dureza Hv | 960 kg/mm2 |
| Temperatura Curie Tc | 410 C |
| Resistividade elétrica | 130 uOhm.cm |
| Temperatura de cristalização Tx | 500 C |
| Densidade | 7,18g/cm3 |
| Lambda de magnetostrição-s | 27 x 10-6 |
| Perda central Ps em 16 kHz, 37 mT | abaixo de 1,0 W/kg |
A alta resistividade de 130 uOhm.cm, aproximadamente três vezes a do aço silício orientado a grãos, suprime as perdas por correntes parasitas em alta frequência, enquanto a densidade de fluxo de saturação de 1,56 T permite um volume de núcleo menor para uma determinada corrente nominal.
Aplicações Típicas
Indutâncias de filtro suaves de saída para fontes de alimentação-comutadas
Indutores de reforço PFC para inversores solares e pilhas de carregamento de EV
Bobinas de inversor CA para inversores fotovoltaicos e filtros de potência ativos
Bobinas DC e indutores de filtro em sistemas robóticos
Indutâncias de linha e carga em conversores de frequência
Em todos esses circuitos, o indutor deve transportar um componente CC significativo ou CA de baixa frequência, mantendo uma indutância definida, que é exatamente a condição em que múltiplos núcleos de entreferro amorfos superam as alternativas de aço silício e ferrite.
Faixa de dimensão padrão
O núcleo é fornecido como duas metades C combinadas. A tabela abaixo lista tamanhos padrão representativos; a notação segue a, b, c, d, e, f como a janela principal e as dimensões externas, lm o comprimento médio do caminho magnético, Ac a seção transversal-efetiva, Wa a área da janela, WaAc o produto da área e Massa o peso de um núcleo completo.
| um mm | b mm | c mm | d mm | e mm | mm | lm cm | Ac cm2 | Wa cm2 | WaAc cm4 | Massa g |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 9 +/-0.5 | 10 | 32.8 | 15 +/-0.5 | 28 +/-1.5 | 50.8 +/-1.5 | 11.2 | 1.2 | 3.3 | 3.9 | 97 |
| 10 +/-0.5 | 11 | 33 | 20 +/-0.5 | 31 +/-1 | 53 +/-2 | 11.8 | 1.74 | 3.6 | 6.3 | 150 |
| 11 +/-0.8 | 13 | 40 | 25 +/-0.5 | 35 +/-1 | 62 +/-2 | 13.7 | 2.4 | 5.2 | 12.5 | 241 |
| 13 +/-0.8 | 15 | 56 | 30 +/-0.5 | 41 +/-1 | 82 +/-2 | 17.9 | 3.4 | 8.4 | 28.6 | 450 |
| 16 +/-1 | 20 | 70 | 30 +/-0.5 | 52 +/-1 | 102 +/-3 | 22.7 | 4.19 | 14 | 58.6 | 740 |
| 19 +/-1 | 25 | 83 | 40 +/-1 | 63 +/-1 | 121 +/-3 | 27.2 | 6.63 | 20.8 | 137.5 | 1321 |
| 22 +/-1 | 35 | 85 | 50 +/-1 | 79 +/-1 | 129 +/-3 | 30.4 | 9.59 | 29.8 | 285.4 | 2135 |
| 26 +/-1 | 45 | 88 | 40 +/-1 | 97 +/-1 | 140 +/-3 | 34.3 | 9.07 | 39.6 | 359.1 | 2275 |
| 30 +/-1 | 40 | 95 | 85 +/-1 | 100 +/-1 | 155 +/-4 | 35.7 | 22.24 | 38 | 845 | 5820 |
| 33 +/-1 | 40 | 105 | 85 +/-1 | 106 +/-1 | 171 +/-4 | 38.7 | 24.46 | 42 | 1027.3 | 6930 |
Tamanhos personalizados, comprimentos de entreferro e contagens de segmentos com folga podem ser produzidos para corresponder à indutância alvo e à corrente CC de um projeto específico.
Notas de seleção e erros comuns
Determine a corrente de polarização CC e a indutância necessária nessa corrente, não apenas a indutância-sem carga, porque a permeabilidade efetiva cai à medida que a corrente CC aumenta.
Verifique o aumento da temperatura na temperatura ambiente máxima; núcleos amorfos ficam mais quentes que a ferrita na mesma oscilação de fluxo, a menos que a distribuição de lacunas e as perdas de cobre sejam equilibradas.
Não substitua um único-núcleo de lacuna do mesmo produto de área; a polarização-DC e o desempenho do ruído serão significativamente diferentes.
Verifique a janela de enrolamento antes de fazer o pedido; o produto de área WaAc é o indicador mais rápido para saber se o número necessário de voltas é adequado.
Perguntas frequentes
O que significa entreferro múltiplo em um núcleo C- amorfo?
Isso significa que o caminho magnético é dividido em vários pequenos espaços em vez de um grande corte. Cada segmento de lacuna limita o fluxo de franja, o que melhora a estabilidade de polarização-CC, reduz o aumento de temperatura e reduz o ruído audível em bobinas de-alta corrente.
Por que usar liga amorfa em vez de aço silício para bobinas de alta-frequência?
A liga amorfa tem aproximadamente três vezes a resistividade elétrica do aço silício e perda de histerese muito baixa, de modo que as perdas por corrente parasita e por histerese permanecem baixas em frequências de comutação de 1 kHz a 100 kHz. Isso permite um volume central menor e uma operação mais fria.
Qual é a densidade do fluxo de saturação da liga amorfa 1k101?
A densidade de fluxo de saturação típica Bs é 1,56 T, que é maior que a ferrita e suficiente para a maioria dos projetos de indutores de potência, mantendo o volume do núcleo compacto.
Como vários entreferros afetam o desempenho da polarização DC?
As lacunas distribuídas espalham o fluxo de franja e aumentam a corrente de saturação efetiva, de modo que a indutância permanece mais estável de carga leve a carga total, o que é essencial para reforço de PFC e bobinas de filtro de saída.
Quais aplicativos se beneficiam mais desse design central?
As bobinas de saída da fonte de alimentação-comutada, as bobinas de reforço PFC em inversores solares e pilhas de carregamento de EV, as bobinas do inversor CA, os reatores de filtro de energia ativa e as bobinas de linha do conversor de frequência se beneficiam da baixa perda e do comportamento estável de polarização-CC.
As dimensões principais podem ser personalizadas?
Sim. A geometria do núcleo, o comprimento do entreferro, o número de segmentos de entreferro e a janela do enrolamento podem ser ajustados para atender a uma indutância, classificação de corrente e orçamento térmico específicos.