magnético Componentes: Noções básicas sobre materiais e design
Os componentes magnéticos desempenham um papel vital em dispositivos eletrônicos de potência, permitindo o controle, transferência e condicionamento de energia elétrica. Os projetistas buscam continuamente novos materiais, topologias e processos para melhorar o desempenho. Para projetar indutores e transformadores com eficácia, é essencial compreender as complexidades dos materiais magnéticos e as tecnologias associadas. Neste artigo, investigamos os fundamentos dos materiais magnéticos, sua classificação, materiais do núcleo e formas.
Materiais Magnéticos e Suas Classificações
Os materiais magnéticos abrangem aqueles elementos naturalmente atraídos por ímãs e capazes de se tornarem ímãs quando magnetizados. Cinco tipos principais de ímãs permanentes são utilizados: ferrite, alnico, borracha flexível e ímãs de terras raras, como cobalto e neodímio. Surpreendentemente, cada tipo apresenta características distintas.
Compreender a classificação dos materiais magnéticos é crucial. Eles se enquadram em duas categorias: materiais magneticamente duros e magneticamente macios. Materiais magneticamente duros podem ser magnetizados por um forte campo magnético e reter seu magnetismo indefinidamente. Em contraste, materiais magneticamente macios podem ser facilmente magnetizados, mas apenas temporariamente.
A resposta do material a um campo magnético varia de acordo com a estrutura atômica, determinada principalmente pelo número de elétrons desemparelhados em cada átomo. A maioria dos materiais se enquadra em uma das três categorias: ferromagnético, diamagnético ou paramagnético.
- Materiais ferromagnéticos, como ferro, cobalto e níquel, possuem alguns elétrons desemparelhados, gerando um campo magnético líquido fraco.
- Os materiais diamagnéticos repelem campos magnéticos aplicados externamente e não geram os seus próprios.
- Os materiais paramagnéticos exibem uma ligeira atração pelos campos magnéticos, mas geralmente são considerados não magnéticos.
Materiais Básicos
A escolha de materiais magnéticos para componentes específicos depende da funcionalidade pretendida. A compreensão da classificação mencionada anteriormente fornece insights sobre a ampla gama de materiais magnéticos disponíveis. Geralmente, os núcleos requerem alta permeabilidade relativa.
Materiais duros são normalmente usados para ímãs permanentes, enquanto materiais macios são empregados para indutores e transformadores.
Formas centrais
A escolha do formato do núcleo depende do projeto do componente eletrônico de potência e do material do núcleo escolhido. Vários formatos de núcleo estão disponíveis no mercado, tornando a decisão um desafio.
A Tabela I oferece uma comparação de diferentes formatos de núcleo e suas características para a tomada de decisões de projeto informadas.
Ao obter uma compreensão abrangente dos materiais magnéticos, suas classificações, materiais e formatos de núcleo, os projetistas podem fazer escolhas bem informadas ao criar componentes magnéticos eficientes e funcionais para sistemas eletrônicos de potência.
Tabela I: Comparação de diferentes formatos de núcleo e suas características
- Núcleo do pote: Alto custo do núcleo, baixo custo de enrolamento, baixo custo da bobina, montagem simples, baixa dissipação de calor, excelente blindagem/filtragem, baixo fluxo de vazamento.
- Núcleo E: Baixo custo do núcleo, baixo custo de enrolamento, baixo custo da bobina, montagem simples, excelente dissipação de calor, blindagem / triagem deficiente, alta potência de transmissão / volume da unidade.
- Núcleo EC: Custo médio do núcleo, baixo custo de enrolamento, custo médio da bobina, montagem média, boa dissipação de calor, blindagem / blindagem deficiente, perna central redonda para enrolamento mais fácil.
- Núcleo U: Alto custo do núcleo, custo médio do enrolamento, alto custo da bobina, montagem média, boa dissipação de calor, blindagem / blindagem deficiente, preferido para aplicações de alta tensão.
- Toroides (Ring Cores): Custo de núcleo muito baixo, alta dissipação de calor, nenhum custo de bobina, nenhuma montagem, boa blindagem/filtragem, preferido em transformadores de corrente.
- Núcleo RM: Custo médio do núcleo, baixo custo de enrolamento, custo médio da bobina, montagem média, boa dissipação de calor, boa blindagem/filtragem.