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Nanokristalline Kerne und amorphe Kerne in Transformatoren
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Nanokristalline Kerne und amorphe Kerne in Transformatoren
Das Aufkommen von nanokristallinen Kernen und amorphen Kernen hat ideale Materialien für Mittel- und Hochfrequenztransformatoren bereitgestellt. Mit der industriellen Entwicklung hat sich die Betriebsfrequenz von Netzteilen auf 20 kHz erhöht und die Ausgangsleistung übersteigt 30 kW. Herkömmliche Kernmaterialien wie Siliziumstahlbleche weisen hohe Verluste auf und können die Anforderungen neuer Anforderungen an Netzteile nicht erfüllen.
Amorphe und eisenbasierte nanokristalline Kerne haben aufgrund ihrer hohen Sättigungsmagnetisierungsstärke, hohen Permeabilität, geringen Verluste, guten Temperaturstabilität und umweltfreundlichen Herstellungsverfahren einen bedeutenden Anwendungswert in Hochleistungs- und Hochfrequenztransformatoren.
Nanokristalline Kerne
Nanokristalline Materialien bestehen hauptsächlich aus Eisen, Chrom, Kupfer, Silizium und Bor. Diese spezifischen Legierungsbestandteile werden mittels Schnellerstarrungstechnologie in einen amorphen Zustand überführt und anschließend wärmebehandelt, um nanometergroße Kristallkörner zu erzeugen.
Nanokristalline Kerne weisen hervorragende magnetische Eigenschaften und Temperaturstabilität auf und eignen sich besonders gut als Ersatz für Ferrite in Transformatoren im Frequenzbereich unter 20 kHz bis 50 kHz.
Der spezifische Widerstand nanokristalliner Materialien beträgt 90 μΩ·cm (nach der Wärmebehandlung). Aufgrund ihrer Nanostruktur vereinen sie die Vorteile von Elektroband, Permalloy und Ferrit.
Gewöhnliche eisenbasierte nanokristalline weichmagnetische Materialien haben eine Dicke von etwa 30 μm. Aufgrund ihrer Sprödigkeit und Empfindlichkeit gegenüber Spannung können ihre magnetischen Eigenschaften erheblich beeinträchtigt werden, wenn sie während der Verarbeitung und Verwendung äußeren Kräften ausgesetzt werden. Daher werden nanokristalline Kerne typischerweise in Ring- oder Hufeisenform hergestellt und in Schutzgehäusen untergebracht. Die Wärmeableitungsleistung nanokristalliner Kerne wird durch das Material des Schutzgehäuses beeinflusst.
Neue Arten von nanokristallinen Kernen werden in Transformatoren eingesetzt. Die Dicke nanokristalliner Materialien beträgt nur 24 μm. Nach der Wärmebehandlung bieten die verfestigten Kerne erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Transformatorkernen:
※ Die neuen nanokristallinen Kerne, die mit Isolierfolie umwickelt sind, erreichen die für die Wicklung erforderliche Festigkeit und können direkt zu Transformatoren gewickelt werden.
※ Die gehärteten nanokristallinen Kerne eliminieren das Schutzgehäuse, wodurch mehr Raum für Wärmeableitung und eine verbesserte Betriebssicherheit des Transformators entsteht.
※ Dieses Design reduziert die Auswirkungen des Schutzgehäusematerials auf nanokristalline Kerne und spart Zeit bei der strukturellen Konstruktion und Formgebung des Schutzgehäuses.
※ Das Design für nanokristalline Kerne kann flexibler gestaltet werden und bietet verschiedene Formen wie Ring-, Rechteck- und C-Kerne, was mehr Optionen für die Transformatorkonstruktion und die anschließenden Wicklungsprozesse bietet.
Amorphe Kerne
Amorphe Materialien werden mit einer ultraschnellen Abschrecktechnologie hergestellt, mit einer Abkühlrate von etwa einer Million Grad pro Sekunde. Diese Technologie verfestigt geschmolzenen Stahl in einem Schritt zu Legierungsbändern mit einer Dicke von 30 Mikrometern. Aufgrund der schnellen Abkühlung hat das Metall keine Zeit zu kristallisieren, sodass in der Legierung keine Körner oder Korngrenzen entstehen, was zur Bildung einer sogenannten amorphen Legierung führt.
Amorphe Metalle haben eine einzigartige Mikrostruktur, die sich von herkömmlichen Metallen unterscheidet. Ihre Zusammensetzung und ungeordnete Struktur verleihen ihnen viele besondere Eigenschaften wie hervorragende Magnetismus, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Festigkeit, Härte, Zähigkeit, hohen spezifischen Widerstand und hohe elektromechanische Kopplungskoeffizienten.
Die Hauptbestandteile von amorphen Eisenkernen sind Eisen, Silizium und Bor. Mit einem Siliziumgehalt von bis zu 5,3 % und der einzigartigen Struktur des amorphen Zustands beträgt ihr spezifischer Widerstand 130 μΩ·cm, was dem Doppelten von Siliziumstahlblechen (47 μΩ·cm) entspricht.
Die Dicke von eisenbasierten amorphen Materialien, die in amorphen Kernen verwendet werden, beträgt etwa 30 nm, was viel dünner ist als das, was mit Siliziumstahlblechen erreicht werden kann. Folglich ist ihr Wirbelstromverlust bei Hochfrequenzbetrieb gering, und im Frequenzbereich von 400 Hz bis 10 kHz beträgt ihr Verlust nur 1/3 bis 1/7 des Verlusts von Siliziumstahlblechen. Darüber hinaus ist die Permeabilität von eisenbasierten amorphen Kernen viel höher als die herkömmlicher Kerne.
Aufgrund dieser Vorteile reduzieren amorphe Kerne das Transformatorgewicht um mehr als 50 % und senken die Temperaturerhöhung um 50 %.
Nach jahrelanger Entwicklung werden amorphe und nanokristalline Kerne neben der Verwendung in Hochfrequenztransformatoren auch häufig in Stromwandlern, Schaltnetzteilen und Geräten zur elektromagnetischen Verträglichkeit eingesetzt.
Anbieter von amorphen und nanokristallinen Kernen: Leimai
Bei Leimai freuen wir uns, frühzeitig an Ihren neuen Projekten teilzunehmen. Wir hoffen, unser Wissen und unsere Erfahrung durch aktive Beteiligung an Ihren kommenden Projekten in den Vordergrund zu stellen.
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