Materiali magnetici
Permeabilità µ
µ = B/H
Permeabilità relativa
rappresenta il rapporto fra la permeabilità del mezzo e quella del vuoto
I materiali in cui la permeabilità relativa è minore di uno si dicono «diamagnetici», quelli in cui tale permeabilità è superiore a 1 si dicono «paramagnetici»,
quelli infine m cui la permeabilità è di gran lunga superiore all'unità e dipende dalla densità di flusso si dicono ferromagnetici.
Permeabilità iniziale
La permeabilita iniziale μi indica la facilita con cui il materiale si magnetizza se immerso in un campo magnetico. e' calcolata a basso flusso (< 10 gauss) e frequenza come:
μi = B/( μ0*H)
Permeabilità complessa
La permeabilità complessa descrive il comportamento del materiale al variare di frequenza, temperatura e densità di flusso
Permeabilità reale
μ′
Permeabilità immaginaria
μ′′
Forza magnetomotrice F
F = N*I
- Unità MKS: ampere*spire
- Unità CGS: gilbert
Campo di forze magnetizzante H
- Unità MKS: ampere-spire/metro
- Unità CGS: oersted (gilbert/cm)
In un toroide di raggio r:
H = (N*I)/(2*π*r)
densità di flusso B
B = µ*H
- Unità MKS: tesla, T oppure weber/metro²
- Unità CGS: gauss
Nell'aria risulta µ = 1, B = H.
Geometria del nucleo
Lunghezza del percorso
Le ≈ π (D + d) / 2
Area effettiva
Ae ≈ h (D - d) / 2
Fattore di induttanza
Al = nH/N²
Combinando la permeabilità del materiale e le dimensioni fisiche del nucleo si ottiene il fattore di induttanza, indicato con AL, spesso direttamente indicato dai produttori. Conoscendo AL e il valore di induttanza richiesto, si puo ottenere il numero di spire necessarie tramite la formula 1000⋅sqrt(μH/(AL⋅1000)).
L=(μ×N2×A)/(2πr)
Perdita nel materiale
La tangente di perdita μ′′/μ′ (espressa spesso come Tan(δ)) e' il rapporto tra l'energia accumalata e l'energia persa nell'induttore. Essa e' il reciproco del fattore di qualita' Q.
Spesso viene espressa come fattore di perdita (Tan(δ)/μi).
Flusso di saturazione
Per contenere le perdite dovute all'isteresi, la densita di flusso non deve superare i limiti dettati dal materiale usato.
Il numero minimo di spire degli avvolgimenti e' pari a: volt/(π ⋅ f ⋅ Bsat ⋅ sez)
Dove:
- f - frequenza in hertz
- Bsat - limite di saturazione in Tesla
- Sez - sezione magnetica in m^2
Temperatura di Curie
E' la temperatura oltre la quale si verifica un cambiamento permanente delle caratteristiche del materiale magnetico, che passa da un comportamento ferromagnetico a paramagnetico.
Il nucleo va dimensionato in modo da non raggiungere mai questa temperatura.
Materiali esistenti
Purtroppo la denominazione dei materiali ferromagnetici non e' standardizzata. Per districarsi si possono usare tabelle di equivalenza come questa.
Ferriti
| Materiale | µi | (Tan(δ)/µi)/freq | Bs | Tc | Frequenza | Note |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fair-Rite #31 | 1500 | 20/0,1 | 130 | Pensato per soppressione disturbi, alte perdite. | ||
| Fair-Rite #52 | 250 | 45/1 | 250 | facilmente reperibile all'interno degli alimentatori switching ATX per PC. Il nucleo piu comune, blu e verde, e' il T106-52 (Al=95). | ||
| Fair-Rite #43 | 800 | 250/1 | 130 | facilmente reperibile come materiale radiantistico in ogni forma e dimensione. | ||
| Fair-Rite #73 | 2500 | bassa tenuta in potenza | ||||
| Fair-Rite #77 | 2000 | 200 | ||||
| TDK N87 | 2100 | 490 mT | 210 | 25-500kHz | ||
| TDK N59 o PC200 | 800 | 480 mT | 210 | 70-4000kHz | ||
| TDK N49 | 1500 | 490 mT | 210 | 300-1000kHz |
Polveri metalliche
Fe, Fe-Si, Fe-Ni, Fe-Si-Al
| Materiale | µi | (Tan(δ)/µi)/freq | Bs | Tc | Frequenza | Note |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2P40 | 40 | 1500/0,1 | 950 | 160 | ||
| 2P50 | 50 | 1500/0,1 | 1000 | 160 | ||
| 2P65 | 65 | 1000/0,1 | 1150 | 160 |
Calcolatori
- https://www.changpuak.ch/electronics/amidon_toroid_calculator.php
- https://coil32.net/online-calculators/ferrite-torroid-calculator.html
- https://coil32.net/online-calculators/determine-toroid-core-permeability.html
- https://toroids.info/
- https://fair-rite.com/toroid-permeability-calculator/