Železné jádro

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Jádro trafa složené z plechů
Jádro trafa skládané, s vyznačením vzduchové mezery
Polovina feritového jádra tvaru EE

Železné jádro je v elektrotechnice konstrukce z magneticky měkkých feromagnetických materiálů, kterou je možno snadno přemagnetovat. Hlavním úkolem jádra (ve spojení s cívkami protékanými proudem) je koncentrovat a vést magnetický tok, zvětšovat indukčnost cívky a magnetickou indukci. Pro stejnosměrné aplikace může být jádro vyrobeno z plného - masivního materiálu (litiny). Pro střídavé magnetické obvody (průmyslového kmitočtu) jsou jádra sestavena ze vzájemně izolovaných transformátorových plechů s úzkou [[hysterezní smyčka|hysterezní smyčkou]] a s co nejvyšším ohmickým odporem materiálu. Pro vysokofrekvenční obvody jsou jádra zhotovena lisováním z feritového prášku. Důvodem je omezení ztrát [[vířivé proudy|vířivýni proudy]] v jádru.

Fyzikální základy[editovat | editovat zdroj]

[[Elektrický proud]] procházejí vodičem vytváří kolem vodiče [[magnetický tok]] - [[magnetické pole]]. Vytvoříme-li z vodiče cívku, dojde ke koncentraci magnetického toku jednotlivých vodičů - závitů. Zesílení magnetického pole dosahuje u vhodných látek až 10 000 násobku. Jádro transformátoru určuje vazbu mezi vinutími.

Pouze feromagnetické látky obsahují v molekule, při teplotách nižšších než Curieho teplota, molekulární magnety (Curieho teplota železa je 768 stupňů Celsia).

Feromagnetické jádro cívky (železo, nikl, kobalt) má oproti okolí (vzduch) větší magnetickou vodivost (permeabilitu) a tím určuje a koncentruje magnetický tok a většině magnetického toku určuje směr a cestu kudy má protékat. Zbývající část toku se uzavírá rozptylovými cestami. Rozptylový magnetický je poměrně malý, pokud hodnoty magnetická indukce nepřekročí za bod ohybu [[hystrerezní křivka|hystrerezní křivky]]. V této části má hystrerezní křivka lineární průběh. Rozptylový magnetický tok velmi značně naroste, pokud magnetická indukce překročí bod ohybu [[hystrerezní křivka|hystrerezní křivky]]. Při vysokých hodnotách magnetické indukce se další narůstající tok uzavírá jen rozptylovými cestami. Tento stav je označován jako stav nasycení permeabilita se redukuje na permeabilitu vakua.

Minimálního rozptylového toku u jader je dosahováno u prstencového tvaru jádra označované jako toroidní jádro.

Konstrukce železných jader[editovat | editovat zdroj]

Při konstrukci železných jader je třeba zvážit různé magnetické veličiny:

V závislosti na předpokládaném použití se feromagnetická jádra vyrábějí z různých materiálů. Zde je důležité volit takový materiál, aby docházelo k co nejmenším ztrátám v železe a miinimálního rozptylu. Vlastnosti materiálu je možné vyčíst z hysterezní křivky. Aby bylo působení jádra optimalizováno, zhotovuje se vinutí cívek tak, aby vazba mezi cívkami byla těsná (cívky se vinou na sebe) a současně aby zůstal co nejmenší volný prostor mezi jádrem a kostrou cívky. V některých případech požadujeme volnou vazbu, například u svařovacího transformátoru, kde primární a část sekundárního vinutí jsou uloženy na protilehlé straně jádra.

Jádra pro cívky se stejnosměrným proudem[editovat | editovat zdroj]

Protože při průtoku stejnosměrného proudu nevznikají vířivé proudy, mohou být feromagnetická jádra zhotovena z masivního železa. Tato masivní jádra mohou být zhotovena například z litiny nebo oceli. Přesto jsou v některých případech tato jádra zhotovována z plechů. U stejnosměrných (komutátorových) motorů může být magnetický obvod statoru (buzení) zhotoven z plného materiálu. Kotva (rortor) musí být vždy sestavena z transformátorých plechů. U malých stejnosměrných motorů bývají jako póly často použity permanentní magnety.

Jádra pro cívky s nízkofrekvenčním střídavým proudem[editovat | editovat zdroj]

Ztráty vířivými proudy rostou kvadraticky s frekvencí. Vlivem vířivých proudů se v jádru vyvíjí tepelná energie a jádro se zahřívá a snižuje množství energie přenesené magnetickým tokem. U masivních jader magnetovaných střídavým proudem je všechna přenášená energi zmařena v jádru, které se silně zahřívá. To je důvod, proč se jádra pro snížení ztrát zhotovují z tenkých a vzájemně izolovaných plechů. Z těchto plechů se podle požadovaného využití vystřihují potřebné tvary (M - EI - UI), nebo se z pásků navíjejí uzavřená jádra (toroid - Unicore - C-jádro).

Jádra pro cívky s vysokofrekvenčním střídavým proudem[editovat | editovat zdroj]

Pro použití ve vysokofrekvenční oblasti se jádra lisují ze směsi železného prachu a izolační spékací hmoty. Jde o takzvané ferity. Ferity se chovají stejně jako ostatní feromagnetické materiály, ale díky použitému výrobnímu procesu (sintrování) mají velmi nízkou elektrickou vodivost. Díky nízké elektrické vodivosti v nich při vysokých frekvencích vznikají zanedbatelné ztráty vířivými proudy.

Příklady použití feromagnetických jader[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Eisenkern na německé Wikipedii.