Ferrites Indutores: O que são
Detalhes de ferritas e sua tecnologia usada para o material do núcleo de muitos indutores e transformadores.
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Nosso tutorial sobre indutores inclui:
Tipos de indutores | Especificações de indutores | Como selecionar o indutor correto | Ferrites | Esferas de ferrite | Transformadores, tipos, aplicações
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As ferritas são um dos principais materiais de núcleo usados em indutores e transformadores.
A ferrita do indutor é usada para fornecer um aumento na permeabilidade do meio ao redor da bobina para aumentar a indutância do indutor.
As ferritas são amplamente utilizadas na tecnologia de indutores para melhorar o desempenho do indutor.
O que é ferrita?
As ferritas são basicamente materiais magnéticos à base de ferro na forma de uma cerâmica.
As ferritas são feitas de um pó e, portanto, os núcleos de ferrita usados em indutores e outras aplicações podem ser fabricados em uma variedade de formas de acordo com os requisitos.
As ferritas, ou como também são conhecidas como materiais ferromagnéticos, podem ser classificadas em duas categorias com base em sua coercividade magnética ou persistência de magnetismo interno:
- Ferritas moles: As ferritas moles são materiais de ferrite capazes de inverter facilmente a polaridade de sua magnetização sem que seja necessária uma quantidade significativa de energia para inverter a polaridade magnética. Isso significa que há apenas uma perda relativamente pequena de energia.
As ferritas macias também têm uma alta resistência elétrica e, portanto, quando usadas em indutores e transformadores, as perdas por correntes parasitas também são baixas.
As ferritas moles são geralmente feitas de uma mistura de óxidos de ferro, níquel, zinco ou manganês. Os ímãs de manganês-zinco e níquel-zinco são os mais comuns dos ímãs de ferrite macia. Devido à sua alta resistência, os ferrites macios são amplamente utilizados nos núcleos de indutores ou transformadores, pois resultam em perda mínima de energia.
Geralmente, as ferritas moles são aceitas como aquelas com coercividade inferior a 1 kA.m. - Ferritas duras: As ferritas duras também podem ser chamadas de ímãs permanentes. Eles mantêm a polaridade de sua magnetização uma vez que o campo magnetizante foi removido, ou seja, eles têm um alto nível de remanência.
Os ímãs de ferrite dura são normalmente feitos de óxidos de bário, ferro ou estrôncio. Eles são baratos de produzir e são os ímãs usados em um grande número de aplicações, mas podem ser mais comumente vistos em tais aplicações como ímãs domésticos padrão (por exemplo, ímãs de cozinha).
Geralmente são consideradas ferritas duras aquelas com níveis de coercividade superiores a 10 kA/m.
As ferritas são geralmente materiais cerâmicos à base de ferro quimicamente inertes. Eles geralmente têm a estrutura química do formato XFe2O4, onde X é um material de transição.
| METAIS DE TRANSIÇÃO USADOS EM FERRITAS | |
|---|---|
| NOME DO METAL | SÍMBOLO DE METAL |
| Cobalto | companhia |
| Cobre | Cu |
| Manganês | Mn |
| Magnésio | mg |
| Níquel | Ni |
| Zinco | Zn |
Para fabricar as ferritas usadas em indutores e outras aplicações, as potências dos metais são misturadas em proporções e depois moídas para fornecer o tamanho de grão necessário e depois prensadas na forma.
A sinterização envolve o aquecimento do material entre cerca de 1150°C e 1300°C.
A sinterização é um processo em que um material cerâmico em pó é mantido em um molde para obter a forma desejada e, em seguida, aquecido a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do material. Verificou-se que os átomos nas partículas de pó se difundem através dos limites das partículas, de modo que as partículas se fundem. Desta forma, um único item sólido é criado.
O núcleo sinterizado do ferrite do indutor ainda pode exigir acabamento adicional – pode ser retificado para fornecer uma superfície muito plana para situações em que são necessárias metades correspondentes de um núcleo. Aqui as superfícies planas são essenciais para garantir que as lacunas de ar em indutores ou transformadores, etc., sejam as menores possíveis.
O material de ferrite acabado contém milhares de pequenos cristais ou grãos. Normalmente, eles têm cerca de 10 µm de diâmetro. Dentro de cada grão ou cristal existem muitos domínios magnéticos menores que podem ter uma orientação aleatória após o aquecimento. Com a aplicação de um campo externo, esses domínios tenderão a se orientar na mesma direção.
Permeabilidade da ferrita
Existem muitos parâmetros importantes quando uma ferrita é usada em um indutor. No entanto, o principal parâmetro para uma ferrita indutora é a permeabilidade. O nível de permeabilidade do ferrite do indutor permite que o indutor tenha uma indutância muito maior do que se fosse usado apenas um núcleo de ar.
A permeabilidade das ferritas usadas em indutores varia consideravelmente entre os diferentes tipos de ferrita. Eles podem ter níveis de permeabilidade que podem variar entre 20 a mais de 15.000, embora alguns muito especializados possam ser mais altos.
Perdas do núcleo de ferrite do indutor
Um dos principais parâmetros de interesse para o engenheiro eletrônico que usa ferritas em indutores são as perdas no núcleo que elas exibem e sua dependência de frequência.
As perdas do núcleo de um núcleo de ferrite podem ser expressas da seguinte maneira:
Onde:
Pc = perda total do núcleo
Ph = perda por histerese
Pe = perda por corrente parasita
Pr = perda residual
Verificou-se que a perda por histerese aumenta linearmente com o aumento da frequência e do fluxo. A perda por correntes parasitas aumenta exponencialmente com o aumento da frequência e do fluxo. No entanto, verifica-se que a perda por histerese é a perda do núcleo dominante até uma frequência determinada pelo desempenho do núcleo. Acima disso, predomina a perda por correntes parasitas.
Para melhorar o desempenho de alta frequência, o tamanho de grão usado na preparação da ferrita usada para o indutor deve ser pequeno e também a mistura usada deve estar livre de impurezas.
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