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Ferritas inductoras

Ferritas inductoras


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Las ferritas son uno de los principales materiales centrales utilizados en inductores y transformadores.

La ferrita del inductor se usa para proporcionar un aumento en la permeabilidad del medio alrededor de la bobina para aumentar la inductancia del inductor.

Las ferritas se utilizan ampliamente en la tecnología de inductores para mejorar el rendimiento del inductor.

¿Qué es la ferrita?

Las ferritas son básicamente un material magnético a base de hierro en forma de cerámica.

Las ferritas están hechas de polvo y, por lo tanto, los núcleos de ferrita utilizados en inductores y otras aplicaciones pueden fabricarse en una variedad de formas de acuerdo con los requisitos.

Las ferritas, o como también se les conoce, los materiales ferromagnéticos se pueden clasificar en dos categorías en función de su coercitividad magnética o persistencia del magnetismo interno:

  • Ferritas blandas: Las ferritas blandas son materiales de ferrita que pueden invertir fácilmente la polaridad de su magnetización sin que se necesite una cantidad significativa de energía para invertir la polaridad magnética. Esto significa que solo hay una pérdida de energía relativamente pequeña.

    Las ferritas blandas también tienen una alta resistencia eléctrica y, por lo tanto, cuando se utilizan en inductores y transformadores, las pérdidas por corrientes parásitas también son bajas.

    Las ferritas blandas suelen estar hechas de una mezcla de óxidos de hierro, níquel, zinc o manganeso. Los imanes de manganeso-zinc y níquel-zinc son los más comunes de los imanes de ferrita blanda. Como resultado de su alta resistencia, las ferritas blandas se usan ampliamente en los núcleos de inductores o transformadores porque dan como resultado una pérdida mínima de energía.

    Generalmente se aceptan ferritas blandas como aquellas que tienen una coercitividad de menos de 1 kA.m.

  • Ferritas duras: Las ferritas duras también se pueden llamar imanes permanentes. Conservan la polaridad de su magnetización una vez que se ha eliminado el campo de magnetización, es decir, tienen un alto nivel de remanencia.

    Los imanes de ferrita dura suelen estar hechos de óxidos de bario, hierro o estroncio. Son baratos de producir y son los imanes que se utilizan en una gran cantidad de aplicaciones, pero pueden verse más comúnmente en aplicaciones como imanes domésticos estándar (por ejemplo, imanes de cocina).

    Generalmente, se considera que las ferritas duras son aquellas con niveles de coercitividad superiores a 10 kA / m.

Las ferritas son generalmente materiales cerámicos a base de hierro químicamente inertes. Generalmente tienen la estructura química del formato XFe2O4, donde X es un material de transición.


Metales de transición utilizados en ferritas
Nombre de metalSímbolo de metal
CobaltoCo
CobreCu
ManganesoMinnesota
MagnesioMg
NíquelNi
ZincZn

Para fabricar las ferritas utilizadas en inductores y otras aplicaciones, las potencias de los metales se mezclan en proporciones y luego se muelen para dar el tamaño de grano requerido y luego se presionan para darle forma.

La sinterización implica calentar el material entre aproximadamente 1150 ° C y 1300 ° C.

La sinterización es un proceso en el que un material cerámico en polvo se mantiene en un molde para darle la forma requerida y luego se calienta a una temperatura que está por debajo del punto de fusión del material. Se encuentra que los átomos de las partículas de polvo se difunden a través de los límites de las partículas, de modo que las partículas se fusionan. De esta forma se crea un único elemento sólido.

El núcleo sinterizado de la ferrita del inductor puede requerir aún más acabado; se puede rectificar para proporcionar una superficie muy plana para situaciones en las que se requieren las mitades de acoplamiento de un núcleo. Aquí las superficies planas son esenciales para asegurar que los espacios de aire en inductores o transformadores, etc., sean lo más pequeños posible.

El material de ferrita terminado contiene miles de pequeños cristales o granos. Normalmente, estos miden alrededor de 10 µm de ancho. Dentro de cada grano o cristal hay muchos más dominios magnéticos más pequeños que pueden tener una orientación aleatoria después del calentamiento. Con la aplicación de un campo externo, estos dominios tenderán a orientarse en la misma dirección.

Permeabilidad de ferrita

Hay muchos parámetros que son importantes cuando se usa una ferrita dentro de un inductor. Sin embargo, el parámetro principal de una ferrita inductora es la permeabilidad. El nivel de permeabilidad de la ferrita del inductor permite que el inductor tenga una inductancia mucho mayor de la que tendría si solo se usara un núcleo de aire.

La permeabilidad de las ferritas utilizadas dentro de los inductores varía considerablemente entre los diferentes tipos de ferrita. Pueden tener niveles de permeabilidad que pueden oscilar entre 20 y más de 15.000, aunque algunos muy especializados pueden ser superiores.

Pérdidas del núcleo de ferrita del inductor

Un parámetro importante de interés para el ingeniero electrónico que usa ferritas en inductores son las pérdidas en el núcleo que presentan y su dependencia de la frecuencia.

Las pérdidas del núcleo de un núcleo de ferrita se pueden expresar de la siguiente manera:

PAGSC =PAGSh + PAGSmi + PAGSr

Dónde:
Pc = pérdida total del núcleo
Ph = pérdida por histéresis
Pe = pérdida por corrientes parásitas
Pr = pérdida residual

Se encuentra que la pérdida por histéresis aumenta linealmente al aumentar la frecuencia y el flujo. La pérdida por corrientes parásitas aumenta exponencialmente al aumentar la frecuencia y el flujo. Sin embargo, se encuentra que la pérdida por histéresis es la pérdida del núcleo dominante hasta una frecuencia determinada por el rendimiento del núcleo. Por encima de esto predomina la pérdida por corrientes de Foucault.

Para mejorar el rendimiento de alta frecuencia, el tamaño de grano utilizado en la preparación de la ferrita utilizada para el inductor debe ser pequeño y, además, la mezcla utilizada debe estar libre de impurezas.


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