Kernmaterialien - attempo Induktive Loesungen

Magnetische Bauteile und Baugruppen
Grundlagen, Anwendungsbereiche, Hintergründe und Historie
• Induktive Bauteile
Berechnung, Simulation
und Test
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• Filtersysteme
• EMV –Test, Beratung
und Seminare
• Entwicklungsunterstützung
• Kommunikationstechnik
• Feldbusanalysen
und Komponententest
• Umweltprüfverfahren
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Magnetische Bauteile von G.Schindler
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Kernmaterialien
Zur Verstärkung des magnetischen Feldes wird in den Isolierkörper (Spulenkörper) ein Kern aus magnetisch
leitfähigem Material eingebracht.
Dieses magnetisch leitfähige Material kann sein aus:
oder
oder
oder
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Eisen, Nickel, oder Kobalt bzw. Kombinationen
Mumetal
76NiFeSi
Trafoblech
FeSi
massiv, oder aus einzelnen Blechen zusammengesetzt
Ferritkern
Mangan/Zink, (gebräuchliche Ferrite)
Nickel/Zink, (K10, M13, höhere Frequenzen, EMV)
Magnesium/Aluminium und weitere
Gesintertes Herstellungsverfahren
Kompositkerne
Bestehend aus Eisenpulver/Permalloy und Ferrit
Metallpulverkern mit Isolation
Reineisenpulver mit Isolation
Molybdän-Permalloy-Pulver z.B. 81Ni17Fe2Mo
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Magnetische Bauteile von G.Schindler
Welches Material hat sich wofür bewährt:
Eisen, Nickel, oder Kobalt bzw. Kombinationen
NF-Bereich bis 200 kHz.
Transformatoren
Motoren
Generatoren
Bandkerne
hohe Sättigungsmagnetisierung JS
Fe + 0,5 – 5 Si
geringe Koerzitivfeldstärke HC
Fe + 30 – 35 Co
Permeabilität < 6000
VME111 µ = 15 000, µi = 3 000, BS = 1,50 T
NF-Übertrager
Stromsensoren
Drosseln
Telekom
Audio
Audio-Bahn (110V)
NF-Filter
Linearität der B/H-Kennlinie
Mumetall FeNi76
Die Arbeitsfrequenz ist von der
Fe + Ni
Blechdicke und Induktion abhängig
Fe + Ni + Co
Hohe Permeabilität bis µ = 150 000
Fe + 76% Ni µ = 150 000, µi = 60 000, BS = 0,77 T
Fe + 50% Ni µ = 45 000, µi = 5 000, BS = 1,55 T
Fe + 36% Ni µ = 15 000, µi = 3 000, BS = 1,20 T
Abschirmung
NF-Schirm
sehr hohe Anfangspermeabilität µi
und Wirbelstromverluste
Mumetall FeNi76
Fe + Co, Fe + Si
Dauermagnete
eigentlich Ferrite
B+H möglichst groß
Die Magnetisierung erfolgt einmalig
bei der Herstellung.
Fe+Co+Ni+Al+Cu
BaO 6Fe2O3
Sm+Co, NdFeB
Informationsspeicher rechteckige B/H-Kennlinie
Fe + Ni, Mg-Mn-Ferrite
Granatschichten
Die Verluste sind hier hauptsächlich auf Hysterese (Wandverschiebungen),
Wirbelströme (Leitfähigkeit des Kernmaterials) und Atomverschiebungen verursacht
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Ferrite
Ferrite sind aufgrund ihrer Flexibilität universell einsetzbar. Durch den Effektivitätsvorteil werden konventionelle Netzteile durch
Schaltnetzteile ersetzt. Wirkungsgrad von linearen Netzteilen ab 20-40 %. Auch die Gewichtseinsparung ist ein wichtiges
Kriterium. Die Permeabilität der Ferrite ist so hoch verfügbar, dass auch hochwertige NF-Trafos anstatt mit Mumetal, mit
Ferriten (z.B.T38) realisiert werden können. Die Anwendungsmöglichkeiten,
Formen und Eigenschaften sind sehr umfangreich. Ein weiterer Vorteil ist der
relativ hohe ohm’sch Widerstand (< Wirbelstromverluste).
Die Curie-Temperatur muss ab ca. 100°C beachtet werden.
Nickel/Zink, NiZn (rho, ρ > 102 Ωm)
Fe2O3 >50%, NiO > 10%, ZnO >10%
Relativ niedrige Wirbelstromverluste, Die Magnetostriktion ist bei Nickel stärker
Frequenzbereich bis > 1 GHz
• Leitungsdämpfung und Unterdrückung von HF-Schwingungen/Störungen
• MW/UKW-Filter
• Baluns, Hochfrequenzübertrager
• HF-Enstörbauteile
• Abschirmplatten
Mangan/Zink, MnZn
Frequenzbereich bis ca. 40 MHz
Relativ hohe Wirbelstromverluste (spezi. Widerstand ρ < 20 Ωm)
• Breitbandübertrager
• Leistungsübertrager
• Impedanz und Anpassungsübertrager
• Drosseln
• Stromkompensierte Drosseln
• Stromwandler
Die Verluste werden hauptsächlich durch Wirbelströme (Leitfähigkeit des Kernmaterials) und Elektronenplatzwechsel im
Kristall verursacht. Auch beim Kernmaterial tritt der Skineffekt auf (Verdrängung an die Oberfläche=>Eisenpulver)
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Komposit-Kerne, FPC-Kerne
Details
Diese Kerne bestehen aus 2 Komponenten – Ferrit und
Eisenpulver.
Das bietet eine hohe Permeabilität (Induktivität) bei
kleiner Aussteuerung und niederer Frequenz durch den
Ferritanteil und hohe Feldstärken durch den isolierten
Eisenpulveranteil.
Die Alterung ist temperatur- und feldstärkeabhängig !
Eisenpulverkerne
Ferrit
Ferrit
Eisenpulver
Eisenpulver
Metallpulver mit isolierendem Bindemittel gepresst,
erlaubt hohe Sättigungsmagnetisierung und Feldstärken.
Die Wirbelströme (Skineffekt) sind durch die elektrisch,
isolierten Pulverteile, wie bei sehr dünnen Blechen gering
– geringe Leitfähigkeit.
Die Alterung ist temperatur- und feldstärkeabhängig !
Weitere Ferritmaterialien müssen passend zur
Applikation nach technischen Daten ausgewählt werden.
Dies sind FeO3, Al-Mischungen, Granate usw.
Auch FPC Verbundwerkstoffe aus Kunststoff und Ferrit
sind für unterschiedliche Applikationen verfügbar.
Luftspulen (ohne Kernmaterial)
Bei Luftspulen sind hohe Güten (Q bis 400) erreichbar
Keine Sättigung durch Kernmaterialien
Der Strom ist durch den Draht begrenzt ( Querschnitt,
Temperatur, Wirbelströme, Skin-, Proximityeffekt usw.)
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Übersicht über weichmagnetische Werkstoffe
Material
Zusammensetzung Satt.-Induktion BS
T, Vs/m²
reines Eisen
Fe (100 %)
2,15
Fe-Si
Fe (96 %)
1,95
nicht kornorientiert Si ( 4 %)
Fe-Si
Fe (97 %)
2,0
kornorientiert
Si ( 3 %)
Permalloy 78
Ni (78 %)
1,08
Fe (22 %)
Superpermalloy
Ni (79 %)
0,8
Fe (16 %)
Mo ( 5 %)
Mumetal
Ni (77 %)
0,65
Fe (16 %)
Cu ( 5 %)
Cr ( 2 %)
Permendur
Fe (50 %)
2,45
Co (50 %)
Eisenpulver
Fe, Ni, Mo…
< 1,5
Bindemittel
Ferrit
NiZn
0,15 – 0,3
MnZn
0,20 – 0,5
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Koer.Feldstärke HC Permeabilität µmax
A/m
80
5 000
40
7 000
8
40 000
4
100 000
0,16
500 000
4
150 000
160
5 000
100 -1000
300
10 – 2 000
5 – 100
10 – 3 500
300 – 18 000
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Warum werden Ferrite verwendet?
Keramisch hergestellte magnetische Werkstoffe finden immer weitere Einsatzgebiete. Ferrite oder Ferrospinelle (alte
Bezeichnung) sind universell einsetzbar. Weichmagnetische Ferrite kommen als Kernwerkstoff für Spulen, Übertrager,
Sensoren und zahlreichen andere Anwendungen in Frage, die früher hochpermeablen und fein lamellierten Blechen und
Pulverkernen vorbehalten waren. Hartmagnetische Verbindungen finden als Dauermagnete Anwendung.
Das Einsatzgebiet weichmagnetischer Werkstoffe reicht von der Nieder- bis zur Hochfrequenztechnik.
Die allgemeinen Forderungen sind niedere Verluste und hohe Permeabilität.
Bei metallischen Kernmaterialien treten starke frequenzabhängige Wirbelstromverluste auf. Sie entstehen durch Ströme, die
das magnetische Wechselfeld in den leitenden Bereichen des Kerns induziert. Die Grenzfrequenz fg hängt vom spezifischen
Widerstand ρ, der Βlechdicke d und der Permeabilität µ ab.
Zusammenhang:
fg = Grenzfrequenz
ρ = spezifischer Widerstand (rho) Ω cm
µ = Permeabilität Vs/Am bzw. Ωs/m
d = Blechdicke in cm
Durch feinere Lamellierung, Verkleinerung von d, kann man zwar die Grenzfrequenz heraufsetzen, aber Bleche, dünner als
0,03 mm kann man nicht mehr wirtschaftlich herstellen. Auch nimmt wegen der notwendigen Isolation zwischen den Lamellen
der Füllfaktor und damit die auf den Kern-Gesamtquerschnitt bezogene Permeabilität stark ab.
Das Prinzip der Unterteilung führte folgerichtig zu den Pulver- und Permalloykernen. Bei diesen Kernen wird hauptsächlich
Karbonyleisen o.ä. durch Bindemittel zusammengehalten. Es lassen sich kugelige Teilchen von etwa 1 µm Durchmesser
herstellen, die gut voneinander isoliert (Luftspalte) werden können. Hierdurch ist aber eine Scherung der Permeabilität und
eine Verkleinerung des Füllfaktors verbunden. Daher wirkt sich eine Vergrößerung der Kornpermeabilität erst bei großen
Füllfaktoren merklich auf die Permeabilität eines Kerns aus. Da wegen der Isolation die Größe des Füllfaktors begrenzt ist liegt
die höchste erreichbare Permeabilität µ bei Pulverkernen in der Größenordnung von ca. 300.
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Ein weiterer Weg zur Erhöhung der Grenzfrequenz wäre eine Vergrößerung des spezifischen Widerstandes ρ. Dieser beträgt
bei reinem Eisen etwa 10-5 Ωcm. Durch Herstellung einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung konnte man jedoch nur eine
Verbesserung um den Faktor 15 erzielen. Bereits 1909 wurde von Hilbert erkannt, dass gewisse Ferrite, also nichtmetallische,
oxydische Stoffe, einen hohen spezifischen Widerstand (ρ bis zu 108 Ωcm) besitzen.
Das ist ein Faktor von 1013 größer, als bei Eisen. Allerdings dauerte es noch Jahrzehnte, bis für die Industrie wirklich
brauchbare Ferrite verfügbar waren. Diese Stoffe sind dann bei hohen Frequenzen verwendbar, vor allen durch wesentlich
geringere Wirbelstromverluste (eddy current).
Heute werden hauptsächlich MnZn - und NiZn-Ferrite eingesetzt. Diese Kerne sind von unterschiedlichen Herstellern mit
ähnlichen technischen Daten austauschbar verfügbar => second Source.
Allgemeine physikalische Eigenschaften von Ferriten:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Gewicht:
2-5g/cm³
Zugfestigkeit:
15 – 30 N/mm²
Druckfestigkeit:
50- 200 N/mm²
Vickershärte HV:
500 – 10000 N/mm²
Elastizitätsmodul E:
10 – 20 • 104 N/mm²
Bruchzähigkeit K:
0,5 – 1,5 N/m²
Curietemperatur:
100 – 500°C
Spezifische Wärme:
0,5 – 0,9 J/g • K
Wärmeleitfähigkeit
3 – 8 • 10-3 J • s • K
Linearer Ausdehnungskoeffizient:
5 – 10 • 10-6/ K
frequenzabhängig
Spezifischer Widerstand ρ:
101 – 109 Ωcm
1
6
frequenzabhängig
Dielektrische Konstante ε:
10 - 10
Elektrische Durchschlagsfestigkeit
0,1 - 2 kV/mm
frequenzabhängig
Beständigkeit gegen Strahlen (Gamma, Neutronen)
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Elektrische Verluste magnetischer Bauteile
Die Verluste sind abgesehen vom ohmschen Widerstand
RCuDC des Drahtes frequenzabhängig.
R(De)
R(Ph)
RCuDC RCu(f)
RK(f)
L
Die Kupferverluste werden bestimmt durch:
Draht, Temperatur, Wickeltechnik, Spannung, Strom
C (Summe)
Kupferverluste:
Parallelresonanzkreis
Ersatzbild
Wicklungsverluste (f = 0, ohmscher Widerstand RCuDC)
Wirbelstromverluste der Wicklung (Skineffekt, Proximity) RCu(f)
temperaturabhängige Verluste
Die Kernverluste werden bestimmt durch:
Kernmaterial, Kernform, Luftspalt, Temperatur, Lage der Wicklung
Abstand der Wicklung zum Kern, Feldstärke, Induktion, Signalform, Umgebung(Einbauart)
Kernverluste: RK(f)
Hystereseverluste
Wirbelstromverluste RW
temperaturabhängige Verluste
Nachwirkungsverluste
Zusätzliche Verluste
Dielektrische Verluste R(De)
Gyromagnetische Verluste
Verluste durch Abschirmung R(As)
Verluste durch Peripherie (RPh)
Dielektrische, Verluste, Verluste durch Wirbelströme in der Abschirmung
Der Verlustfaktor tan δ für Kernmaterialen in Abhängigkeit von der Frequenz fasst diese Verluste zusammen und stellt einen
Anhaltspunkt dar. Mit steigender Temperatur nehmen die Verluste, je niederer die Curietemperatur ist, stärker zu. Auch
müssen bei nicht perfekter Sinus-Welle, die Oberwellen separat betrachtet werden.
Bei einem Rechtecksignal muss noch die 7 Oberwelle (K7) mit relativ geringen Verlusten übertragen werden.
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Magnetisierungskurven von Industrie-Kernmaterialien ( MicroMetals, FerroxCube, Epcos, VAC )
Micrometals
Material 52
B m = 14 000 G / 1,4 T
B r = 1 450 G / 145 mT
Hm =
250 Oe / 20 kA/m
Hc =
6.3 Oe / 500 A/m
15 000
B
Gauss
10 000
5 000
50
100
150
H (Oersted)
200
250
Material 18
B m = 10 300 G / 1,03 T
Br =
940 G / 94 mT
Hm =
250 Oe / 20 kA/m
Hc =
8,1 Oe / 640 A/m
N87 100°C
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N87 25°C
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Werkstofftabellen nach EPCOS
Bevorzugte Anwendung
Resonanzkreise
Leitungs- Leistungs-Übertrager
dämpfung
Werkstoff
Material
K1
NiZn
M33
MnZn
N27
MnZn
N87
MnZn
N41
MnZn
T38
MnZn
T46
MnZn
750
± 25%
2 000
400
310
80
65
200 ...
1 000
< 12
< 20
< 1,8
> 200
2 000
± 25%
1 200
500
410
23
19
25...
150
2 200
± 25%
1 200
480
380
16
9
25...
500
2 800
± 25%
1 200
490
390
22
20
25...
150
10 000
± 30%
1 200
380
240
9
6
---
15 000
± 30%
1 200
400
240
7
6
< 1,5
>220
< 1,4
> 220
< 1,4
> 220
< 1,4
> 130
< 2,0
> 130
Symbol
µi
Anfangspermeabilität
(T = 25°C)
Messfeldstärke Induktion H
(nahe Sättigung) 10 kHz BS 25°C
BS 100°C
Koerzitivfeldstärke
HC 25°C
(f = 10kHz)
HC 100°C
Günstiges
1/s
Frequenzgebiet
Bezogener bei fmin
tan δ/µi
Verlustfaktor bei fmax
Hysteresematerialkonstante ηB
Curietemperatur
TC
BezogenerTemperaturbeiwert
Bei 25 ... 55°C
αF
Bei 5 ... 25°C
Mittelwert von αF
Breitband-Übertrager
Einheit
80
± 25%
A/m
5 000
mT
310
mT
280
A/m
380
A/m
350
kHz
1 500 ...
12 000
-6
10
< 40
-6
< 120
10
10-6 /mT < 36
°C
> 400
10-6/K
10-6/K
2 ... 8
7 ... 1
0,5...2,6
--
4
1,6
3
4
4
-0,4
-0,6
Bei 25 ... 55 °C
Dichte (Richtwert)
Desakkomodationfaktor
Bei 25 °C
Spezifischer
Gleichstromwiderstand
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ρ
DF
Kg/m³
10-6
4650
20
4 500
8
4 750
4 800
4 800
4 900
5 000
ρ
Ωm
105
5
3
8
2
0,1
0,01
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Vergleichsliste Ferritmaterialien
kleine Verluste
hoch permeabel
Materialgruppe (Resonanzdrosseln (Drosseln, Datenübertragung)
Permeabilität µi 750 2200 2200 4300 6000 10000 12000 15000
Epcos
M33 N26 N48 N30 T35 T38
T42
T46
Ferroxcube
3D3 3H1 3H3 2C11 3E25 3E5
3E6
3E7
Iskra
10G 16G 26G 19G 22G 12G
32G
52G
G
T
J
W
Magnetics
A
D
H6F H6B H6K 5H5 H5B H5C2
TDK
2H15
FDK
3H1 3H21 3H20 2H04 2H06 2H10
Würth
vergleichbar, entspricht ungefähr
Leistung (Standardanwendungen für
Schaltnetzteile)
3000 2000 2300 2200 2200 1300
N41 N27 N67 N87
N97 N49
3C81 3C80 3C85 2C90 3C96 3F35
25G 15G 45G 35G
65G 75G
F
P
K
PC30 PC40
PC47
6H10 6H20 6H40
TP3 TP4
UI
EI
P
I
Kernformen
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Magnetische Bauteile von G.Schindler
Analogien zwischen elektrischem Stromkreis, elektrischem Feld und magnetischem Feld
Stromkreis
Spannung
Strom
Widerstand
U
R I
Spannung
Strom
Ohm. Widerstand
R=l/A; R=U/I
Stromdichte
Ohm. Leitwert
U
I
R
Elektrisches Feld
Ladung
Spannung
Q
Kapazität
C U
Einheit
As
V
F; As/V
Magnetisches Feld
Durchflutung
Magn. Fluss
Θ
M. Widerstand
Rm Φ
Einheit
A
Vs
A/Vs; 1/Ωs
V
A
Ω; V/A
Spannung
U
Ladung
Q
Kapazität
C
C=ε0⋅ εr⋅ A/d; C = Q / U
V
As
F; As/V;
s/Ω
Durchflutung
Θ
Magn. Fluss
Φ
Magn. Widerstand
Rm
Rm=l/ µ0 ⋅ µr ⋅ Ae
Induktivität
L
L =N²/Rm ;L = (N ⋅ Φ) / I
Magn. Induktion
B
Magn. Leitwert
Λ
Feldstärke
H
H = N ⋅ I / l; Φ/ l
Magn. Induktion
B
B = µ0 ⋅ µr ⋅ H = Φ/A
Magn. Feldkonstante µ0
Relative Permeabilität µr
Zeitkonstante τ = L/R τ
Ringspule
L = (N2⋅ µ0 ⋅ µr⋅ Ae)/ l L
Teildurchflutungen im
Kreis
Θ = Rm ⋅ Φ
Feldenergie
W
W = ½ L ⋅ I² = ½ Φ ⋅ Iges
W = ½ H² ⋅ µ0 ⋅ µr ⋅ A ⋅ l
A
Vs
A/Vs; 1/Ωs
A/m²
Verschiebungsdichte D
S; A/V; 1/Ω
Feldstärke
E
E=U/d
Fussdichte
D
D = ε0 ⋅ εr ⋅ E = Q/A
Spezifischer Widerstand Ωm
Elektr. Feldkonstante ε0
ρ
Relativitätszahl
εr
Zeitkonstante τ=R C τ
Plattenkondensator C
C = (ε0 ⋅ εr ⋅ A) / d
Teilspannungen im Kreis V; Ω; A
U=RxI
Energie
J; Ws
Feldenergie
W
I² ⋅ R ⋅ t; U ⋅ I ⋅ t
W = ½ C⋅ U² = ½ Q⋅ U
W = ½ E² ⋅ ε0 ⋅ εr ⋅ A ⋅ d
Weitere Vergleiche sind möglich!
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S
G
Einheit
V
A
Ω; V/A
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As/m²
V/m
C/m²;
As/m²
As/Vm
-s
F; As/V
J; Ws
H; Vs/A; Ωs
Vs/m², T, G
Vs/A; Ωs
A/m; Oe
Vs/m², T; G
Vs/Am, 4⋅π nH/cm
-s
H; Vs/A
A; Ωs;
J; Ws
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Magnetische Bauteile von G.Schindler
Vergleich elektrischer Schwingkreis mit mechanischem Pendel
Dieser Vergleich zeigt, dass die magnetische Größen mit den entsprechenden elektrischen Größen durch den
Austausch von zumeist V und A übereinstimmen. Das ist der enge Zusammenhang. Ähnliche Zusammenhänge finden
wir aber auch bei anderen Gebieten wie Kinematik, Dynamik, Thermodynamik, Gravitation und Atomphysik.
Kondensatorspannung (bzw. elektrischer Feldstärke), Spulenspannung und mechanische Schwingung
und Stromstärke (bzw. magnetischer Flussdichte) bei der elektrischen Schwingung:
Die gleichen Graphen gelten im mechanischen Fall für Elongation, Geschwindigkeit und Beschleunigung (bzw. Kraft).
Einheiten:
elektrischer Schwingkreis
Induktivität: L = H; Vs/A ; Ωs
Kapazität: C = F; As/V ; 1/Ωs
Physikalisches Pendel
Länge:
l =m
Schwere: g = 9,81 m/s²
-beschleunigung
Schwingkreis elektrisch
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Schwingkreis Pendel
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Magnetische Bauteile von G.Schindler
Kernverluste unterschiedlicher Ferritmaterialien bei 100 °C
Applikationen für Schaltregler ab 100 kHz
Frequenz Material
fo
µe, µi Bsat TC
Kernverluste in mW/cm³, Bs in mT
100 kHZ
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Ferroxcube 3C90
Ferroxcube 3C30
Ferroxcube 3C92
Ferroxcube 3C91
Ferroxcube 3C93
Ferroxcube 3C94
Ferroxcube 3C34
Ferroxcube 3C96
Ferroxcube 3F3
Ferroxcube 3F35
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
EPCOS N67
EPCOS N87
EPCOS N92
EPCOS N97
EPCOS N49
Magnetics K
Magnetics F
TDK PC40
attempo
kHz
25°C
mT bei
1200
A/m
°C
< 200
< 200
< 200
< 300
< 300
< 300
< 300
< 400
< 700
< 1000
< 2000
< 2000
< 4000
<10000
< 200
< 300
2300
2100
1500
3000
1800
2300
2100
2000
2000
1400
900
900
650
80
2100
2200
≈470
≈500
≈520
≈470
≈500
≈470
≈500
≈500
≈440
≈500
≈410
≈420
≈380
≈320
≥ 220
≥ 240
≥ 280
≥ 220
≥ 240
≥ 220
≥ 240
≥ 240 370 45
≥ 200 500 72
≥ 240
200
≥ 220
≥ 300
≥ 300
≥ 260
200 100
370
400
300
720
700
700
400
50
55
41
82
95
110
70
80
60
22
40
20
100
40
42
65
42
10
9
8
15
20
30
20
40
20
10
5
1
1
5
9
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attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Frequenz
200 kHZ
Copyright ©
Material
Ferroxcube 3C90
Ferroxcube 3C30
Ferroxcube 3C92
Ferroxcube 3C91
Ferroxcube 3C93
Ferroxcube 3C94
Ferroxcube 3C34
Ferroxcube 3C96
Ferroxcube 3F3
Ferroxcube 3F35
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
EPCOS N67
EPCOS N87
EPCOS N92
EPCOS N97
EPCOS N49
Magnetics K
Magnetics F
TDK PC40
TDK PC50
attempo
fo
kHz
µe, µi Bsat TC
25°C mT bei °C
< 200
< 200
< 200
< 300
< 300
< 300
< 300
< 400
< 700
< 1000
< 2000
< 2000
< 4000
<10000
< 200
< 300
2300
2100
1500
3000
1800
2300
2100
2000
2000
1400
900
900
650
80
2100
2200
1200
A/m
≈470
≈500
≈520
≈470
≈500
≈470
≈500
≈500
≈440
≈500
≈410
≈420
≈380
≈320
Kernverluste in mW/cm³, Bs in mT
200 100 80
60
40
20
≥ 220
≥ 240
≥ 280
≥ 220
≥ 240
≥ 220
≥ 240
≥ 240
≥ 200
≥ 240
≥ 220
≥ 300
≥ 300
≥ 260
170 95
210 120
42
60
22
430 230
100
30
180
200
140
200
35
35
40
30
2000 380 200
1100 200 100
3000 340 160
95
40
80
1200
1100
900
2000
4
3
4
3
30
22
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attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Frequenz
500 kHz
700 kHz
Copyright ©
Material
Ferroxcube 3C96
Ferroxcube 3F3
Ferroxcube 3F35
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
EPCOS N87
EPCOS N92
EPCOS N97
EPCOS N49
Magnetics K
Magnetics F
TDK PC40
TDK PC50
Ferroxcube 3F35
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
EPCOS N92
EPCOS N97
EPCOS N49
Magnetics K
Magnetics F
attempo
fo
kHz
µe, µi Bsat TC
25°C mT bei °C
< 400
< 700
< 1000
< 2000
< 2000
< 4000
<10000
< 300
2000
2000
1400
900
900
650
80
2200
1200
A/m
≈500
≈440
≈500
≈410
≈420
≈380
≈320
≥ 240
≥ 200
≥ 240
≥ 220
≥ 300
≥ 300
≥ 260
< 1000 1400 ≈500 ≥ 240
< 2000
900 ≈410 ≥ 220
< 2000
900 ≈420 ≥ 300
< 4000
650 ≈380 ≥ 300
<10000
80 ≈320 ≥ 260
Kernverluste in mW/cm³, Bs in mT
200 100 80
60
40
20
1400 800
800 480
380
220
135
90
1000 520
900 450
250
200
70
62
1100
1100
950
740
900
1500
1100
1500
280
300
300
100
180
500
320
230
410
900
670
620
2000 1000 350
1050 500 180
1050 500 180
5500
10
8
400 kHz
18
42
180
35
35
35
12
5
35
55
5
6
10
8
2
8
53
30
28
1500
1000
2500
500
2050 950 250
1850 750
200
200
60
30
180
50
45
14
40
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12
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attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Frequenz
1 MHz
3 MHz
5 MHz
10 MHz
Material
TDK PC50
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
Magnetics K
Ferroxcube 3F4
Ferroxcube 3F45
Ferroxcube 3F5
Ferroxcube 4F1
Magnetics K
Ferroxcube 4F1
Ferroxcube 4F1
fo
kHz
µe, µi Bsat TC
25°C mT bei °C
1200
A/m
< 2000
< 2000
< 4000
<10000
900
900
650
80
≈410
≈420
≈380
≈320
≥ 220
≥ 300
≥ 300
≥ 260
< 2000
< 2000
< 4000
<10000
900
900
650
80
≈410
≈420
≈380
≈320
≥ 220
≥ 300
≥ 300
≥ 260
<10000
<10000
80 ≈320 ≥ 260
80 ≈320 ≥ 260
Kernverluste in mW/cm³, Bs in mT
200 100 80
60
40
20
7500 3500 1800 500
2000
1100
710
4200
60
400
250
150
500
8
85
55
32
70
52
32
20
30
1200 290 180
1750 400
650
3200
1200
100
150
450
300
27
18
12
100
60
100
210
180
35
55
90
100
850 450
220
Liste wir erweitert
Copyright ©
attempo
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 18/25
Magnetische Bauteile von G.Schindler
attempo
Abkürzungen
A
Ae
AL
AL1
magnetische Fläche bzw. Spulenquerschnitt
effektiver magnetischer Querschnitt
Induktivitätsfaktor, AL = L/N²
Mindestinduktivitätswert bei vorgegebener Aussteuerung
B = Applikationsabhängig, aber Standard ist Sinus
Minimaler Kernquerschnitt
Wickelquerschnitt
Widerstandsfaktor, AR = Rcu/N²
Dämpfung
Beschleunigung
Amin
AN
AR
a
a
α
αF
αE
B
B
B
∆B
B^
∆B^
B_
BR
BS
B
Copyright ©
Temperaturbeiwert TK
bezogener Temperaturbeiwert des Werkstoffs
Temperaturbeiwert der effektiven Permeabilität
Stromverstärkung
Bandbreite
magnetische Flussdichte / magnetische Induktion
1 T (Tesla) = 1 Vs/m² = 10-4 Vs/cm² = 104 G
1 G (Gauss) = 100 µT = 10-8 Vs/cm²
Hub der Flussdichte
Scheitelwert der magn. Flussdichte, Induktion
Scheitelwert der Hubs der Flussdichte, Induktion
Gleichfeldflussdichte, Gleichstrommagnetisierung
Remanente Flussdichte, Induktion
Sättigungsmagnetisierung, Sättigungsinduktion
Blindleitwert
delta
attempo
[mm²; cm², m² , inch²]
[ mm², cm², m², inch²]
[ nH, Vs/A x 10-9]
[ nH, Vs/A x 10-9]
[ mm²; cm², m², inch² ]
[ mm²; cm², m², inch² ]
[ µΩ, 10-6Ω ]
[ Verhältnis; dB ]
[ m/ s² ]
[ 1/K ]
[ 1/K ]
[ 1/K ]
[ Verhältnis; dB ]
[ Hz ]
[ T, Vs/m²; Vs/cm² ]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ T (Tesla), mT, Vs/m², G(Gauss)]
[ S; A/V; 1/Ω ]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 19/25
attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
BC
BL
C0
c0
kapazitiver Blindleitwert
induktiver Blindleitwert
Wicklungskapazität
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
c0 = 2,99792458 * 108 [ m/s]
Klirrfaktor
elektrische Flussdichte, Verschiebungsdichte
Desakkommodationsbeiwert DF=d/µi
Elektrische Elementarladung; e = 1,6021892 * 10-19
Elektrische Feldstärke
Aktivierungsenergie
Feldstärke in Oe, Angabe in amerikanischen Unterlagen
Feldstärke in Oe bei einer Induktion von 100 Gauss bzw. 10mT
absolute Dielektrizitätszahl im Vakuum
8,85418782 * 10-12 F/m
komplexe Dielektrizitätskonstante, Real- und Imaginärteil
relative Dielektrizitätskonstante
Kraft zwischen zwei parallelen Leitern
Kraft auf einen Leiter im homogenen Magnetfeld
Faraday-Konstante, F = 9,648456 * 104
Kupferfüllfaktor
Frequenz
Resonanzfrequenz
Grenzfrequenz
obere Grenzfrequenz
untere Grenzfrequenz
Magnetische Flussdichte, Induktion
1 Gauss = 10-4 T = 10-4⋅Vs/m²
Ohm’scher Leitwert, elektrischer Leitwert, Wirkleitwert
CDF
D
DF
e
E
Ea
ET
ET100
ε0
ε ε’ ε’’
εr
F
F
F
FCu
f
f0, fR
fgrenz
fmax, fgro, fgo, fo
fmin, fgru, fgu, fu
G
Gauss
G
Copyright ©
attempo
[ S; A/V; 1/Ω ]
[ S, A/V; 1/Ω ]
[ F, As/V]
[ m/s]
[C/m² (Coulomb)]
[ As ]
[ V/m ]
[ J, Ws, VAs]
[ Oe, 79,58 A/m]
[ Oe, 79,58 A/m]
[ F/m; As/Vm ]
[ N; kg*m/s² ]
[ N; kg*m/s² ]
[ C/mol ]
[ Hz, 1/s ]
[ Hz, 1/s ]
[ Hz, 1/s ]
[ Hz, 1/s ]
[Gauss, 10-4⋅Vs/m², T⋅10-4]
[ S; A/V; 1/Ω ]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
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attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
g
η
ηB
ηi
H
H^
H_
HC
h
h/µi²
Θ
I
I_
I^
J
J, S
K
Luftspalt
Wirkungsgrad eines Trafos
Hysteresematerialkonstante
Hysterekernkonstante
magnetische Feldstärke
1 A/m = 102 A/cm, 1 Oe = (1/0,4⋅ π)⋅10² = 79,554 A/m
1 A/m = 0,4⋅ π ⋅10-² = 0,01257 Oe
Scheitelwert der magn. Feldstärke
Gleichfeldstärke Gleichstrommagnetisierung
Koerzitivfeldstärke
Hysteresebeiwert des Materials
bezogener Hysteresebeiwert
Durchflutung
Stromstärke
Gleichstromanteil
Scheitelwert des Stromes
Polarisation
elektrische Stromdichte
thermodynamische Temperatur
Absoluter Nullpunkt 0 K = -273,16 °C
Bolzmannkonstante, k = 1,380662 * 10-23
Gesamtklirrfaktor
Grundschwingung, Grundwelle
Teilklirrfaktoren, x. Harmonische
k bzw. k1 = Grundwelle, k2, k3... = Oberwellen
Induktivität (frequenzabhängig)
relative Änderung der Induktivität
Induktivität der Spule ohne Kern
Hauptinduktivität
eta
eta
eta
theta
Kelvin
k
k
k1
k2; k3 ... kn
L
∆L/L
L0
LH
Copyright ©
attempo
[mm, inch ]
[ 1/mT, 1/10G ]
[ A-1H-½ ]
[ A/m, A/cm, Oe]
[ A/m, A/cm, Oe]
[ A/m, A/cm, Oe]
[ A/m, A/cm, Oe]
[ 10-6 cm/A ]
[ 10-6 cm/A ]
[A]
[A]
[A]
[A]
[ Vs/m² , T (Tesla)]
[A/m², A/mm² ⋅10-6]
[K]
[ J/K; Ws/K ]
[ H, Vs/A, Ωs, Wb/A ]
[ H, Vs/A, Ωs]
[ H, Vs/A, Ωs]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 21/25
attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Lp
Lp
Lrev
Primärinduktivität, Hauptinduktivität
Parallelinduktivität
reversible Induktivität
[ H, Vs/A, Ωs ]
[ H, Vs/A, Ωs ]
[ H, Vs/A, Ωs]
Ls
Ls
le
lN
Lw/DC
Lw/oDC
Λ
lamda
lamda
λ, λ0
Streuinduktivität
Serieninduktivität
effektive magn. Weglänge, wirksame Feldlinienlänge
mittlere Windungslänge
Induktivität mit Gleichstrombelastung
Induktivität ohne Gleichstrombelastung
magnetischer Leitwert
Wellenlänge, Vakuumwellenlänge
Bezogen auf Lichtgeschwindigkeit c/f
Magnetostriktion bei Sättigungsmagnetisierung
relative komplexe Permeabilität
Magnetische Feldkonstante, Induktionskonstante
µ0 = 4 ⋅π⋅10-7 = 1,25663706 ⋅10-6
relative wirksame Permeabilität
relative Anfangspermeabilität
relative Anfangspermeabilität
relative effektive Permeabilität
relativer Real-(Induktivitäts-)Anteil von µ
relativer Imaginär-(Verlust-)Anteil von µ
relative Permeabilität – Faktor
relative reversible Permeabilität
relativer Real-(Induktivitäts-)Anteil von µ
relativer Imaginär-(Verlust-)Anteil von µ
Beweglichkeit von Ladungsträgern
[ H, Vs/A, Ωs ]
[ H , Vs/A, Ωs]
[ m, cm, mm, inch]
[ m, cm, mm, inch]
[ H, Vs/A, Ωs ]
[ H, Vs/A, Ωs ]
[1/H, A/V, 1/Ωs ]
[m]
λS
µ
µ0
lamda
my
my
µapp
µa
µi
µe
µ’p
µ’’p
µr
µrev
µ’s
µ’’s
µp, µn
Copyright ©
attempo
[ Vs/Am; T⋅m/A; Vs/Am ]
[Vs/Acm⋅10², H/m]
[cm²/Vs]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 22/25
attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
µtot
N
η
ηB
P
PCu
Ptrans
PF
PV
p
Oe
Q
Q
Q
Φ
σ
R
RCu
eta
eta
Oersted
phi
sigma
Rh
∆Rh
Ri
RP
RP
RS
RS
Copyright ©
attempo
relative totale Permeabilität
abgeleitet aus der statischen B/H.Magnetisierungskurve
Windungszahl
Wirkungsgrad
η = Pa/ Pi
Hysteresematerialkonstante
Leistung
Kupferverlustleistung
übertragbare Leistung
Leistungsfaktor
Kernverlustleistung
spezifischer Gleichstromwiderstand
Feldstärke in Oersted
1 Oe = 79,58 A/m = (1/0,4⋅ π)⋅10²
Güte, Gütefaktor (Q = ωL/Rs = 1/tanδL
Ladung im elektrischen Feld
Wärmemenge
magnetischer Fluss
Dichte, Richtwerte zumeist für Kernmaterial
Widerstand
Kupferwiderstand ( DC; f = 0 )
RCu mm²/m = 0,01724 Ω bei 20°C
Hystererese-Verlustwiderstand eines Kerns
Änderung von Rh Hysrerese-Verlustwiderstand eines Kerns
Innenwiderstand
Parallel-Verlustwiderstand eines Kerns
Parallelwiderstand allgemein
Serien-Verlustwiderstand eines Kerns
Serienwiderstand allgemein
( Stromquelle, Spannungsquelle, Generator )
[ 10-6/mT ]
[ W, VA, J/s, Nm/s ]
[ W, VA, J/s, Nm/s ]
[ W, VA, J/s, Nm/s ]
[W/g, mW/g ]
[Oe, A/m]
[ As, C Coulomb ]
[ J, Nm, Ws ]
[ Vs, W(Weber] ]
[ g/cm³; kg/m³ ]
[ Ω, V/A]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 23/25
attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Rth
RV
S
thermischer Widerstand
effektiver Verlustwiderstand einer Spule
Stromdichte
[ K/W, K/VA ]
[Ω]
[ A/m² ]
s
ΣI/A
T
Luftspalt
magnetischer Formfaktor
Magnetische Flussdichte, Induktion
1 T = 104 Gauss, 1 Gauss = 10-4⋅Vs/m² = 10-4 T
Temperaturdifferenz, °C ist proportional zu °K
Curietemperatur
Zeit
Tastverhältnis
Verlustfaktor
bezogener Verlustfaktor
Hysterese-Verlustfaktor
Verlustfaktor der Spule
(Rest-)Verlustfaktor bei H -> 0
bezogener Verlustfaktor des Materials bei H -> 0
Zeitkonstante
Gleichstrom Zeitkonstante τCu = L/Rcu = AL/AR
Effektivwert der elektrischen Spannung
Scheitelwert der Spannung
Geschwindigkeit
1 m/s = 3,6 km/h, 100 km/h ≈ 28 m/s
effektives magnetisches Volumen
Energie, Arbeit
Blindwiderstand
komplexer Scheinwiderstand, komplexe Impedanz
Betrag des Scheinwiderstandes
[ mm ]
[1/mm ]
[T, Vs/m², Gauss ⋅104]
Tesla
∆T
TC
t
tV
tan δ
delta
tan δ e
tan δh
tan δL
tan δr
tan δ/µi
τ
τCu
U
U^
v
Ve
W
X
Z
|Z|
Copyright ©
attempo
[K]
[ °C , K , R ]
[s]
[s]
[s]
[ V, RI, W/A ]
[V]
[ m/s, km/h ]
[ mm³, cm³, m³ ]
[ J, Nm, Ws ]
[Ω]
[Ω]
[Ω]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 24/25
attempo
Magnetische Bauteile von G.Schindler
Z0
ZE
Zn
ω
Copyright ©
omega
attempo
Innenwiderstand einer Messspannungsquelle
Abschlusswiderstand Messempfängers
spezifischer Widerstand |Z|n = |Z|/N² x ε(le/Ae)
Kreisfrequenz; 2 x π x f
[Ω]
[Ω]
[ Ω/mm ]
[ s-1 ]
Ver. 1.0 vom 11.08.10
Seite 25/25