Železné jadro

Jadro trafa skladané, s vyznačením vzduchovej medzery

Železné jadro je v elektrotechnike konštrukcia z feromagnetických materiálov, ktorú je možné ľahko premagnetovať. Jadro môže byť vyrobené z masívneho materiálu alebo vrstvené z plechu. Ak je jadro vrstvené, hovoríme tiež o pakete plechov. Jeho hlavnou úlohou je v spojení s cievkami pretekanými prúdom viesť magnetický tok a zväčšovať indukčnosť cievky a magnetickú indukciu.

Fyzikálne základy

Ak cievkou preteká elektrický prúd, vzniká v okolí cievky magnetické pole. Toto magnetické pole sa jadrom z feromagnetického materiálu (železo, nikel, kobalt) zosilňuje. Zosilnenie dosahuje u vhodných látok až 10 000 násobku. Feromagnetické jadro zlepšuje magnetickú vodivosť, tým koncentruje magnetický tok tam, kde potrebujeme jeho pôsobenia. U transformátora znižuje jadro počet závitov cievky. Iba feromagnetické látky obsahujú pod Curieho teplotou (napríklad u železa činí táto teplota 768 stupňov Celzia) vnútri molekulárnej magnety. Feromagnetickým jadrom sa magnetický tok usmerní do potrebnej dráhy. To je dôvod minimálneho rozptylového toku u jadier prstencového tvaru ako je toroidné jadro. Všeobecne je magnetická vodivosť v úzkych medziach konštantná a závislá na magnetickej indukcii. Pri vysokých hodnotách magnetickej indukcie stráca feromagnetický materiál svoju vysokú magnetickú vodivosť (permeabilitu). Tá sa v extrémnom prípade, označovanom ako stav nasýtenia redukuje na permeabilitu vákua.

Konštrukcia železných jadier

Pri konštrukcii železných jadier je potrebné zvážiť rôzne magnetické veličiny:

Intenzitu magnetického poľa "H"
Magnetickú indukciu "B"
Indukčnosť "L"
Straty vírivými prúdmi
Relatívnu permeabilitu (magnetickú vodivosť jadra)

V závislosti na predpokladanom použití sa feromagnetické jadra vyrábajú z rôznych materiálov. Tu je dôležité voliť taký materiál, aby dochádzalo k čo najmenším stratám v železe. Tieto vlastnosti je možné vyčítať z hysteréznej krivky. Aby bolo pôsobenie jadra optimalizované, zhotovuje sa vinutie cievok tak, aby zostal čo najmenší voľný priestor medzi jadrom a kostrou cievky.

Jadrá pre cievky s jednosmerným prúdom

Pretože pri prietoku jednosmerného prúdu vírivé prúdy nevznikajú, môžu byť feromagnetické jadra zhotovené z masívneho železa miesto z plechov. Tieto masívne jadra môžu byť zhotovená ako z liatiny, tak z ocele. Napriek tomu sú v praxi aj tieto jadrá zhotovované z plechov. U malých jednosmerných motorov bývajú ako póly často použité feritové magnety.

Jadrá pre cievky s nízkofrekvenčným striedavým prúdom

Straty vírivými prúdmi rastú kvadraticky s frekvenciou a sú u masívnych jadier tak veľké, že sa tieto jadrá silno zahrievajú. To je dôvod, prečo sa jadra pre zníženie strát zhotovujú z tenkých a vzájomne izolovaných plechov. Z týchto plechov sa podľa požadovaného využitia vystrihujú potrebné tvary (M - EI - UI), alebo sa z pásikov z rovnakého materiálu navíjajú uzavreté jadra (toroid - Unicore - C-jadro).

Jadrá pre cievky s vysokofrekvenčným striedavým prúdom

Pre použitie vo vysokofrekvenčnej oblasti sa jadra lisujú zo zmesi železného prachu a izolačnej hmoty. Ide o takzvané ferity. Ferity sa správajú rovnako ako ostatné feromagnetické materiály, ale vďaka použitému výrobnému procesu (spekanie) majú veľmi nízku elektrickú vodivosť. Vďaka nízkej elektrickej vodivosti v nich ani pri vysokých frekvenciách nevznikajú straty vírivými prúdmi.

Príklady použitia feromagnetických jadier

Literatúra

Klaus Tkotz: Příručka pro elektrotechnika; Europa - Sobotáles 2006; ISBN 80-86706-13-3
Antonín Blahovec: Elektrotechnika I; Informatorium 2005; ISBN 80-7333-043-1
Transformer Cores Archivované 2011-12-16 na Wayback Machine - ďalšie informácie o železných jadrách

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Železné jádro na českej Wikipédii.