Ferriittisydämiset käämit

Ferriittisydäminen käämi (eli kela) on johdinmateriaali käämittynä ferriittimateriaalin ympärille. Ferriittisydän kasvattaa kelan induktanssia, mutta koska ferriitti on eristemateriaali siihen ei synny materiaalia kuumentavia pyörrevirtoja kuten esim. rautasydämisissä käämeissä.

käämi

Sähkömagneettinen induktio

Liikkuva varaus luo ympärilleen magneettikentän [1] , täten sähkövirtajohtimen ympärillä on magneettikenttä.
Ajan suhteen muuttuvan virran luoma ajan suhteen muuttuva magneettikenttä vastustaa sitä aiheuttavaa muutosta faradayn induktiolain mukaisesti [2] , eli heikentää vaihtovirtaa.
Suoran johtimen luoman magneettikentän vaikutukset ovat pieniä, mutta näitä vaikutuksia saadaan suuremmiksi mm. kiertämällä l. käämimällä johdinta silmukalle ja silmukoiden väliin asetettavalla sydänmateriaalilla. Näin tehden aikaansaatua komponenttia sanotaan käämiksi. Sydänaineen perusteella käämejä on kolmea erilaisia: ilma-,rauta- ja ferriittisydämiset

Induktanssi,reaktanssi,Impedanssi,

Sähkövirrasta aiheutuva jännitehäviö käämin yli on verrannollinen sähkövirtaan I ja käämin induktanssiin L.
Induktanssi kuvaa käämin kykyä vastustaa sähkövirtaa tai siis varastoida energiaa magneettikenttäänsä [3] .
Tässä yhteydessä induktanssilla tarkoitetaan itseisinduktanssia joka on eri asia kuin kahden (tai useamman) magneettisesti toisiinsa kytkeytyvän komponentin keskinäisinduktanssi, jota hyödynnetään muuntajissa. Induktanssin suuruuteen vaikuttavat johdinsilmukoiden lukumäärä ja pinta-ala ja sydänaineen permeabiliteetti.
Käämillä on komponenttina johtimesta aiheutuvan resistanssin R lisäksi magneettisista ominaisuuksista aiheutuvaa induktiivista reaktanssia X, joka on verrannollinen taajuuteen ja induktanssiin. Induktiivinen reaktanssi takia piirin jännitteelle ja virralle aiheutuu vaihesiirtoa siten, että virta jää jälkeen. Impedanssi Z on resistanssin ja reaktanssin summa [4] .

Käämin magneettikentän energia

Virtapiirissä käämi ottaa energiaa magneettikenttäänsä kun virta kasvaa, ja luovuttaa energiaa kun virta pienenee. Käämi kuluttaa loistehoa, kun taas kondensaattori tuottaa sitä. Loisteho ei ole työtä tekevää pätötehoa, mutta kuormittaa kuitenkin piiriä sen aiheuttaman virran takia.

Käämin käyttökohteet

Käämejä käytetään mm. muuntajina, tietyssä mielessä generaattoreissa, sähkömoottoreissa, suotimissa yhdessä kondensaattorien kanssa, mekaanisen voiman tuottamiseen (toroidi), virran rajoittamiseen (kuristin) ja jännitepiikkien muodostamiseen.

Ferriittisydän


Keraaminen magneetti

Ferriittisydän käämissä on jauhemetallurgisilla menetelmillä valmistettu magneetti, joka sisältää suuria määriä metallioksideja [5] . Tuloksena saadaan ferromagneettinen aine, jolla on pieni johtavuus. ferriitit voidaan jakaa kahteen osaan koersiivisuutensa [6] mukaan: kovat ja pehmeät [7] . Koersiivisuus kuvaa aineen magneettistä kovuutta, kuinka pitkään aine pysyy magneettisena ulkoisen magneettikentän vaikutuksen jälkeen.
Kovien ferriittien jäännösmagnetismi säilyy pitkään eli ne reagoivat magneettisiin muutoksiin hitaasti, kun taas pehmeiden ferriittien magnetoitumissuunta on helposti muutettavissa. Ilmiötä sanotaan hystereesiksi, ja magnetoituman muuttumiseen kuluvaa tehoa hystereesihäviöksi. Tästä syystä pehmeitä ferriittejä käytetään käämien sydämissä.


Ferriittisydämisen käämin käyttö elektroniikassa


Rautasydämisen käämin sydänmateriaalin pyörrevirrat aiheuttavat materiaalin kuumenemista ja tehohäviöitä, jotka kasvavat taajuuden kasvaessa. Ferriittisydän taasen ei juurikaan johda, joten sillä voidaan korvata rautasydämiset käämit korkeilla taajuuksilla. Vastaavan ilmasydämisen käämin koko olisi turhan iso, johtuen pienemmästä induktanssista. Lisäksi ferriittisydämisen käämin pieni koko mahdollistaa pienen resistanssin.
  • Ferriittisydämisen käämin käytöllä saavutetaan etua hinnassa ja koossa suurilla taajuuksilla ja induktansseilla vastaaviin ilmasydämisiin ja rautasydämisiin nähden

Muita käämityyppejä


katso myös


  1. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Magneettikentt%C3%A4
  2. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Faradayn_induktiolaki
  3. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Induktanssi
  4. ^ http://moodle.tut.fi/course/view.php?id=1910
  5. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Keraaminen_magneetti
  6. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismi
  7. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_%28magnet%29