Was ist Sättigung in einem Induktor

Ich habe oft gehört, dass "der Kern nicht groß genug ist, um mit dem Strom fertig zu werden, und die Sättigung erreichen wird". Was ist Sättigung und warum ist es schlecht, Sättigung zu erreichen?

Rawbrawbs Antwort erklärt nicht den tatsächlichen Mechanismus, durch den die Sättigung auftritt, was ziemlich einfach zu verstehen ist:

Es hilft zunächst zu verstehen, wie Materialien Magnetfelder erzeugen. Ein einfacher Weg, dies zu verstehen, ist, dass jedes Atom eine kleine Stromschleife ist, die ein Magnetfeld erzeugt.

Ein magnetisches Material hat eine große Anzahl dieser Schleifen. Diese Schleifen neigen dazu, sich in "magnetischen Domänen" auszurichten, die mikroskopische Bereiche sind, in denen alle Schleifen ausgerichtet sind. In einem nicht magnetisierten Material sind die Richtungen der Domänen zufällig verteilt, so dass kein Nettomagnetfeld vorhanden ist.

Durch Anlegen eines Magnetfelds an ein ferromagnetisches Material werden die magnetischen Domänen ausgerichtet, was zu einem "induzierten" Magnetfeld aus dem Material führt. Durch Erhöhen des angelegten Magnetfelds wird der Ausrichtungsgrad der Magnetdomänen erhöht und somit das induzierte Magnetfeld erhöht. Dies ist typischerweise sehr nichtlinear. Irgendwann richtet das angelegte Magnetfeld ALLE Domänen aus, und es ist nicht mehr möglich, das Magnetfeld des Materials zu erhöhen. Dieser Zustand wird als "Sättigung" bezeichnet.

Um dies zu verstehen, muss man zuerst die Rolle der Permeabilität in Magnetfeldern verstehen. Wenn Sie ein Material in einem Magnetfeld haben, das eine höhere Permeabilität aufweist, verstärkt es das Feld. Ein Gerät mit einem Material hoher Permeabilität hat also eine höhere Induktivität als dasselbe Gerät, jedoch ohne das Material. Dies ist eine gute Eigenschaft, da Sie damit höherwertige Komponenten bei geringerem Volumen erhalten.

_{(Quelle: material-sys.com )}

Es gibt oft eine Grenze für die Magnetfeldstärke, die solche Materialien unterstützen können. Die Mechanismen, wie sie ihre Permeabilität verlieren (oder verringern), unterscheiden sich je nach Material. Es gibt jedoch eine Grenze, über die die Permeabilität abfällt. An diesem Punkt (Hm, Bm) soll das Material gesättigt sein, was eine gute Analogie dazu ist, wie Wasser einen Lappen sättigt. Außer in diesem Fall verliert der Lappen oftmals die Fähigkeit, einen Teil des bereits aufgenommenen Wassers zu halten, was keine exakte Analogie darstellt.

Hierbei gibt es zwei Hauptgefahren:

1. Der Wert der Induktivität oder der Verknüpfungsinduktivität folgt keiner guten Beziehung, so dass sich die Parameter, unter denen die Schaltung konstruiert ist, verschieben können (wenn diese Sättigung nicht beabsichtigt ist). Einige Schaltungsentwürfe verlassen sich jedoch auf seinen Effekt, um ihre Aufgaben zu erfüllen.
2. Bei einigen Materialien nimmt die Permeabilität stark ab. Das bedeutet, dass die vorhandenen Magnetfeldlinien nun einen Platz finden müssen und infolgedessen aus dem Kernmaterial "herausspringen" und das Volumen um das Gerät herum schnell stützen. Diese sich schnell ausdehnenden Feldlinien können andere magnetische Geräte stören und sind auch eine Quelle für elektromagnetische Interferenzen (EMI).

Luftinduktivitäten haben weitaus geringere Induktivitätswerte, weisen aber auch diesen Sättigungseffekt nicht auf.