Utilizzo nel settore automobilistico delle bobine prodotte dalla KEMET della serie SC per alte temperature

Sono sempre più numerose le aziende automobilistiche che decidono di utilizzare i dispositivi ad alta tensione, al fine di migliorare il comfort di guida o di uso generale dell’autovettura. Tutto questo però comporta l’aumento del fabbisogno di energia elettrica. La soluzione a questo problema non consiste nell’aggiungere ulteriori fonti di energia (aumentando di conseguenza il peso e le dimensioni dell’autovettura), ma nello sfruttare in maniera più efficace quelle che utilizziamo attualmente. 

A tal proposito, sempre più spesso, vengono utilizzati i sistemi EPC (Electronic Power Control), applicati come regolatori di prestazioni. Tali sistemi devono soddisfare i requisiti dei produttori degli allestimenti originali delle macchine (OEM) nell’ambito di EMI, per non interferire con il funzionamento di altri dispositivi installati nell’auto. Proprio per questo motivo vengono utilizzate le bobine che eliminano le interferenze e attenuano i rumori prodotti dal dispositivo. La scelta dei materiali è essenziale per la conformità alle norme EMI e ai valori target relativi agli spazi e al peso. Per questo motivo sono iniziate le ricerche sulla creazione del materiale per la produzione dell’anima della bobina, con l’obiettivo di ottenere prodotti più piccoli e più economici e, cosa più importante, ad alte prestazioni.

Alla fine è stato creato il materiale 7HT utilizzato nelle bobine della serie SC prodotte dalla KEMET e in tanti altri prodotti su ordinazione speciale. Rispetto all’ultima versione (5HT) garantisce la migliore attenuazione dei rumori (del 40%), mantenendo gli stessi parametri del dispositivo (principalmente si tratta delle sue dimensioni). A seconda delle esigenze dei clienti, l’azienda KEMET è in grado di adattare questo parametro alle esigenze del determinato progetto. Le prestazioni vengono mantenute alla temperatura massima di 150°C, rendendo questa soluzione ideale per l’applicazione, ad esempio, nelle autovetture, vicino ai motori, oppure nei convertitori di corrente continua ad alta potenza o nei convertitori che costituiscono uno degli elementi del sistema di propulsione.

Figura 1. Bobina KEMET serie SC

Bobine in modalità comune o differenziale

La bobina è composta da un’anima toroidale ferromagnetica alla quale viene avvolto il filo. Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, il flusso della corrente genera il campo magnetico e la capacità di produrlo è espressa in henry [H]. Ogni campo magnetico variabile comporta la formazione di una forza elettromotrice variabile, cioè della corrente che passa in direzione opposta a quella originaria. In caso di frequenze più alte, le interferenze elettromagnetiche, causate dalla commutazione degli elementi a semiconduttore, introducono il campo magnetico e il flusso di induzione magnetica nel materiale, il che si traduce in perdite magnetiche e in aumento della temperatura del materiale magnetico. L’energia EMI è trasformata in calore e filtrata dalle linee energetiche.

Nelle bobine differenziali il filo è avvolto da un solo lato, in questo modo, indipendentemente dalla direzione della corrente, le interferenze saranno filtrate dalla corrente di conversione per ottenere la forma di energia magnetica, e in conseguenza del calore. Anche se i rumori vengono assorbiti alle frequenze più alte e più basse, l’alimentazione con la tensione continua o alternata genera il campo magnetico costante e le perdite. Inoltre, richiede i materiali ad alte capacità di saturazione, solitamente vengono applicati i nuclei di energia ferrosi o altri materiali ad alta saturazione.

La situazione è diversa in caso di bobine in modalità comune, al posto di una, vengono avvolte due bobine con le correnti opposte di induzione elettromagnetica che si escludono reciprocamente. Questo significa che solo la corrente interferenziale ( la corrente comune) genera il flusso di induzione magnetica e comporta l’aumento di calore nel materiale. È sufficiente che le possibilità di saturazione saranno uguali alla corrente interferenziale. A seconda delle caratteristiche delle interferenze, queste vengono descritte come interferenze asimmetriche che richiedono le bobine in modalità differenziale oppure i condensatori Y, e come interferenze simmetriche che richiedono le bobine in modalità comune oppure i condensatori X. Le bobine prodotte dall’azienda KEMET nella maggior parte funzionano in modalità comune, sono perfette per tutte quelle applicazioni dove è necessario attenuare i rumori e le relative interferenze elettromagnetiche. A seconda del prodotto, il comportamento differenziale (le falle) della bobina in modalità comune, può essere utilizzato per progettare le bobine di modalità doppia, che combinano tutti e due tipi di comportamento attenuante. Grazie all’utilizzo del materiale 7HT la loro efficacia è notevolmente aumentata e le dimensioni diminuite.

Permeabilità magnetica del materiale ferritico

Per ridurre efficacemente i rumori, è importante scegliere il materiale in linea con la banda di frequenza target. A seconda della sua permeabilità magnetica, il determinato materiale ferritico sarà efficace in una determinata banda di frequenza. I materiali di zinco e manganese con la permeabilità magnetica più alta sono più efficaci nelle bande di frequenza più basse, invece i materiali di zinco e nichel con la permeabilità magnetica più bassa sono più efficaci nelle bande di frequenza più alte.

Ambiente circostante e funzionamento della bobina

Un grande vantaggio delle bobine con l’anima realizzata in materiale 7HT è la possibilità di funzionare con alto carico di corrente (persino fino a 25 ampere). Le condizioni di funzionamento di tale bobina dipendono da:

  • temperatura massima dell’ambiente (nel nostro caso sono 150°C)
  • requisiti relativi all’isolamento a seconda della tensione di alimentazione e i requisiti relativi all’OEM
  • sbalzi di temperatura a causa della perdita di potenza dalla bobina

Figura 2. Bobine KEMET ad alta temperatura

Le bobine con l’anima realizzata in materiale 7HT sono più piccole rispetto a quelle con l’anima in materiale 5HT e, di conseguenza, più esposte agli agenti ambientali. Le bobine della serie SC disponibili nell’offerta dell’azienda KEMET possono essere adattate alle individuali esigenze del cliente. In questo modo possono essere utilizzate in caso di condizioni difficili di funzionamento, per esempio nei motori. Per le applicazioni automobilistiche le bobine di questa serie sono disponibili esclusivamente in versione adattata alle esigenze personali. Perché i progetti e il costo di ricerca siano accessibili dal punto di vista del prezzo, i lavori sui progetti individuali comportano determinati requisiti quantitativi. Altre informazioni sulle bobine prodotte dalla KEMET sono disponibili sul sito del distributore tme.eu.

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3 Commenti

  1. Iacopo Banchini Iacopo Banchini 5 febbraio 2020
    • Newton Newton 7 febbraio 2020
  2. Maurizio Maurizio 7 febbraio 2020

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