Зазор в феррите трансформатора

Для чего ЗАЗОР в сердечнике.Как работают прямоходовый и обратноходовый преобразователи

В импульсных преобразователях применяют ферритовые сердечники с зазором,но не во всех преобразователях,в основном так делают в прямоходовых и обратноходовых инверторах.Рассмотрим их принцип работы.

Прямоходовый преобразователь.Когда транзистор открыт,по обмотке 1 трансформатора протекает ток,на обмотке 2 индуцируется ЭДС или высокое напряжение.Знаки плюс и минус на обмотке 2 будут соответствовать знакам на обмотке 1.Плюс на диоде и ток будет заряжать конденсатор и идти в нагрузку через диод.Когда транзистор закрыт,на диоде будет минус и он тоже будет закрыт, ток в нагрузку будет идти через заряженный конденсатор.Зазор в таком преобразователе делают для устранения насыщения сердечника,уводят как можно дальше это состояние.

Обратноходовый преобразователь.Здесь все точно также как и в прямоходовом,только изменена фазировка выводов обмоток 1 и 2.Когда транзистор открыт,ток протекает по обмотке 1,на обмотке 2 индуцируется ЭДС,но вот знаки двух обмоток будут разноименными.При открытом транзисторе диод будет закрыт,так как на аноде диода будет минус,при закрытом транзисторе на обмотке 2 знаки поменяются,на аноде теперь будет плюс и диод открывается.Обмотка 2 здесь работает как дроссель-накопитель энергии.Зазор в таком преобразователе делают для того,чтобы увеличить магнитное сопротивление сердечника,тем самым дроссель накапливает больше энергии и преобразователь работает эффективней.

Источник

Тема: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

Опции темы

Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

Всем доброго времени суток!
Подскажите, какой максимальной длины можно создавать зазор между половинками Ш-образного ферритового сердечника в зависимости от геометрических параметров (длина магнитной линии, периметр центрального керна и т.д.)? Может, есть какие то рекомендации или правила?

В поиске решения мне попадались рекомендации рода «зазор желательно не более 1/30 длины магнитной линии» или «зазор не больше 1/4 ширины центрального керна» и т.п., из которых также неясно, как быть в случае, если зазор делится пополам между центром и боковыми половинками.

В общем, посоветуйте, как быть

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

это правило распространяется на полный зазор. при делении зазора на 2 стороны для каждой стороны получаем не более 1/60 длины магнитной линии.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

Это всё чисто эмпирические правила, поскольку у разных магнитных материалов петля гистерезиса разная.
Величина немагнитного зазора — это результат компромисса между линейностью сердечника и величиной магнитной проницаемости. Чем больше зазор, тем выше линейность и меньше проницаемость. А снижение проницаемости приводит к уменьшению индуктивности обмотки и росту тока холостого хода через трансформатор.
Вот и выбирайте компромисс, который Вас устроит.
Посмотрели ток хх без зазора, потом с небольшим пробным зазором (его можно организовать с помощью, например, алюминиевой фольги, сложенной нужное число раз). Посмотрели, как увеличился ток хх. Уменьшили — увеличили зазор и т.д.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

зазор не для трансформатора, а для дросселя корректора коэффициента мощности;

у меня по расчетам получился «компромисс» между индукцией и величиной зазора — сердечник из двух Е-половинок сердечника EI-33, у него длина магнитной линии 106 мм; при прочих равных условиях, при индукции 0,25 Тл мне нужен суммарный зазор аж 4 мм (рассчитан по уравнению зависимости удельной индуктивности от величины зазора; аналогичные приводятся в TDK-даташите)

потому и вопрос — не много ли 4 мм при магнитной линии 106 мм?

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

у меня по расчетам получился «компромисс» между индукцией и величиной зазора — сердечник из двух Е-половинок сердечника EI-33, у него длина магнитной линии 106 мм; при прочих равных условиях, при индукции 0,25 Тл мне нужен суммарный зазор аж 4 мм (рассчитан по уравнению зависимости удельной индуктивности от величины зазора; аналогичные приводятся в TDK-даташите)

потому и вопрос — не много ли 4 мм при магнитной линии 106 мм?

Почему бы Вам не поставить 4-мм прокладочку, например, из картона — и посмотреть, какая будет индуктивность? Расчеты в магнитных нелинейных цепях затруднительны и не точны. Практика надежнее.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

прокладка должна тогда быть 2 мм, так как зазор делится на две стороны.
если по этому правилу, то 4 мм многовато для магнитной линии 106 мм.
нужно пробовать.
две Е половинки только дают выигрыш в площади окна, больше ни в чем. число витков будет то же самое.
какие у тебя исходные данные для расчета дросселя? мне нужны индуктивность и максимальный ток. дай, я пересчитаю в своей программе.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

так точно, расчет зазора выполнен на основе экспериментальных замеров индуктивности от величины зазора

1) Старичок, дроссель нужен 508 мкГн с максимальным током 4,45 А;
я насчитал для зазора 4,22 мм (два кусочка стекла по 2,11 мм (ну так, из того что под рукой)), что витков нужно будет 78, а индукция составит 0,244 Тл;
соответственно, такой зазор составит 1/25 длины магнитной линии (106 мм); площадь поперечного сечения 1,19 см 2 (как у EI-33).

2) уж не знаю, 0,244 Тл для (предположительно) РС40 много или мало, но если делать на меньшую индуктивность, зазор получается просто огромным (для всё тех же 2-х половинок EI-33);
если же можно хотя бы до 0,27-0,28 Тл, то зазор будет порядка 3,5 мм (суммарный)

3) к слову, длину магнитной линии посчитал из отношения индуктивностей пробных обмоток (по 25 витков) на EI-33 и на сердечнике из 2-х Е-половинок от EI-33.
зазор определял по уравнению удельной индуктивности от длины зазора (позаимствовано из даташита TDK), найденного по опытным значениям индуктивности при разных зазорах.

4) я потому так и сделал, что в обычный EI-33 у меня обмотка, скорее всего, не влезет (или влезет, но с плотностью тока больше 10 А/см 2 )

———- Добавлено в 19:36 ———- Предыдущее сообщение в 19:26 ———-

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

индукцию можно взять больше, до 0,3 Т. но это при условии, что максимальный ток не окажется больше указанной величины.
но еще не мешало бы сделать запас, так как выход в режим будет происходить при более высоком токе, чем в рабочем режиме.
что-то у тебя не так получилось. для зазора 4,22 мм у меня получается 90 витков.
можешь попробовать намотать так:
1 вариант. полный зазор 2 мм, амплитуда тока 4,5 А, число витков 68, амплитуда индукции 0,284 Т.
2 вариант. полный зазор 3 мм, амплитуда тока 4,5 А, число витков 80, амплитуда индукции 0,245 Т.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

Сразу вопрос: почему предлагается проводник в качестве прокладки? Ведь поимеем дополнительное снижение индуктивности за счет КЗ витка.

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

число витков я считал по формуле из книги А. Прессмана «Switching Power Supply Design» N=L*I_max*10 4 /(B_max*A_e),
по ней, число витков точно совпадает с посчитанными вами;
НО, для вычисления зазора я использовал не формулу с поправочными коэффициентами, а, как я уже упоминал, по вот такому графику (из даташита TDK)

то есть, измерял индуктивность пробной обмотки при разных величинах зазора, вычислил удельную индуктивность и построил график A_L от длины зазора, затем попросил эксель построить степенную линию тренда с уравнением кривой, получил её со степенью аппроксимации 0,999 и в двойных логарифмических координатах получил аналогичный вышеприведенному график.

Затем, по известным в вариантах 1 и 2 количеству витков определил удельную индуктивность и зазоры им соответствующие. В итоге, зазоры получились в первом случае не 2 мм, а 3,75 мм, а во втором случае не 3 мм, а 6,1 мм

потому и задался вопросом — какой наибольший приличный зазор можно сделать на данном сердечнике (для наименьшей индукции)

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

Андрей, возможно распределенный зазор работает иначе, чем в центральном керне. для ЕI же в 3 местах зазор получается.
дай мне этот документ от TDK. есть ли там такие же графики для сердечников с центральным зазором?

Re: Зазор в феррите — насколько большим его можно сделать?

интересный вопрос конечно, но думаю, рекомендации могут быть исключительно эмпирического характера — разная форма сердечников, даст разную суперпозицию поля. Кольцо — одна ситуация, ЕЕ другая (вероятно что-то близкое к двум кольцам сложенных восьмёркой), PQ ещё дальше, имхо, где-то должен быть некий софт-симулятор 3D суперпозиции полей, хотя для наших применений он вряд-ли имеет смысл, бо намотать и промерить — это 5-10 минут.

Источник

Распределенный зазор в ферритовых сердечниках ( E, EQ, ER, ETD, PM, PQ)

Типоразмер (DG- distributeg gap)	Материал	Зазор G1, приближ. мм	Воздушный зазор (G2) приближ. мм	Воздушный зазор (G3) приближ. мм	AL [нГн]	Код заказа	Документация
E 42/21/15 DG	N87	8.3	1	0.5	96 ±10%	B66325Q0096K187	PDF
		8.2	0.8	0.4	115 ±12%	B66325Q0115H187
		8.0	0.6	0.3	147 ±12%	B66325Q0147H187
		7.9	0.4	0.2	207 ±15%	B66325Q0207L187
E 42/21/20 DG	N87	8.3	1	0.5	123 ±10%	B66329Q0123K187	PDF
		8.2	0.8	0.4	148 ±12%	B66329Q0148H187
		8.0	0.6	0.3	188 ±12%	B66329Q0188H187
		7.9	0.4	0.2	267 ±15%	B66329Q0267L187
E 47/20/16DG	N87	6.85	1	0.5	121 ±10%	B66383Q0121K187	PDF
		6.7	0.8	0.4	146 ±12%	B66383Q0146H187
		6.55	0.6	0.3	187 ±12%	B66383Q0187H187
		7.9	0.4	0.2	266 ±15%	B66383Q0266L187
E 55/28/21DG	N87	10.20	1	0.5	179 ±10%	B66335Q0179K187	PDF
		10.05	0.8	0.4	216 ±12%	B66335Q0216H187
		9.9	0.6	0.3	277 ±12%	B66335Q0277H187
		9.75	0.4	0.2	394 ±15%	B66335Q0394L187
E 55/28/25DG	N87	10.20	1	0.5	209 ±10%	B66344Q0209K187	PDF
		10.05	0.8	0.4	253 ±12%	B66344Q0253H187
		9.9	0.6	0.3	325 ±12%	B66344Q0325H187
		9.75	0.4	0.2	463 ±15%	B66344Q0463L187
E 65/32/27DG	N87	12.05	1	0.5	262 ±10%	B66387Q0262K187	PDF
		11.9	0.8	0.4	317±12%	B66387Q0317H187
		11.75	0.6	0.3	407 ±12%	B66387Q0407L187
		11.68	0.4	0.2	477 ±15%	B66387Q0477L187
E 70/33/32DG	N87	11.90	1	0.5	328 ±10%	B66371Q0328K187	PDF
		11.7	0.8	0.4	398 ±12%	B66371Q0398H187
		11.6	0.6	0.3	512 ±15%	B66371Q0512L187
		11.5	0.4	0.2	602 ±15%	B66371Q0602L187
E 80/38/20DG	N87	14.90	1	0.5	197 ±10%	B66375Q0197K187	PDF
		14.75	0.8	0.4	237 ±12%	B66375Q0237H187
		14.6	0.6	0.3	302 ±12%	B66375Q0302H187
		14.5	0.4	0.2	352 ±15%	B66375Q0352L187

Благодаря возможности изготовления достаточно широко типоразмерного ряда сердечников с распределенным зазором компания TDK (Epcos) представила на рынке ферритов оптимальное экономичное решение с акцентом на уменьшение размеров.

Техническое обоснование

Воздушный зазор увеличивает магнитное сопротивление в магнитной цепи. Наклон петли гистерезиса в координатах B-H уменьшается. Насыщение в таком случае происходит только при более высоких уровнях напряженности магнитного поля. Кроме того, введение воздушного зазора требуется для увеличения удельной мощности, а также позволяет уменьшить зависимость индуктивности от магнитной проницаемости μ материала.

Однако, чем больше воздушный зазор, тем выше поток рассеяния, который распространяется вокруг него,например, в область медной обмотки. Данное явление приводит к увеличению потерь(например, потерь в меди).

TDK (EPCOS) предлагает техническое решение, разработанное специально для того,чтобы значительно уменьшить эффект рассеяния потока и снизить вклад электромагнитного излучения и нагрева.

Моделирование на примере сердечника E 55/28/25

Основное преимущество введения нескольких зазоров с отличающимися размерами и местоположением заключается в изменении уровня потерь в прилегающей обмотке. Значимость данного эффекта зависит от потока рассеяния, попадающего в обмотку. Величина суммарного зазора остается неизменной, отличия наблюдаются только для положения и размера каждого из зазоров в рассматриваемом сердечнике. Среднее значение квадрата магнитной индукции в обмотке используется для сравнения результатов, поскольку они позволяют оценить наличие вихревых токов, приводящих к потерям и нагреву согласно выражению P = R × I².

Выводы

Сопоставление результатов моделирования с одним большим воздушным зазором и несколькими небольшими распределенными зазорами показывает следующее:

— Среднее значение квадрата индукции B²_сред., соответствующее потерям в обмотке, снижается с увеличением числа зазоров меньшего размера
— Введение равномерно распределенных (одинаковых по размеру) и разделенных друг от друга зазоров является более эффективным по сравнению с неравномерным распределением
— Лучшее соотношение цена/эксплуатационные характеристики соблюдается при использовании трех равномерно распределенных зазоров

Сердечники Epcos с распределенным зазором изготавливаются с немагнитными разделителями (прокладками), вклеенными между половинками ферритов. Значение параметра A_L является основным для сердечников с распределёнными воздушными зазорами.

Источник