Как сделать зазор в сердечнике

Опции темы

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

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

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

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.

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 )

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.

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

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

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?

Источник

Определение длины воздушного зазора в сердечнике для дросселей и трансформаторов

Введение

Расчет сердечников дросселей и трансформаторов — этой темы, наверное, не удавалось
избежать тем, кто начинал работу в области
электроники. За прошедшие годы автору
приходилось рассчитывать десятки дросселей и трансформаторов различной частоты
и мощности, от единиц ватт до сотен киловатт, притом, что нужны были они, вначале,
в одном экземпляре.

Сегодняшняя действительность показывает, что среди методов расчета существует мода. В электротехнических расчетах вместо традиционных методов превалируют нечеткая
логика, нейронные сети, вейвлет-преобразование, резольвента Лагранжа и т. д. Хотя использование простых соображений, подобных такому «мощность сетевого трансформатора, в ваттах, равняется квадрату сечения
его сердечника, в сантиметрах» дает приемлемый, в большинстве случаев, результат, полезно убедиться в справедливости, разобраться в генезисе приведенной фразы и определить диапазон ее применимости. Поэтому
автору импонируют результаты расчетов,
пусть проведенные с помощью сложнейших
алгоритмов, как в программах схемотехнического моделирования, но доведенные до
инженерного уровня.

Лучшие источники научно-технической
информации — не те книги, которые сейчас
издаются в отличном оформлении, а подчас
невзрачные, но под редакцией И. В. Антика,
имя которого стало синонимом качественного издания. Остаются полезными переводные книги зарубежных издательств, например, «Искусство схемотехники», или были
еще книги Воениздата, которые писали, наверное, лучшие специалисты страны. В большинстве новых книг отражено состояние техники 20–30-летней давности. Сегодня издается масса печатных ведомственных изданий,
например, вузовских сборников научных трудов, которые изначально рассчитаны для публикации работ студентов и аспирантов. Они
представляют интерес только для авторов.
Оперативный источник информации—научно-технические журналы, в частности, журнал «Компоненты и технологии», необходимый каждому практическому специалисту…

Стальной сердечник в катушках индуктивности применяется очень широко: в трансформаторах источников питания промышленной частоты и трансформаторах повышенной частоты, выходных трансформаторах
усилителей звуковой частоты, дросселях
фильтров, в катушках зажигания автомобильных, авиационных двигателей, контакторах, реле и других электромагнитных элементах радиоэлектронной аппаратуры.

В катушках индуктивности стальной сердечник с большим значением индукции насыщения используется для увеличения индуктивности. Однако наличие сердечника
придает катушке нелинейные свойства, которые ограничивают диапазон ее эффективного применения. В случае, когда через катушку протекает чрезмерно большой ток,
магнитный материал сердечника насыщается. Насыщение сердечника дросселя может
привести к повышению потерь в материале
сердечника. При насыщении сердечника его
относительная магнитная проницаемость
уменьшается, что приводит к уменьшению
индуктивности катушки.

В этих случаях сердечник катушки выполняют с воздушным зазором на пути магнитного потока катушки индуктивности. Это позволяет исключить насыщение сердечника, уменьшить потери мощности в нем, увеличить ток
катушки и обеспечить ряд других преимуществ.
Аналитический расчет воздушного зазора сердечника представляет нелегкую задачу, вследствие ненадежности исходных данных о магнитных свойствах стальных сердечников; таблицы изобилуют неточностями. Допуск на
величину исходных данных от производителей магнитных материалов обычно составляет ±10%. Для использования в практике инженерных расчетов катушки с сердечником
такая точность допустима, но аддитивная погрешность исходных данных возрастает.

Исследование магнитных свойств катушек
индуктивности с ферромагнитными сердечниками и диэлектрическим зазором стало эффективным лишь с применением PSpice-моделей и использующих эти модели программ
схемотехнического моделирования, например Micro-Cap [1, 2]. Программы схемотехнического моделирования позволяют с необходимой точностью определить все необходимые параметры катушек индуктивности
и магнитные параметры сердечника [3–7].
Причем магнитные параметры можно определять в различных координатах, в том числе и комбинированных.

Определение параметров
PSpice-модели сердечника

Для определения PSpice-параметров модели
сердечника используем программу Model 7.0.0,
приложение кMicro-Cap 7. Создание модели
стального сердечника основывается на оптимизации уравнения Джилса-Атертона (Jiles-Atherton), описывающего его магнитные
свойства, при инициализации исходных данных, установленных по умолчанию, и введенных данных для расчетных точек кривой
намагничивания [8]. Данные кривой намагничивания используются для расчета безгистерезисной кривой, построенной на основе
гиперболического котангенса.

Различные трансформаторные стали насыщаются при величине плотности потока
магнитной индукции примерно 1 Тл, насыщение всех ферритовых материалов происходит при величине примерно 400×10–3 Тл.
После инициализации расчета происходит
оптимизация решения уравнения ДжилсаАтертона и определяется ошибка аппроксимации кривой намагничивания.

На рис. 1 приведена кривая намагничивания стали Э42 (B vs H) и рассчитанные PSpice-параметры модели (Model Parameters) стального сердечника. Рассчитанная ошибка моделирования (Error) составляет 3,2%. Ошибка
моделирования характеризует «гладкость»
полученной кривой, любые «выпадающие»
исходные данные увеличивают ошибку.

Рис. 1. Исходные данные, кривая намагничивания и параметры PSpice-модели стального сердечника

При создании модели сердечника (core) ей
присваивается имя Part (только на латинице)
и указываются особенности, затем в таблице
(B vs H, Region) вводятся тройки чисел — Н,
В и область их существования. Величина Н
вводится в эрстедах (Oersteds), а величина
В — в гауссах (Gauss), область указывается
как 1, 2 или 3 квадрант (B vs H).

На рис. 1 показана кривая намагничивания
для сердечника, выполненного из ленты
стальной электротехнической, холоднокатанной, анизотропной (ГОСТ 21.427.4-78) отечественного производства.

При создании модели (табл. 1) нелинейного магнитного сердечника определяются следующие параметры — MS, ALPHA, A, C и K.
Заметим, что в параметрах модели используют смешанные MKS- или SI-единицы (A/м)
и CGS-единицы (см и см 2 ).

Таблица 1. Определяемые параметры
PSpice-модели сердечника

Кривая намагничивания сердечника игнорирует геометрические параметры конкретного сердечника— площадь, длину магнитной линии и величину зазора в сердечнике,
устанавливая их по умолчанию согласно таблице 2. Названные PSpice-параметры модели — AREA, PATH и GAP — вводятся при
использовании в программе схемотехнического моделирования конкретного сердечника.

Таблица 2. Геометрические параметры
PSpice-модели сердечника

Далее приведены полученные нами PSpice-описания модели кольцевого ферритового
и «стального» сердечников для катушек индуктивности аппаратуры радиоэлектронного назначения:

Параметр GAP — длина воздушного зазора сердечника — определяется при расчетах
схемотехнической модели как модельный параметр и поэтому может изменяться с заданным шагом.

Полученные модели используются при схемотехническом моделировании совместно со
Spice-описанием генератора тока синусоидальных колебаний (I generator), график тока которого показан на рис. 2 слева. Справа
показана панель задания параметров генератора. В генераторе тока задается величина
амплитуды постоянной и переменной составляющей, частота и ряд других параметров,
указанных на панели.

Рис. 2. Панель задания параметров генератора синусоидального тока

На рис. 3 приведен пример использования
модели «стального» сердечника для определения параметров катушки индуктивности L1.
Для катушки индуктивности с магнитным
сердечником К1 при схемотехническом моделировании указывается количество витков.
Коэффициент связи (COUPLING), а также
все параметры модели сердечника могут варьироваться в установленных пределах с заданным шагом расчета.

Рис. 3. Схемотехническая модель сердечника (вверху) и его кривые намагничивания
при различной величине воздушного зазора

Из рис. 3 следует, что «большой» воздушный зазор в модели линеаризирует магнитные параметры сердечника и катушки индуктивности.

Определение длины
воздушного зазора в сердечнике

Когда по обмотке дросселя или первичной
обмотке трансформатора низкой частоты,
кроме переменной составляющей, протекает еще и постоянный ток, то индуктивность
обмотки уменьшается. Чтобы избавиться
от этого явления, в сердечнике делают воздушный зазор, длина которого зависит от
размеров сердечника, индуктивности обмотки и силы постоянного тока, проходящего
по обмотке.

Зазор в сердечнике дросселя играет исключительно важную роль. На рис. 4 приведен
эскиз сердечника с эквивалентным объемом,
равным длине средней линии магнитного поля (см), умноженной на площадь его сечения
(см 2 ). Пусть по катушке с начальной индуктивностью L = 20 Гн протекает постоянный
ток I = 60 мА.

Рис. 4. Эскиз сердечника магнитопровода
с воздушным зазором

Рис. 5. Номограмма для определения зазора
в сердечнике

Так как задана индуктивность первичной
обмотки трансформатора L = 20 Гн, сила постоянного тока — 60 мА, а объем железного
сердечника — 40 см 3 и длина магнитного пути — 10 см, определим промежуточную величину:

Моделирование показывает, что индуктивность катушки с введением рассчитанного зазора изменяется незначительно. Использование номограммы удобно для разработчиков
радиоаппаратуры, если не применять схемотехническое моделирование. Для силовых
трансформаторов и дросселей [10, 11] построение подобных номограмм нецелесообразно, так как устройства силовой электроники,
как правило, требуют моделирования дросселя как составной части электрической схемы силового устройства [12–15].

Источник

Как сделать зазор в сердечнике

Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)

Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация

Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт

Первичные и Вторичные Химические Источники Питания

Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания

Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника

Электрические машины, Электропривод и Управление

Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы

Технологии, теория и практика индукционного нагрева

Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems

Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей

Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation

Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов

Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.

Интерфейсы

Форумы по интерфейсам

все интерфейсы здесь

Поставщики компонентов для электроники

Поставщики всего остального

от транзисторов до проводов

Компоненты

Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.

Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир

Обсуждение Майнеров, их поставки и производства

наблюдается очень большой спрос на данные устройства.

Встречи и поздравления

Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.

Ищу работу

Предлагаю работу

нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.

Куплю

микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂

Продам

Объявления пользователей

Тренинги, семинары, анонсы и прочие события

Общение заказчиков и потребителей электронных разработок

Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов

Источник