Намотка мощной катушки индуктивности лентой, Греется ввод на нижний виток Опции

[jeka]

Неделю экспериментируем с намоткой катушки индуктивности с минимальными массогабаритными показателями.
Для преобразования 50v/60A -> 100v/30A, частота преобразования 18 кГц.

Что имеем:
1) От намотки лицендратом (150 жил диаметром 0.5мм) отказались, т.к. заполнение меди достаточно низкое. И получается либо здоровый слон, либо большие омические потери на нагрев.
2) Мотали лентой на сердечниках ETD59 и E80/38/20 (все N87).
С сердечником E80 получилась отличная катушка (10 витков ленты, отвод нижнего витка - просто припаиваем перпендикулярно ленте провод 10 кв.мм. без каких-либо ухищрений. Отлично работала даже на 120A -> 60A (зазор подбирали на ходу, чтоб в насыщение не уходила, получилось где-то 3-4мм).

А с сердечником ETD59 начались приколы. Мотаем 11 витков лентой 0.7мм по всей ширине. От нижнего витка делаем отвод. Результат - сильно греется отвод от внутреннего витка даже на входном тока 30A. Зазор получается около 5 мм. Пробовали несколько рецептов:
- отводы с двух сторон. Чуть лучше, но проблему не решило.
- делать ферритовую проставку в середину сердечника, т.е. зазор только снаружи. Пока опыт неудачный, поскольку сечение проставки было меньше в 2 раза чем сердечника. Возможно повторим опыт с нормальной проставкой.
- половину нижнего витка мотаем лентой, сложенной вдвое. Из места перегиба ленты выводим 2 отвода по 8 кв.мм., загнутый конец ленты спаиваем с витком. Нагрев немного уменьшился, но серьезно лучше не стало.

Поэтому вопрос - как правильно делать отвод от нижнего витка ленты. Вообще возможно ли это?
И главное - почему такая же конструкция вообще не греется на Ш-образном сердечнике. То есть провод в месте отвода был холоднее этого же провода дальше от отвода (т.е. катушка забирала тепло с провода).

Я предпологаю, не греется от совокупности факторов - бОльший диаметр внутреннего витка при меньшем зазоре, бОльшая индуктивность (раза в 1.5), и возможно квадратный сердечник создает меньше вихрей на отводе.

Вот думаю, куда копать. То ли Ш-образный сердечник подходит лучше для такой конструкции отвода, либо бОльшй зазор при меньшем сечении магнитопровода греет (еще не понятно что больше греет - нижний виток из-за большого зазора или отвод)
Может что посоветуете?

Еще была мысль нижний виток распилить посередине на 2 части по ширине зазора, чтоб зазор меньше грел нижний виток. Не знаю, насколько поможет, возможно попробуем.

[TopTransform]

- отводы с двух сторон. Чуть лучше, но проблему не решило.

Второй отвод = дополнительный радиатор; эффект может объясняться этим.

- делать ферритовую проставку в середину сердечника, т.е. зазор только снаружи. Пока опыт неудачный, поскольку сечение проставки было меньше в 2 раза чем сердечника. Возможно повторим опыт с нормальной проставкой.

Можно сделать зазор в боковых кернах, просто подпилив их на наждаке - никакой проставки не понадобится. Если зазор между половинками был 5 мм, эквивалентный зазор по боковым кернам должен быть вдвое больше.

То ли Ш-образный сердечник подходит лучше для такой конструкции отвода,

По данным ф. EPCOS, габаритная мощность этих двух сердечников одинакова, а охлаждается трансформатор на ETD59 даже лучше.

либо бОльшй зазор при меньшем сечении магнитопровода греет (еще не понятно что больше греет - нижний виток из-за большого зазора или отвод)

На мой (поверхностный) взгляд, похоже на токи Фуко. Магнитопровод сетевого 50 Гц трансформатора из ленты электротехнической стали толщиной 0,5 мм греется ощутимо больше, чем из ленты 0,3 мм (из нее-то их в основном и делают); для частоты в 400 Гц использую ленту толщиной не более 0,15 мм. У Вас же - 18 кГц + фольга медная толщиной аж 0,7 мм, проводимость ее выше.
Сдается мне, получилось подобие микроволновки. Если это так, то греется весь первый виток и сам отвод.

Еще была мысль нижний виток распилить посередине на 2 части по ширине зазора, чтоб зазор меньше грел нижний виток. Не знаю, насколько поможет, возможно попробуем.

Если дело в вихревых токах, это поможет слабо - вместо первого будет греться второй виток (правда, чуть меньше). Тут хоть всю обмотку режь.
Если заполнение окна магнитопровода позволяет, попробуйте "отодвинуть" обмотку от зазора (слой изоленты, и лишь на него намотать обмотку). Если я прав, эффект почувствуете сразу.
А если ошибаюсь - не судите строго.

Сообщение отредактировал TopTransform - Jun 10 2013, 21:01

[In_an_im_di]

поле зазора греет. чем больше зазор - тем больше из него "выпучивается" поле. чем ближе медь к зазору - тем больше нагрев от поля. топтрансформ подсказал все возможные способы снизить влияние зазора, больше ничего и не придумать. добавлю лишь, что, на мой взгляд, лучше использовать сердечники без зазора с диэлектрической прокладкой между ферритовыми половинками сердечника, равной по толщине половине расчетного зазора центрального керна. эффект точно будет ощутимый.

Сообщение отредактировал In_an_im_di - Jun 10 2013, 21:18

[TopTransform]

топтрансформ подсказал все возможные способы снизить влияние зазора, больше ничего и не придумать.

Нет, не все...
Толщину фольги можно снизить, набрав нужное сечение пакетом тонких лент. Но их надо друг от друга изолировать, т.е. снова упираемся в габариты.

[jeka]

То что токи фуко греют - понятно. Сечение проводов и пайка такая, что подовода без поля без поля еле теплые, а шина холодная на таких токах.

Примерно понятно что делать. Попробуем полностью убрать зазор внутри. Если не поможет - думать дальше.

Еще предлагали попробовать намотать на кольцах magnetics из Kool Mu. Но где их купить на пробу пока не знаю.

[Егоров]

Да, тут , похоже, тот случай, когда один прием радикально не изменит ничего, а все понемногу -да, в сумме.
Распределенный зазор всегда намного лучше сосредоточенного. Ставьте прокладку по всему сечению.
Лента 0.7 - не "ленточной" толщины, можно принять 5-6мм.кв. для 30А, а тут все 15, наверное. Ее не поевши и не согнешь. ЕТD, наверное по этой причине, из-за круглого сечения катушки?
Литцендраты в дросселях ни к чему, тут постоянный ток (мала переменная составляющая) и 18 кГц - нет повода задуматься о скин-эффекте. Может, просто проволокой намотать или 7 жил по миллиметру? Технологически выводы распаяются? Впочем, более 25 ампер - лучшая пайка - болт и гайка, можно за каркас только крепиться, а обмотку прямо в печать
Намотайте на каркас чего-нибудь вроде картона на пару миллиметров, а потом уже обмотку. Отодвинем медь от зазора. если, конечно, окно позволяет.
Колечки куулмю...про них больше пишут чем едят их. Это можно на 200кГц баловаться. Очень маленькая проницаемость, витков для 18кГц придется мотать много. Так много, что не влезут. Распыленное железо тут и то лучше.
А стоит воевать за этот ЕТD? Может, ш-образный таки или даже П+U , без каркаса.?

Плохо, что Вы не считали дроссель, а мотали и зазор выставляли наугад. Индуктивность какая нужна и амплитуда тока?. Ведь если витков 11, то при зазоре в три миллиметра там микрогенри 30. А для 40 ампер можно взять зазор 1.5 и 9 витков для такой же индуктивности. Поле из зазора выпирать будет заметно меньше.

[In_an_im_di]

Нет, не все...
Толщину фольги можно снизить, набрав нужное сечение пакетом тонких лент. Но их надо друг от друга изолировать, т.е. снова упираемся в габариты.

Это неочевидно, так как возрастет влияние другого эффекта, тн эффекта близости.

[jeka]

Егоров, сечение как раз то что надо. Ведь средний ток через катушку - 60 ампер, а не 30.
ETD взяли на попробовать, т.к. технология намотки серии получается проще.
Ототдвинуть медь можно на 1 (максимум 2) мм при текущей намотке. Пробовали (правда без проставки, в центре быд воздух - серьезно ничего не поменялось). На практике получается, что лучше побольше витков намотать - возрастает индуктивность, меньше ток насыщения (т.е. пиковый ток) и уменьшается грелка снизу.

[MikeSchir]

Давно не делали намотку медной лентой, но когда делали вывод выполняли так. Разрезали конец ленты посредине вдоль на несколько см и перегибали половинки под 90° одну над другой или в разные стороны. Всё делается без пайки.
Замечу, что размах индукции в обоих сердечниках при D=0,5 в данном случае около 0,35 Тл (заставляет преобразователь работать в граничном режиме или даже с разрывным потоком), для 100°С, это "под завязку" для N87 . Индукция посчитана исходя из номинальных размеров кернов сердечников, но реально они изготавливаются с минусовыми допусками. Возможно насыщение, которое приводит к большему выпучиванию поля, и как следствие дополнительные потери в меди.
И ещё вопрос. Почему не рассчитали величину зазора? Ведь это очень просто сделать по формуле в "E-cores. General information" на сайте Эпкоса, а все коэффициенты (k1...k4) приведены в информации на сердечники. Мне кажется, что расчётная величина будет больше чем это допускает Эпкос. Не жадничайте сделайте дроссель на двух сердечниках, E-cores это позволяют, а потери в феррите на 18кГц очень малы. Ну или перейдите на более высокую частоту

[wim]

18 кГц - нет повода задуматься о скин-эффекте

Для 18 кГц расчетное значение "глубины" скин-слоя 0,56 мм - сопоставимо с толщиной фольги. 10 или 11 витков также имеют значение, т.к. потери от вихревых токов растут в прогрессии от числа витков. Тяжелее всего приходится самому первому витку - на него действуют магнитные поля всех остальных витков и магнитное поле зазора:
http://www.electrik.org/forum/index.php?ac...ost&id=3532
ПМСМ нужно уменьшать переменную составляющую тока дросселя.

Почему не рассчитали величину зазора? Ведь это очень просто сделать по формуле в "E-cores. General information" на сайте Эпкоса, а все коэффициенты (k1...k4) приведены в информации на сердечники.

У них зазор великоват для расчета по формуле Эпкоса.

P.S. Не ту страницу прикрепил. Собс-но вот здесь (с. 65):
http://ecee.colorado.edu/~ecen5797/course_.../Ch13slides.pdf
При толщине фольги равной глубине скин-слоя (Ф=1) для верхнего витка потери на переменном токе практически равны потерям на постоянном, а для 10-го витка (ближайшего к сердечнику) - на порядок больше. Это для синусоидальной формы тока. А для треугольной они будут больше, т.к. для гармоник глубина скин-слоя меньше.

Сообщение отредактировал wim - Jun 11 2013, 09:45

Прикрепленные файлы

 Increased_copper_loss_in_layer.pdf ( 65.83 килобайт ) Кол-во скачиваний: 52

 

[Егоров]

Для 18 кГц расчетное значение "глубины" скин-слоя 0,56 мм - сопоставимо с толщиной фольги.

А тут учитывается, что скин-слой с двух сторон фольги? Т.е. для ленты толщиной до 1.12мм эффетом можно пренебречь.
И потом, скин-слой считается для переменного тока. В дросселе переменная составляющая мала, там постоянный ток подмагничивания велик.
Отсюда для 18КГц можно этой проблемой вообще не заботиться миллиметров до 2-3.

Стартеру все-таки нужно определиться с током. В одном месте это 30А, в другом 60. А индуктивность вообще не указана.
Делается обмотка "сколько влезет" лентой "какая есть", зазор "какой выставим", индуктивность "какая получится"?
Вот и не получается.

[wim]

А тут учитывается, что скин-слой с двух сторон фольги?

Именно с двух сторон и учитывается - а как же иначе эффект близости считать?

для ленты толщиной до 1.12мм эффетом можно пренебречь.

Пренебречь можно. У нас недавно студенты были на практике - так мы два дня искали где в измерениях ошибка, а оказалось, что шельмецы число pi до 3 "округляли". Однако первый виток греется именно в той конструкции, где больше витков и больше зазор.

В дросселе переменная составляющая мала

А если этот конкретный дроссель в режиме разрывных токов работает?

Отсюда для 18КГц можно этой проблемой вообще не заботиться миллиметров до 2-3.

Это можно легко проверить - пропустить через дроссель постоянный ток и сравнить нагрев на постоянном токе и в рабочем режиме, с переменной составляющей.

Сообщение отредактировал Herz - Jun 11 2013, 13:03

[Егоров]

Да. в основном я с Вами согласен.
Эффект близости - вполне достойная замена скин-эффекту по головной боли. Из-за этого лентой более 3-5 витков лучше не мотать.
А разрывный там ток или еще что - опять угадайка. Стартер-то молчит. Может, вообще не понимает какие параметры обычно рассматриваются при конструировании дросселя.

[Integrator1983]

Гуглите статью "ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ" - там все описано просто и доходчиво. Также, в соседней теме всплывала статья Ридли в переводе "Мифы, сказки, легенды и тосты об импульсных трансформаторах" - рекомендую читать оригинал без всяких тостов и сказок - "Myths & Misconceptions: Transformer & Inductor Design", а также его же "Proximity Loss in Magnetics Windings".

По теме:
- если можно с точки зрения конструкции и ЭМС, убрать зазор на центральном керне (любым понравившимся способом);
- убрать ленту из поля зазора (разделить обмотку на 2 по краям каркаса);
- применить одно- - двухслойную обмотку (литцендрат - рулит!);
- внимательно посмотреть конструкцию (был случай - грелся один дроссель из нескольких. Как выяснилось, он крепко разогревал стальную стенку в 5 см от себя)

Это можно легко проверить - пропустить через дроссель постоянный ток и сравнить нагрев на постоянном токе и в рабочем режиме, с переменной составляющей.

Полезный эксперимент. Может, банально пайка надломилась.

А тут учитывается, что скин-слой с двух сторон фольги? Т.е. для ленты толщиной до 1.12мм эффетом можно пренебречь.

Пренебречь можно, если Вы строите супер-источник с токами 1-2 А. А если вспомнить определение скин-слоя (чего-то там об экспоненте по сечению), да еще и при токах 60 - я бы не стал.

Давно не делали намотку медной лентой, но когда делали вывод выполняли так. Разрезали конец ленты посредине вдоль на несколько см и перегибали половинки под 90° одну над другой или в разные стороны. Всё делается без пайки.

Самое правильное решение - возможно, "эффект толстого проводника". Мы даже не разрезали, а отгибали под 90 градусов и складывали пополам.

В дросселе переменная составляющая мала
А если этот конкретный дроссель в режиме разрывных токов работает?

Или более того - в нем синусоида или треугольник тока 60А с частотой 18 кГц (дроссель переменного тока)?

На практике получается, что лучше побольше витков намотать - возрастает индуктивность, меньше ток насыщения (т.е. пиковый ток) и уменьшается грелка снизу.

Т.е., скорее всего, имеем эффект близости - DeltaIHF падает, а потери от DeltaIHF зависят чут ли не экспоненциально.

Еще предлагали попробовать намотать на кольцах magnetics из Kool Mu.

Можно. Мотать, правдо, многовато придется.

Еще была мысль нижний виток распилить посередине на 2 части по ширине зазора, чтоб зазор меньше грел нижний виток. Не знаю, насколько поможет, возможно попробуем.

Распилить не только нижний виток, а всю обмотку пополам и соединять вне феррита.

По данным ф. EPCOS, габаритная мощность этих двух сердечников одинакова, а охлаждается трансформатор на ETD59 даже лучше.

А не соблаговолит ли уважаемый TopTransform описать либо глубокий физический смысл понятия "габаритная мощность", либо как ее прикменять к рассчету и изготовлению конкретного моточного изделия? Мне чего-то 390мм2 кажуться отличными от 280.

[jeka]

Сегодня сделали проставку, убирающую внутренний зазор сердечника. Отводы греться перестали, причем совсем. Но так как внешний зазор увеличился, начали сильнее (но приемлимо) греться внешние витки.
Вообщем разобрались с проблемой