К вопросу феррит с зазором vs мю-пермаллой, Иллюстрация того, как иногда может нагадить зазор Опции

[Bludger]

Здесь появилась возможность в одинаковых условиях сравнить два дросселя одинаковой конфигурации и с одинаковыми параметрами - но на разных сердечниках.
Исходные условия:

Дроссель корректора коэффициента мощности при следующих условиях:

Входное напряжение - 200VAC
Выходное напряжение - 400VDC
Выходной ток - 3A
Частота преобразования - 62kHz
Размах пульсаций тока в дросселе - 6А
RMS переменной составляющая тока в дросселе - 1,8А

Дроссель №1 (слева): Сердечник K6527E060 от Magnetics Inc. из порошкового материала типа Cool Mu, μr = 60, AL = 300nH/T2. 28 витков медной шины 1,5х4мм в три слоя. Индуктивность 235μH.
Дроссель №2 (справа): Сердечник ETD-59 N87 от Epcos, зазор 3мм. (1,5мм в каждом керне), AL = 300nH/T2. 31 виток той же шины 1,5х4мм в три слоя. Индуктивность 224μH.
В первом дросселе витков меньше, но больше длина одного витка, поэтому сопротивления постоянному току (10mΩ) в обоих случаях примерно равны. Конфигурация обмоток также идентична, поэтому и ожидаемые потери в обмотках тоже можно ожидать близкими.
На картинках видно как в реале. Весь лишний перегрев провода в дросселе на ферритовом сердечнике (примерно вдвое наверное в сумме) - черное дело зазора. И хорошо виден градиент температур - середина обмотки (около зазора) прогрета явно лучше..

[MikeSchir]

Bludger, Результат, конечно интересный.
Интересно.
1. Каковы общие потери в обоих случаях?
2. Сколько стоит "чудо природы" ? В смысле, сердечник 00К6527...
3. Да, режим какой, конечно безразрывный?
По объёму дроссель на ETD поменьше будет. Ну и зазор 1,5 мм - достойный.

Сообщение отредактировал MikeSchir - Dec 6 2013, 12:12

[Bludger]

Bludger, Результат, конечно интересный.
Интересно.
1. Каковы общие потери в обоих случаях?
2. Сколько стоит "чудо природы" ? В смысле, сердечник 00К6527...
3. Да, режим какой, конечно безразрывный?
По объёму дроссель на ETD поменьше будет. Ну и зазор 1,5 мм - достойный.

На счет общих потерь не скажу, может, ватт в обмотке дросселя с пермаллоевым сердечником.. По КПД не померять, там потери в обмотке тонут в погрешности измерений.

Такой сердечник где то в районе 400р за комплект через СЗЛ. Сэмплы привезли достаточно быстро, а так поставка недель 16..

Общий зазор 3мм, по 1.5мм в каждом керне (ну, прокладочками..). Самый первый вариант был с зазором только в центральном керне, там вообще все жутко горячее было. К сожалению, ни дросселя, ни картинок не сохранилось.

[НЕХ]

а нет опыта применения таких магнитопроводов ?
http://mstator.ru/products/cores/2b
http://mstator.ru/products/cores/2a

[sup-sup]

...
В первом дросселе витков меньше, но больше длина одного витка, поэтому сопротивления постоянному току (10mΩ) в обоих случаях примерно равны. Конфигурация обмоток также идентична, поэтому и ожидаемые потери в обмотках тоже можно ожидать близкими. ..

Или я неправильно считаю, но размах индукции всего около 0.1 Т. С порошком это огромный запас, но и с ферритом он есть, поэтому можно взять зазор 1.5 мм и 24 витка провода.

[Bludger]

Или я неправильно считаю, но размах индукции всего около 0.1 Т. С порошком это огромный запас, но и с ферритом он есть, поэтому можно взять зазор 1.5 мм и 24 витка провода.

Это меньше половины мощности и входное напряжение далеко не минимальное. Ферритовый дроссель по индукции только-только пролезает в худшем случае... Плюс всякие политико-экономические заморочки, так что оптимизация здесь - темный лес

[Starichok51]

если уж взялись писать по иностранному, то пишется Kool Mµ.
сердечник 00K6527E позиционируется как Е65. весьма транжирное использование этого материала. то же самое можно было сделать на кольце из Kool Mµ гораздо меньшего размера.

[MikeSchir]

если уж взялись писать по иностранному, то пишется Kool Mµ.
сердечник 00K6527E позиционируется как Е65. весьма транжирное использование этого материала. то же самое можно было сделать на кольце из Kool Mµ гораздо меньшего размера.

А я прочитал на сайте Магнетикса именно так - K6527E060
Вот когда такие же фотки представите - поверю.

[Oxygen Power]

На картинках видно как в реале. Весь лишний перегрев провода в дросселе на ферритовом сердечнике (примерно вдвое наверное в сумме) - черное дело зазора. И хорошо виден градиент температур - середина обмотки (около зазора) прогрета явно лучше..

Сможете проверить как изменится нагрев обмотки на ферритовом сердечнике, если добавить экранирующую обмотку?
Экранирующая обмотка должна быть первой на каркасе.

[Herz]

Сможете проверить как изменится нагрев обмотки на ферритовом сердечнике, если добавить экранирующую обмотку?
Экранирующая обмотка должна быть первой на каркасе.

А что может измениться? Ну, будет греться экранирующая, от неё - основная.

[Егоров]

Да, непонятно что от чего экранируется? Если меж первичкой-вторичкой - понятно, снижаем емкость меж ними. А от сердечника вроде смысла не имеет.
Единственное, что можно сделать - намотать сначала пару миллиметров чего угодно (не металл), а потом обмотку. Отодвинуть медь от зазора.
Но это помогает при малых зазорах. Приближенно выпячивание поля равно самому зазору. Поэтому зазоры в 3-6 мм встречаются редко. Ну, я почти не встречал, имея дело с мощностями до 500 Вт.

[Tiro]

Да, непонятно что от чего экранируется? Если меж первичкой-вторичкой - понятно, снижаем емкость меж ними. А от сердечника вроде смысла не имеет.
Единственное, что можно сделать - намотать сначала пару миллиметров чего угодно (не металл), а потом обмотку. Отодвинуть медь от зазора.
Но это помогает при малых зазорах. Приближенно выпячивание поля равно самому зазору. Поэтому зазоры в 3-6 мм встречаются редко. Ну, я почти не встречал, имея дело с мощностями до 500 Вт.

Эффект выпячивания поля знаком. Единственное, что Бладжер полезного сказал - так про обмотку. Он мотал ВООБЩЕ толстым проводником, да еще в три слоя. Шина 1,5х4 на 62 кГц при размахе тока в 6 А. И она работала!!!

Коллеги обычно вставляют изоляционную переборку напротив зазора, примерно вдвое шире. И не мотают шиной, хотят меньше потерь.

Хотя я как раз Бладжера поддерживаю, тоже предлагаю им ленты. Но.. Хочешь дурака научить молиться, он и лоб расшибет.

Сказал намотать трансформатор 3:2 лентой, чередуя каждый слой. Намотали 6 витков и 4 витка лентой. Сперва первичку, потом вторичку. Получился отстой, а я в дураках. Указываешь - кивают головой, но кто первый - то и папа. Вердикт: лентой мотать нельзя.

[Егоров]

Эффект выпячивания поля знаком. Единственное, что Бладжер полезного сказал - так про обмотку. Он мотал ВООБЩЕ толстым проводником, да еще в три слоя. Шина 1,5х4 на 62 кГц при размахе тока в 6 А. И она работала!!!

Сама шина меня не очень удивила. Да, толстый проводник, но сечение-то для 6А громадное. На 60кГц более половины этого сечения работает эффективно, потери от скин-эффекта терпимы, а сама толстая медь дает плотную намотку с хорошей теплоотдачей. Влезло в окно, не жалко столько меди - ну и пускай. Лента в данной конструкции была бы хуже, как мне кажется.
А вот экран - непонятно. Экран магнитное поле не экранирует, электрическое вроде и экранировать не от чего.

[Oxygen Power]

Что даст экранирующая обмотка? Значительно уменьшит электрическую составляющую поля. Нагрев должен уменьшиться. Только не понятно на сколько.

Сообщение отредактировал Oxygen Power - Dec 7 2013, 05:21

[Bludger]

Как раз жирная шина здесь к месту - работаем то в хорошем ССМ, постоянный ток в районе 12А, а RMS переменки - ампер с небольшим. Rac/Rdc = 65 на трех слоях, так что потери на вихревые токи чуть ли не вдвое меньше потерь от постоянки. Как только начнем толстую медяху бить на более тонкие - тут же общее сечение упадет, и общие потери будут расти - или останутся теми же самыми при значительно возросшем геморрое при намотки. А у прямоугольной шины как раз плотность укладки гораздо лучше, чем у круглого провода, и толщина слоя меньше, и мотать удобнее - так что как раз удобно.
Вообще, чаще всего в CCM дросселях выгоднее забивать на вихревые токи и забивать окно максимально толстой медью - уж больно жалко выглядит RMS этих треугольных пульсаций на фоне постоянки. Но посчитать, конечно, всегда полезно

На самом деле корректор считался не для тех параметров, что я использовал для снятия картинок, это двухфазный корректор с общей мощностью 5kW, по два с полтом кила на фазу. Хотя и для этого дросселек несколько слоноват - но тут, как уже говорил, политико-экономические соображения..

Сообщение отредактировал Егоров - Dec 7 2013, 08:39

Причина редактирования: грамматика

[Tiro]

Хотя и для этого дросселек несколько слоноват - но тут, как уже говорил, политико-экономические соображения..

Ну слоноват или нет легко оценить. Запасаемая энергия E=B^2*A*L/(2*u0*u)
A - сечение магнитопровода, L - длина магнитной линии, что в произведении даст объем сердечника. Ну а уж В и u как выберете.

[Bludger]

Ну слоноват или нет легко оценить. Запасаемая энергия E=B^2*A*L/(2*u0*u)
A - сечение магнитопровода, L - длина магнитной линии, что в произведении даст объем сердечника. Ну а уж В и u как выберете.

Это как, у нас же CCM, и подмагничивающий ток - основной разогревающий обмотку фактор, а он в этой формуле никаким боком. Я же не могу использовать один и тот же сердечник что на 10А, что на 100А при тех же пульсациях тока

[Tiro]

Лента в данной конструкции была бы хуже, как мне кажется.

Лента очень уж странно себя ведет в трансформаторах, хотя как раз в дросселе самое то. Но это экзотика, а вот шина эмалированная легко покупается.

Это как, у нас же CCM, и подмагничивающий ток - основной разогревающий обмотку фактор, а он в этой формуле никаким боком. Я же не могу использовать один и тот же сердечник что на 10А, что на 100А при тех же пульсациях тока

Я не про разогрев обмотки, а про необходимый объем сердечника. Вы же не в кармане запасаете энергию, а в магнитном поле. Совершенно неважно, какая форма тока. Если Вы за цикл перемагничивания должны передать энергию E=P/F, то она вся сидит в магнитопроводе.

[Bludger]

Я не про разогрев обмотки, а про необходимый объем сердечника. Вы же не в кармане запасаете энергию, а в магнитном поле. Совершенно неважно, какая форма тока. Если Вы за цикл перемагничивания должны передать энергию E=P/F, то она вся сидит в магнитопроводе.

Это в DCM за каждый цикл через магнитное поле передается ВСЯ энергия, а в CCM - только часть ее, ток подмагничивания идет "наквозь". Поэтому в CCM DC от выходного тока не зависит, что перегоняем 100Ватт, что 100 киловатт - DC тот же самый, пульсации тока и размах индукции соответственно тоже. И с переходом в ССМ объем сердечника определяется уже не только той энергией, что можем через него перегнать - но и размерами его окна, тем объемом меди, что можем в него впихнуть. Так что здесь уже если научно хотим выбирать размер сердечника, то надо учитывать и его сечение, и сечение его окна, и конфигурацию сердечника. Например, в Erickson's "Fundamental of Power Electronics" в формуле выбора геометрии сердечника фигурируют и площадь окна, и площадь поперечного сечения, и длина одного витка, и ток, и индуктивность, и индукция, и коэффициент заполнения окна.

[Tiro]

в формуле выбора геометрии сердечника фигурируют и площадь окна, и площадь поперечного сечения, и длина одного витка, и ток, и индуктивность, и индукция, и коэффициент заполнения окна.

Эт все понятно. Труд не читал, но считаю с учетом всего. Прошу меня понять, я сейчас немного на своем зациклен по работе. А формулки пишу честные, они от режимов не зависят.

[Starichok51]

как ни странно (а на самом деле, тут ничего странного нет), при одинаковой амплитуде тока в режиме CCM передается больше энергии (мощности), чем в режиме DCM, так как для получения режима CCM требуется индуктивность больше, чем для режима DCM.
также в книге Хныкова А.В. Теория и расчет трансформаторов показано, что передаваемая энергия зависит от среднего значения индукции (тока).
а в режиме CCM среднее значение выше, чем в режиме DCM.

[sup-sup]

Я проверил на текущей своей схеме (понижающий в соседней теме с 440 до 85) - поменял феррит EF20 N87 AL=160 на Kool Mu 77380 c AL=89. Сечение у EF20 в полтора раза больше, чем у 77380, а объем втрое. Сделал так из расчета, что индукция насыщения у альсифера вдвое выше. Частота работы 100кГц. Получилось, что на кольце из порошка потерь больше - отношение КПД феррит/порошок = 90/88. Поищу большее кольцо и перепроверю что будет при равном объеме магнитопровода из порошка и из феррита. Хотя условия, все равно, не равные, так как на порошке нельзя регулировать относительную проницаемость, а она меньше, чем мне надо.
По этой теме, думаю, что зазор в феррите слишком большой и его нельзя было таким делать (можно, если есть причины, конечно...), нужно увеличить объем феррита. Насчет тока подмагничивания, что идет насквозь, как такое может быть? Ток подмагничивания (средний ток в CCM) просто вводит феррит к границе насыщения. Нужно учитывать мгновенное значение тока для получения мгновенного значения индукции: B=SN/LI.
В общем, влез-то я сюда чтобы спросить автора - чем выполнялась инфракрасная съемка? Если дорогущим аппаратом, то понятно. Хотелось бы приспособить фотокамеру для этого. Есть ли какой-нибудь опыт? Единственное, что удалось прочитать - это применить стеклянные фильтры для цветной фотопечати - все три одновременно (у меня когда-то были, но сейчас где их найти)...

Сообщение отредактировал sup-sup - Dec 7 2013, 18:26

[Bludger]

Не обязательно пробовать, можно и посчитать, это не так сложно, и результаты вполне себе адекватны... У порошковых материалов удельные потери в разы больше, чем у ферритов (на 100 килах например в районе 130mW/cm^3 у N87 vs 730mW/cm^3 у Cool Mu 75)- поэтому дроссели в DCM - вопрос спорный что выгоднее, но бОльшее предпочтение ферритам, а вот в CCM - уже порошковые материалы лидируют, там пульсации тока (и, соответственно размах индукции) уже отходят на второй план. Но, опять же - цена, технологичность, етс..

На счет "ток насквозь" - типа как образно. Эта постоянная составляющая тока никак не влияет на пульсации тока, на размах индукции, на потери в сердечнике, на потери на вихревые токи - с этой точки зрения он вроде как и не участвует в передаче энергии. Ну, конечно, возрастает пиковое значение индукции - опять же за счет постоянной составляющей, которая сердечник не греет. Пожалуй, это вопрос терминологии - что такое передача энергии в данном случае...
На самом деле в моем примере вред зазора можно только увидеть - в жизни они мне совершенно погоды не делают. Ну что такое лишние пара ватт при 130 общих суммарных потерь... Бесплатно от них избаваться конечно я бы не против, но...

Картинки фоткались вот такой штукой: http://www.fluke.com/fluke/ruru/Termografi...s.htm?PID=70127 Говорят, из заграницы можно тыщ за тридцать привезти.. А в чипе почти стольник за него хотят..

Сообщение отредактировал Bludger - Dec 8 2013, 06:24

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[sup-sup]

Не обязательно пробовать, можно и посчитать, это не так сложно, и результаты вполне себе адекватны... У порошковых материалов удельные потери в разы больше, чем у ферритов (на 100 килах например 130mW/cm^3 у N87 vs 730mW/cm^3 у Cool Mu 75)- поэтому дроссели в DCM - вопрос спорный что выгоднее, но бОльшее предпочтение ферритам, а вот в CCM - уже порошковые материалы лидируют, там пульсации тока (и, соответственно размах индукции) уже отходят на второй план.
На самом деле в моем примере вред зазора можно только увидеть - в жизни они мне совершенно погоды не делают. Ну что такое лишние пара ватт при 250 общих суммарных потерь... Бесплатно от них избаваться конечно я бы не против, но...

Спасибо, понятное разъяснение!

Картинки фоткались вот такой штукой: http://www.fluke.com/fluke/ruru/Termografi...s.htm?PID=70127 Говорят, из заграницы можно тыщ за тридцать привезти.. А в чипе почти стольник за него хотят..

Дороговато. Продолжаем мерить пальцем))

[Starichok51]

Эта постоянная составляющая тока никак не влияет на пульсации тока, на размах индукции, на потери в сердечнике, на потери на вихревые токи - с этой точки зрения он вроде как и не участвует в передаче энергии.

и это вы пишите сразу после того, как я написал

также в книге Хныкова А.В. Теория и расчет трансформаторов показано, что передаваемая энергия зависит от среднего значения индукции (тока).

именно среднее значение (постоянная составляющая) передает энергию.
а переменная составляющая определяет потери в материале сердечника.

Сообщение отредактировал Starichok51 - Dec 8 2013, 06:45

[Александр Козлов]

Надо убрать зазор подальше от катушки. Например, использовать сердечники типа EI.