Большие зазоры в сердечниках., А когда оно нужно? Опции

[A.T.Tappman]

Сегодня от нечего делать стал разбирать свои запасы импульсных трансформаторов. В основном трансформаторы, вернее дроссели, от блоков питания (однотактные обратноходовые) мониторов. Так вот некоторые оказались с зазорами примерно 3-4мм. Индуктивности обмоток померяю завтра, но с такими зазорами она вряд ли будет большой. Хотелось бы узнать физический смысл таких больших зазоров. Для чего это может быть нужно? Для того, что бы феррит в насыщение не уходил при перегрузках? Или это какие-то хитрые экзерсисы разработчиков? ШИМ стоял скорее всего UC3842 - это на 99%.

[AML]

Как я понимаю, для того, чтобы иметь возможность запасти в сердечнике достаточно много энергии, но не ввести его в насыщение.
Накопленная энергия пропорциональна квадрату тока и индуктивности. Индуктивность обратно пропорциональна зазору (грубо). Напряженность магнитного поля пропорциональна току.

Грубо увеличение зазора вдвое также вдвое снижает индуктивность, но позволяет вдвое увеличить ток без захода в насыщение. Результирующая энергия, накопленная в сердечнике, при этом увеличивается вдвое (при прочих равных условиях) (в четыре раза увеличится за счет квадрата тока, но вдвое уменьшится за счет индуктивности)

[Artem-1.6E-19]

Так вот некоторые оказались с зазорами примерно 3-4мм.

Что-то перебор. Хотя если флай ватт на 200, то может быть.

Хотелось бы узнать физический смысл таких больших зазоров. Для чего это может быть нужно? Для того, что бы феррит в насыщение не уходил при перегрузках? Или это какие-то хитрые экзерсисы разработчиков? ШИМ стоял скорее всего UC3842 - это на 99%.

Чесслово. Вы флаями занимались? Там есть несколько хитростей, в которые так просто не въедеш. К примеру большой зазор уменьшает трансформатор, но увеличивает потери на снаббере. (ОЧЕНЬ В ОБЩЕМ!!!!)

[AML]

Что-то перебор. Хотя если флай ватт на 200, то может быть.

Даже побольше, наверное. Я такие зазоры видел в 400-ваттной ячейке (флай, косой полумост)

Чесслово. Вы флаями занимались? Там есть несколько хитростей, в которые так просто не въедеш.

В плане зазора - ничего особо хитрого. Увеличиваешь зазор - можешь запасти на прямом ходу больше энергии (или уменьшить типоразмер). Но при этом ухудшается соотношение индуктивности рассеяния и намагничивания. Возросшая энергия индуктивности рассеяния греет снаббер (одна из причин, по которой в мощных флаях используется косой полумост)

[Artem-1.6E-19]

В плане зазора - ничего особо хитрого. Увеличиваешь зазор - можешь запасти на прямом ходу больше энергии (или уменьшить типоразмер). Но при этом ухудшается соотношение индуктивности рассеяния и намагничивания. Возросшая энергия индуктивности рассеяния греет снаббер (одна из причин, по которой в мощных флаях используется косой полумост)

Ну и что? Я вообще противник флаев. Хоть я это и делал, но мосты/полумосты дают гораздо больше и КПД и вообще. К примеру в вашем полумосте косом, нужно использовать хитрое питание верхнего ключа, а в нормальном флае, можно просто один транзюк поставить. А в полумосте вообще трансформатор. Я не вижу причини уродоваться с флаем, при приличной мощьности.

[Oldring]

Хотелось бы узнать физический смысл таких больших зазоров. Для чего это может быть нужно?

Физический смысл прост.

Чтобы отдать на обратном ходе много энергии флай должен её запасти на прямом ходе. Энергия запасается исключительно в электромагнитном поле. Плотность энергии электромагнитного поля равна W = B*H/2. В воздухе H = B, в феррите H = B/mu, в феррите и в зазоре B равны - следовательно энергия запасается в основном в зазоре. Кроме того, B ограничено насыщением феррита - поэтому плотность запасаемой в зазоре энергии ограничена сверху. Поэтому для достижения требуемой энергетической емкости системы объем зазора ограничен снизу. Объем равен сечению магнитопровода умноженному на длину зазора - поэтому для достижения нужного объема зазора нужно либо увеличивать сечение магнитопровода, увеличивая массу и цену сердечника, либо увеличивать ширину зазора, увеличивая также связанные с зазором паразитные эффекты.

[Alexey Bishletov]

Так вот некоторые оказались с зазорами примерно 3-4мм.

А сечение при этом какое?

[Vokchap]

Относительно большой зазор у обратноходовых трансформаторов это всегда плохо, причины две: либо неоптимальный расчет, либо желание получить сверхприбыль.
1. Если окно каркаса заполнено полностью, то сердечник подбирали по площади окна, чтобы уместить расчетное количество витков (больше типоразмер - больше площадь окна). Расчетную индуктивность получили подгоном зазора (т.к. большой типоразмер, получили большой зазор).
2. Если окно каркаса заполнено не полностью, то это значит, что на складе были залежи сердечников больших типоразмеров, экономически было выгодно от них таким образом избавиться. Вот и избавились, подогнав расчетные параметры величиной зазора.
Тут надо еще сказать, все это вытекает из того, что наиболее эффективный и часто используемый метод расчета обратноходовых трансформаторов заключается в том, что сначала независимо друг от друга определяются витки и индуктивность (без учета магнитопровода), потом по этим двум величинам подбирается сердечник и зазор.

[A.T.Tappman]

Cечение центрального керна приблизительно 15мм. Окно во всех трансах заполнено подзавязку.
Я так понял, что такие глобальные зазоры в трансформаторах не от хорошей жизни? =>, ориентироваться на данный конструктив ни в коем случае нельзя?
Тут ещё разобрал дроссель от двухтактного полумоста. Сдлеан на Ш-образном феррите. Индуктивность ровно 100мкГн, намотано лентой до заполненния окна. Ну, тут понятно, зачем зазор 3-4мм. Дроссель по размерам был больше трансформатора.

[Artem-1.6E-19]

Тут ещё разобрал дроссель от двухтактного полумоста. Сдлеан на Ш-образном феррите. Индуктивность ровно 100мкГн, намотано лентой до заполненния окна. Ну, тут понятно, зачем зазор 3-4мм. Дроссель по размерам был больше трансформатора.

Уменя по моим прикидкам получилось что при больших токах выгоднее становится мотать на гантелях. (вот только как оно считается - загадка)

[AML]

Относительно большой зазор у обратноходовых трансформаторов это всегда плохо, причины две: либо неоптимальный расчет, либо желание получить сверхприбыль.

Vokchap, я бы сформулировал иначе: при заданном сердечнике увеличение зазора позволяет накапливать больше энергии в нем и, как следствие, получать большую мощность обратноходового преобразователя. Насколько это неоптимально - вопрос спорный.

[AML]

Я так понял, что такие глобальные зазоры в трансформаторах не от хорошей жизни? =>, ориентироваться на данный конструктив ни в коем случае нельзя?

Пожалуй. Это желание обеспечить при заданном сечении магнитопровода максимальную мощность.
Главная проблема зазора - возникающая неоднородность магнитного поля и "выпучивание" его из зазора, что может привести к росту потерь в меди (там, где эта неоднородность пересекает витки).

[Artem-1.6E-19]

Главная проблема зазора - возникающая неоднородность магнитного поля и "выпучивание" его из зазора, что может привести к росту потерь в меди (там, где эта неоднородность пересекает витки).

Тут я не понял.

[AML]

Тут я не понял.

Грубо - разновидность эффекта близости. Только не за счет магнитного поля тока в соседних проводниках, а за счет магнитного поля, выпучивающегося из зазора и пересекаюшего витки обмотки. Поэтому зазор в мощных дросселях стараются делать не на центральном керне, а на крайних.

[Artem-1.6E-19]

Тут я не понял.

Грубо - разновидность эффекта близости. Только не за счет магнитного поля тока в соседних проводниках, а за счет магнитного поля, выпучивающегося из зазора и пересекаюшего витки обмотки. Поэтому зазор в мощных дросселях стараются делать не на центральном керне, а на крайних.

Никогда не слышал. Вы это где прочитали?

[AML]

Никогда не слышал. Вы это где прочитали?

Где читал - уже не помню. Но использовал это дело практически. Правда, давно ( я уж 10 лет преобразовательной техникой не занимаюсь).
Где-то в течение этого года в этом разделе форума было подробное обсуждение эффекта близости и скин-эффекта. Если мне память не изменяет, то там побробно писали и про влияние выпучивания магнитного поля из зазора. Попробуцте поискать этот топик.

[Vokchap]

Vokchap, я бы сформулировал иначе: при заданном сердечнике увеличение зазора позволяет накапливать больше энергии в нем и, как следствие, получать большую мощность обратноходового преобразователя. Насколько это неоптимально - вопрос спорный.

Разработчики обычно не ставят целью "получить мощность чем больше, тем лучше", её специально ограничивают чуть выше номинально требуемой. Под большую мощность существуют соответствующие сердечники и с небольшими уже созданными зазорами. Если имеет место приличный зазор, как в данном случае, значит либо возникло ограничение по минимальному числу витков при сечении предполагаемого сердечника, либо насчитали витки, которые не смогли уместить в меньший типоразмер. В обоих случаях можно "потерять": самим же трудно модернизировать трансформатор (намотан под завязку) в дальнейшем, и приходится тратиться на доработку сердечника, т.к. с такими зазорами их готовыми врядли производят. Создавать зазоры искуственно (с помощью прокладок под все керны) это просто, но тоже технически неоптимально, т.к. наружные керны без экранировки зафонят вихревым полем окружающее пространство. Чаще всего "оптимально" - это и значит, что посчитать схему так, чтобы воспользоваться готовыми комплектующими без доработки и получить требуемые параметры на выходе. При серийном производстве так и пытаются поступать.

[AML]

По поводу влияния зазора на потери с ходу смог найти только один документ (судя по всему, перевод), где немного написано про это явление - http://www.bludger.narod.ru/smps/EddyCurrent.pdf

В окне ферритового сердечника поле может быть очень слабым, но, при высокой магнитной проницаемости сердечника, внешнее поле всегда замкнуто. В этом случае все магнитное поле F = N·I заключено в окне внутри обмотки. Напряженность поля, H, равна N·I / l.
В дросселе все магнитное поле сконцентрировано в маленьком воздушном зазоре. Напряженность поля там составляет Hg = N·I /lg, что значительно выше, чем энергия в очень большом окне. При высокой частоте ток концентрируется на поверхности витка, соседнего с магнитным полем. Поле вне витка отсутст
вует, поскольку ток течет только по поверхности проводника.

Может, уважаемый Bludger потом пояснит поподробнее.

Разработчики обычно не ставят целью "получить мощность чем больше, тем лучше

В моем случае (400-ваттный флай) пришлось использовать самый большой из существующих (доступных) магнитопроводов. И иных вариантов увеличение можности, кроме зазора, не было. Чем такое решение неоптимально?
Только не надо было говорить, что при такой мощности не стоило делать флай. Выбор был определен дополнительными условиями.

[Vokchap]

В моем случае (400-ваттный флай) пришлось использовать самый большой из существующих (доступных) магнитопроводов. И иных вариантов увеличение можности, кроме зазора, не было. Чем такое решение неоптимально?
Только не надо было говорить, что при такой мощности не стоило делать флай. Выбор был определен дополнительными условиями.

Для слова "доступных" не возражаю, а вот для "существующих" - не соглашусь. Существуют и под гораздо большие мощности. Только опять-таки для флая это уже неоптимально во всех отношениях. А когда приходится брать то, что "доступно", а не то, что больше подходит, то это опять уже в десятый раз технически неоптимально ....

[AML]

Для "доспупных" не возражаю, а вот для "существующих" - не соглашусь.

Разработка велась в 1989 году. Тогда было доступный=существующий

[Прохожий]

Для "доспупных" не возражаю, а вот для "существующих" - не соглашусь.

Разработка велась в 1989 году. Тогда было доступный=существующий

А по мне так вообще лучше всего сердечник с распределенным зазором типа МП140 или MPP125. Естесственно для мощностей до 300 Вт. И плевать на деньги - надежность дороже.
Насчет "косого полумоста" и обратноходового режима могу сказать следующее - лично наблюдал как все это работает при выходной мощности 5 кВт минимум. Тут все дело в трансформаторе. В том, что я держал в руках индуктивность рассеяния была около 3 мкГн при сечении центрального керна 16 см2 и зазоре 1 мм.

[Artem-1.6E-19]

Чаще всего "оптимально" - это и значит, что посчитать схему так, чтобы воспользоваться готовыми комплектующими без доработки и получить требуемые параметры на выходе. При серийном производстве так и пытаются поступать.

Вот тут, полностью согласен. Кроме расказа про страхи вылезшего из зазора магнитного поля. И что серийное производство не сильно серийное. Но при сильно серийном, может быть выгодно и ферриты заказать.

[A.T.Tappman]

Но при сильно серийном, может быть выгодно и ферриты заказать

Не. В моём случае сердечник был из монитора от желтолицых и узкоглазых. А они экономят на чём толлько можно. На чём нельзя - тоже экономят.

[Artem-1.6E-19]

Но при сильно серийном, может быть выгодно и ферриты заказать

Не. В моём случае сердечник был из монитора от желтолицых и узкоглазых. А они экономят на чём толлько можно. На чём нельзя - тоже экономят.

Стоп. Если у вас мелкая серия, то нужно просто брать "то что влезет" и что уже есть.

[Alex255]

Как я понимаю, для того, чтобы иметь возможность запасти в сердечнике достаточно много энергии, но не ввести его в насыщение.
Накопленная энергия пропорциональна квадрату тока и индуктивности. Индуктивность обратно пропорциональна зазору (грубо). Напряженность магнитного поля пропорциональна току.

Грубо увеличение зазора вдвое также вдвое снижает индуктивность, но позволяет вдвое увеличить ток без захода в насыщение. Результирующая энергия, накопленная в сердечнике, при этом увеличивается вдвое (при прочих равных условиях) (в четыре раза увеличится за счет квадрата тока, но вдвое уменьшится за счет индуктивности)

В принципе может и так конечно (если не принимать во внимание постингов, утверждающих, что ВСЯ почти энергия содержится в зазоре). Но несколько сомнительно... обычно это делается с целью увеличения выходного импеданса - например для питания газоразрядных ламп, где для поджига требуется высокое напряжение, но после поджига требуется ограниченный ток

[Mc_off]

В принципе может и так конечно (если не принимать во внимание постингов, утверждающих, что ВСЯ почти энергия содержится в зазоре). Но несколько сомнительно... обычно это делается с целью увеличения выходного импеданса - например для питания газоразрядных ламп, где для поджига требуется высокое напряжение, но после поджига требуется ограниченный ток

Вы не правильно поняли. Не энергия содержится в зазоре, а плотность магнитного поля (напряженность) там выше. Более подробно об этом можно проситать в любой книге, где описан "эфект близости поля".

Ограничение тока после старта газоразрядной лампы это не увеличенный импеданс, а ограниченная мощность преобразователя.

AML прав. Величина зазора выбирается именно исходя из мощности.
Могу пояснить:
1. Мощность пропорцианальна максимальному току.
2. Величина максимального тока пропорциональна обратно пропорциональна индуктивности первичной обмотки.
3. Индуктивность - обратно пропорциональна квадрату немагнитного зазора.


Таким образом, мощность пропорциональна квадрату величины немагнитного зазора.
Это в очень грубом приближении.

Если интересно, могу поискать ссылку на руководство по расчету обратноходовых трансформаторов (на английском языке). Там есть все нужные формулы и все по пунктам изложено.

[Alex255]

В принципе может и так конечно (если не принимать во внимание постингов, утверждающих, что ВСЯ почти энергия содержится в зазоре). Но несколько сомнительно... обычно это делается с целью увеличения выходного импеданса - например для питания газоразрядных ламп, где для поджига требуется высокое напряжение, но после поджига требуется ограниченный ток

Вы не правильно поняли. Не энергия содержится в зазоре, а плотность магнитного поля (напряженность) там выше. Более подробно об этом можно проситать в любой книге, где описан "эфект близости поля".

Ограничение тока после старта газоразрядной лампы это не увеличенный импеданс, а ограниченная мощность преобразователя.

AML прав. Величина зазора выбирается именно исходя из мощности.
Могу пояснить:
1. Мощность пропорцианальна максимальному току.
2. Величина максимального тока пропорциональна обратно пропорциональна индуктивности первичной обмотки.
3. Индуктивность - обратно пропорциональна квадрату немагнитного зазора.


Таким образом, мощность пропорциональна квадрату величины немагнитного зазора.
Это в очень грубом приближении.

Если интересно, могу поискать ссылку на руководство по расчету обратноходовых трансформаторов (на английском языке). Там есть все нужные формулы и все по пунктам изложено.

Внимательно читайте постинги, пожалуйста, как мой, так и предыдущие (#6)

[Mc_off]

Внимательно читайте постинги, пожалуйста, как мой, так и предыдущие (#6)

?

А в чем я неправ ?

Или вы имели в виду нечто не то, что было вами написано ?

В принципе может и так конечно (если не принимать во внимание постингов, утверждающих, что ВСЯ почти энергия содержится в зазоре).

Тут вы вроде усомнились в правоте слов AML... я попытался вас убедить в его правоте.

... обычно это делается с целью увеличения выходного импеданса

Вот тут вы неправы (на мой взгляд) и я об этом написал.

Т.е. и Вас прошу внимательно читать посты...

[Alex255]

Внимательно читайте постинги, пожалуйста, как мой, так и предыдущие (#6)

?

А в чем я неправ ?

Или вы имели в виду нечто не то, что было вами написано ?

В принципе может и так конечно (если не принимать во внимание постингов, утверждающих, что ВСЯ почти энергия содержится в зазоре).

Тут вы вроде усомнились в правоте слов AML... я попытался вас убедить в его правоте.

"Плотность энергии электромагнитного поля равна W = B*H/2. В воздухе H = B, в феррите H = B/mu, в феррите и в зазоре B равны - следовательно энергия запасается в основном в зазоре." Это цитата #6.

Да не сильно усомнился, но стереотипы тянут, такие трансы мне встречались при запитке неоновых трубок.

... обычно это делается с целью увеличения выходного импеданса

Вот тут вы неправы (на мой взгляд) и я об этом написал.

Это типичная трактовка... не знаю что вам не понравилось))) Или вы считаете что при увеличении выходного сопротивления трансформатора мощность увеличится? Как раз в данном случае такая трактовка более отражает функцию такого БП - способность выдавать большое напряжение при практическом отсутствии тока и существенно сбрасывать при наступлении пробоя.

Т.е. и Вас прошу внимательно читать посты...

Стараемся...