Adicionando uma lacuna a um núcleo para um indutor

Estou no processo de projetar um indutor para um conversor de impulso e estou tendo dificuldades para encontrar exatamente o que preciso para este projeto. Encontrei um tamanho / forma do núcleo que parece funcionar, exceto que só posso obter o núcleo no material que desejo ( N49 ) em um núcleo não lacrado (s = 0 na imagem abaixo). Executando os cálculos para este núcleo, parece que, com o valor listado, o núcleo antes de atingir minha meta de design atual. No entanto, o núcleo é grande o suficiente para que, se eu pudesse diminuir o , tivesse um design viável. Então, acho que quero adicionar uma lacuna ao núcleo pré-existente.A $A_L$$A_L$

Como posso adicionar uma lacuna ao núcleo sem comprometer o desempenho? Eu vim com alguns métodos listados abaixo, mas não tenho certeza do que é "melhor".

• Coloque um filme fino (por exemplo, fita Kapton) como um material de folga no pilar interno e nas pernas externas. Fácil, mas a bobina deve estar centrada na folga (certo?) E não será centrada nas pernas externas.
• Lixe cuidadosamente um dos postes centrais. Estou preocupado em poder estimar a contagem de turnos necessária, pois o tamanho da lacuna determina o efetivo . Além disso, não tenho certeza do quão crítico é que os dois postos centrais sejam planos quando houver uma lacuna.$A_L$
• Estou fazendo algo "estranho" e há uma boa razão para não encontrar o que estou procurando.

No fundo, estou tentando criar um indutor de armazenamento de energia para um conversor de impulso operando em frequências mais altas (500 kHz), corrente mais alta (> 12A) e indutância mais alta (> 200µH).

Sempre coloquei calços de papel, plástico ou outros materiais e nunca encontrei problemas, mas isso sempre ocorreu em pequenas execuções de produção. Obter a dimensão da lacuna também é bastante simples. A fórmula básica é: -

$\mu_e = \dfrac{\mu_i}{1+\dfrac{G\cdot\mu_i}{l_e}}$

Onde G é gap e é o comprimento efetivo do núcleo. é a permeabilidade inicial (antes da abertura) e é a permeabilidade efetiva (após a abertura).μ i μ $l_e$$\mu_i$$\mu_e$

Sei que você deseja usar o material N49, mas pode obter pistas perfeitamente boas sobre a folga do N49 se olhar para a tabela do material N41: -

Portanto, para um comprimento efetivo de 70 mm, a permeabilidade de N41 (1890) com uma folga de 1 mm torna-se 67,5, ou seja, bem próximo do número citado de 70. Na verdade, é praticamente a diferença que define a permeabilidade agora. Por exemplo, se você tivesse um material com uma permeabilidade de (digamos) 1000 e fiz as contas com uma folga de 1 mm, a nova permeabilidade sairá em 65,4.

Não esqueça que uma folga de 1 mm no membro central do núcleo se traduz em uma folga de 0,5 mm em toda a volta.

Assim, para o material N49, o novo valor da permeabilidade será de aproximadamente 65 para uma folga de 1 mm. Como isso afeta a saturação? Primeiro, você precisa de mais turnos porque a indutância caiu na proporção 1000: 65. A indutância é proporcional a (voltas) ; agora, para restaurar a indutância, você precisa de 3.922 vezes mais voltas do que anteriormente.$^2$

Isso torna a corrente no primário idêntica à anterior, mas as voltas em ampère aumentaram em 3.922 e, portanto, o campo H é 3.922 vezes maior, MAS isso é importante, B = e, porque diminuiu em 15,38 vezes (3,922 ), B diminuiu efetivamente em 3,922 e o risco de saturação é muito menor.μ $\mu H$$\mu$$^2$

Em relação ao lixamento da ferrita - é muito fácil, mas um pouco complicado para medir o quão longe você lixou. Eu fiz isso uma vez e não tive nenhum problema além de ser um pouco complicado, mas você pode tirar ferrite com uma lixa de grau razoavelmente fino com bastante facilidade à mão.

Basta inserir material de calço não magnético entre os núcleos. Consequentemente, você terá um pouco mais de vazamento de EMI pelas laterais (franja de fluxo). Você estará adicionando duas lacunas para usar o material do calço mais fino do que com uma lacuna na coluna central. Isso geralmente é feito na criação de protótipos de transformadores flyback; na verdade, você pode comprar cola especial 'espaçador' para colar os núcleos. No seu caso, sugiro que você adquira um kit de várias espessuras de chapas de plástico usadas para fins de engenharia mecânica e use o grampo de mola usual para prender os núcleos.

É fácil calcular a diferença de ar necessária para o Al desejado. Veja, por exemplo, Manual de Projeto de Transformadores e Indutores , Col. McLyman 1-18 ~ 1-23.

Moer ferrite não é particularmente fácil de acertar, mesmo em uma fresadora, pelo menos é a minha experiência.

Além da boa resposta da @ Spehro, as pastilhas de diamante tipo 3M ou 3M com granulação alta (1000 para velocidade mais alta, acabamento com rugosidade mais alta, 2000 para suavização intermediária, 4000 para suavização preliminar, 16000 para acabamento ultra-suave) em uma superfície rígida são o que Eu costumava decolar tão pouco quanto 10um +/- 2um de metais e pedras na prototipagem de máquinas e ajustes nos cantos dos núcleos de metal compactados. Eu consegui montar alguns redondos em eixos para usar com a furadeira de bancada de 1 a 10 krpm.

Apenas para adicionar um pouco à mistura de ideias.

Você pode obter Kapton, PTFE, PP, PE, mica e fórmica em chapas de muitas espessuras diferentes e hoje em dia em um bilhão de lugares, portanto, calçar não deve ser um problema. Embora eu recomendo não usar Mica ou Fórmica, já que hoje em dia são mais difíceis de obter e mais difíceis de medir sem causar estilhaços por todo o lado.

EDITAR:

Preste atenção à suavidade do material, no entanto. Alguns plásticos mais macios podem ser compactados com facilidade o suficiente para modificar a matemática das lacunas sob a força de mola do núcleo.

A última idéia que tenho é, sei, estou voltando a gostar de fãs, perguntando a Wurth se eles fazem lacunas personalizadas em amostras nos EUA. E, claro, veja se eles têm um núcleo que você pode provar que se encaixaria na conta.

No meu país, os números simplesmente não são altos o suficiente para justificar a retificação de superfície. Além disso, a maioria das pessoas com esse tipo de habilidade foi deixada. A retificação de superfície é algo difícil de mudar se você errar. Existe a possibilidade de hotspot de núcleo extra próximo Agora, quando calço, você efetivamente tem duas lacunas e, quanto mais lacunas, menos perdas extras em campos de franja. calce e vá para a produção com uma moagem, as maiores perdas podem causar problemas. Quanto maior a diferença total e maior a frequência, maior a probabilidade de haver problemas com perdas extras. Pequenas lacunas parecem ser adequadamente cobertas pelo núcleo fabricantes.Coisas sensatas são fios de litz que não são bem-vindos do ponto de vista da produção e que mantêm o fio longe dos campos marginais. Lembre-se do rádio amador que você deseja uma bobina Q alta.ZL4TIY.

Isso está muito próximo do que estou procurando. Em uma vida passada, trabalhei na Pulse Engineering, construindo amostras de transformadores de pulso e linhas de retardo. Era bastante comum o uso de núcleos lacrados (em vaso), selados com silicone RTV antes do envasamento. Se o epóxi entrasse no núcleo, quase invariavelmente quebraria a ferrita.