Por que o espaço aéreo de retorno é necessário para armazenamento de energia?

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Por que tantas fontes dizem algo no sentido "uma vez que um transformador flyback armazena energia, é necessário um espaço de ar"? Eu já vi esse raciocínio em livros didáticos e notas de aplicativos.

Eu pensei que as folgas de ar não podem armazenar energia e também pensei que um transformador de flyback armazena energia com sua indutância, e uma folga de ar reduz a indutância, então eu acho que também reduz a capacidade de um indutor / flyback de armazenar energia.

Onde estou confuso?

EwokNightmares
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Respostas:

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Diferentemente de um transformador de topologia direta (onde os enrolamentos primário e secundário estão conduzindo ao mesmo tempo), o transformador de retorno deve armazenar energia durante o interruptor principal em tempo útil, entregando-o à carga durante o tempo de desligamento do interruptor principal.

Um transformador de topologia direta não precisa de nenhum espaço, pois a densidade de pico de fluxo é uma função apenas dos volt-segundos aplicados; a energia que está sendo fornecida 'através' do transformador não é uma variável (além do efeito no ciclo de trabalho). É apenas a corrente de magnetização que move o núcleo ao longo de seu ciclo de histerese, que não apresenta nenhum risco de saturação se tudo estiver bem projetado, uma vez que as curvas de amperagem primária e secundária se cancelam.

Um transformador de retorno reverso não possui o benefício de cancelamento de volta em ampère de um conversor para frente; portanto, a energia primária move o núcleo na sua curva de histerese. A folga de ar nivela a curva de histerese e permite mais manuseio de energia, diminuindo a permeabilidade do núcleo. Obviamente, você precisará adicionar mais voltas para obter a indutância desejada em comparação com o não-gap, mas evita a saturação do núcleo.12euEu2

Adam Lawrence
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É outra maneira de dizer que devo adicionar a lacuna para aumentar o ponto de saturação do fluxo, para que mais corrente possa fluir antes da saturação? E mais fluxo de corrente contínua implica uma maior energia armazenada no núcleo?
EwokNightmares
O núcleo pode lidar com a mesma densidade de fluxo de pico com ou sem a folga. Você não está mudando o Bmax ao ficar boquiaberto.
11558 Adam Lambert
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O ponto principal aqui é que, sem uma folga de ar, um indutor saturará se você tentar colocar alguma corrente nele, para que a indutância caia e você não possa armazenar energia.

O termo "Transformador Flyback" é um pouco enganador e é mais útil considerá-lo como indutor acoplado do que como transformador, porque a ação é bem diferente de uma energia convencional do transformador que entra no primário e sai do secundário ao mesmo tempo. não armazena energia. Com um transformador "Flyback", a energia é armazenada e depois liberada.

Tomando algumas coisas que sabemos sobre indutores

v=eudEudt=NUMAdBdt

Onde v é tensão, i é corrente, N é espiras, B é densidade de fluxo e A é a área magnética efetiva.

Além disso

H=N EueuEu=H euN

onde H é a força do campo magnético, N são voltas e l é o comprimento do caminho magnético

Finalmente permiabilidade

μ=BHH=Bμ

portanto

Eu=B euμ N

Agora podemos calcular energia

Energy=Eu v dt=(B euμ N) (NUMAdBdt) dt=UMA euμB dB=UMA euμB22

Portanto, o armazenamento de energia só é possível no espaço de ar e é proporcional ao volume do espaço de ar e ao quadrado da densidade do fluxo.

Warren Hill
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O armazenamento de energia só é possível no espaço de ar? Então, como todos os indutores sem falhas do mundo armazenam energia? Ou não?
Phil Frost
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@PhilFrost Materiais de núcleo de distribuição distribuídos. Não há espaço mecânico no qual você possa deslizar um pedaço de papel. Existem lacunas microscópicas entre os grãos do material, o que diminui a permeabilidade do material.
Nick Alexeev
A rigor, você pode armazenar energia sem a folga de ar, mas a permeabilidade de materiais magnéticos, como ferrita, é muito maior do que o espaço livre que o armazenamento de energia é insignificante no material magnético. Conforme apontado por @NickAlexeev, a lacuna não precisa ser de ar apenas não magnético e pode ser distribuída em várias lacunas separadas, incluindo microscópicas.
perfil completo de Warren Hill
Obrigado Warren Hill, sua derivação me convence e é bom filtrar as informações ruins que li em outros lugares com isso: D
EwokNightmares
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Ao contrário do que a maioria das pessoas pensa, inclusive você, a maior parte da energia útil é armazenada na brecha do núcleo.

Para o caso da ferrita, a folga é distribuída entre as minúsculas partículas metálicas, e também possui uma folga efetiva usada para cálculos. Essa lacuna lineariza o loop BH e aumenta o manuseio atual antes da saturação.

Edgar
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As folgas de ar são geralmente usadas por considerações de segurança. Para um transformador flyback, você não deseja arcos entre o enrolamento primário e secundário e usa um espaço de ar.

Lior Bilia
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Ele está falando de folga no núcleo, não de isolamento entre enrolamentos.
Adam Lawrence