Вопросы подбора сердечника для тороидального трансформатора

[Sturmkatze]

Здравствуйте. Поясните за выбор сердечника для тороидального трансформатора. А то в продаже есть не всё, и мне нужно знать, какими параметрами можно пренебрегать, а какими нет.

Вот есть формула Imax = Bmax x0.5(D+d) / μ0μN, которая сходится с симуляцией в САПР и определяет максимальный ток на первичке, при котором сердечник уходит в насыщение. Исходя из неё следует выбирать сердечник с как можно меньшим μ, чтобы тока в первичку "влезло" больше.

У ферритов μ 1500-6000, у альсифера и железного порошка 10-150. Но при очень маленьких μ магнитная проницаемость становится лишь на порядок выше воздуха, и это меня стремает. Также до очень малых значений падает индуктивность первичной обмотки. Соответственно вопросы:

1. Стоит ли подбирать μ так, чтобы Imax был равен подаваемому на первичку току, или можно взять кратный запас?
2. Что будет, если под нужное число витков μ будет СЛИШКОМ маленьким?
3. Чем чревата слишком маленькая для данной частоты индуктивность первички?

И ещё вопрос на тему, не относящуюся непосредственно к материалу сердечника.
4. Я делаю пушпул с двумя полуобмотками на первичке. Имеет ли смысл равномерно "размазывать" их по сердечнику (рис.1) или можно просто намотать половинки (рис.2)?

[12943]

Может всё таки скачаешь программу Старичка?

[74LS00]

Посмотрите программу старичка на наличие что там есть да и вообще многие собирают исходя из опыта смотря на размеры.
Основной ограничитель частота. Но она ограничивает и выбор полупроводников, что тоже резко завышает цену.
Если посчитано плохо но не совсем уж чтоб взорвалось, то будет лишний нагрев. Вот как раз заводы и делают хуже чтоб дешевле и грелось, но уменьшает размеры и стоимость это в разы. Разобрал блок от компа и там все параметры как по программе, только в первичке вдвое меньше, но ведь работало.

Советские ферриты

Спойлер

доступны 1000-1500, максимум 2000-2500 но их купить сложнее, а меньше 2000 не рекомендуют использовать. ну и двухтактные мотали на кольцах только в журналах из 90 когда был дефицит деталей. Разломить это ещё надо уметь чтоб не раздавить и не раскрошить. Для отклоняющих систем это имело смысл.
Сейчас при доступности ETD в этом нет смысла, можно с компового блока выдрать. А покупка одного колечка тоже обойдётся не дешевле чем бушный блок. Кольцо в чд или китае может стоить и 2 и даже 4-5 бушных блоков с похожим по сечению сердечником.

Импортные блоки часто с 6000, хорошие колечки, встречаются мало где и маленьких размеров, так что для поделок опять же покупать.
У дроссельных ферритов обычно проницаемость около 800, так что халявы нет.
Поэтому лучше брать разборные от трансформаторов.

Пересчитать Ш в кольцо можно примерно, замерив периметр окна (и с каркасом чтоб прикинуть заполнение), а центр там и так по сечению как у кольца. Остальное погрешность на размеры, дефекты и потери.
1мм по размеру может гулять у разных производителей, также и проницаемость на 1%, так что всё это не точно и эта погрешность в несколько витков к обмотке (у которой витков больше если первичка)

Мотают как смогут, если получится уместить в пол стороны, то можно и так. В заводских дросселях по обе стороны в 1 слой.
Но когда кольцо из того что было и провод из того что нашлось, или изоляцию не учли то в 1 слой не влезает, Поэтому мотают в 2 провода, так точнее.

[ddr4]

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4113265#p4113265"]4. Я делаю пушпул с двумя полуобмотками на первичке. Имеет ли смысл равномерно "размазывать" их по сердечнику (рис.1) или можно просто намотать половинки (рис.2)?[/uquote]Да смысл имеет, и чем меньше проницаемость тем больший.

[Sturmkatze]

[uquote="74LS00",url="/forum/viewtopic.php?p=4113333#p4113333"]Посмотрите программу старичка на наличие что там есть да и вообще многие собирают исходя из опыта смотря на размеры.
Основной ограничитель частота. Но она ограничивает и выбор полупроводников, что тоже резко завышает цену.
Если посчитано плохо но не совсем уж чтоб взорвалось, то будет лишний нагрев. Вот как раз заводы и делают хуже чтоб дешевле и грелось, но уменьшает размеры и стоимость это в разы. Разобрал блок от компа и там все параметры как по программе, только в первичке вдвое меньше, но ведь работало.[/uquote]
Посмотрел, но не нашёл там всех ответов. Программа по-видимому является аппроксимацией распространённых случаев. У меня же случай упоротый: некое подобие миниатюрного сварочного трансформатора с частотами ~5-10кгц, где борьба идёт за минимизацию омических потерь при одуренных токах и очень низком вольтаже. Вбиваю туда кастомный сердечник, выставляю проницаемость вручную - начинаются чудеса с одним и тем же КПД хоть на μ=2000, хоть на μ=1, плавают только токи намагничивания и индуктивность.
При этом токи намагничивания для оптимальной μ (100-150) примерно сходятся с номинальным током в моём расчёте. Но всё ещё непонятно, что будет, если сердечник недогрузить.

Интуитивно предполагаю, что ток намагничивания должен быть меньше либо равен току потребления - иначе магнитное сцепление обмоток не будет полным. Это задаёт нижний предел μ, в моём случае ~80 с копейками. Верхний предел μ задаётся индукцией насыщения через формулу, которую я дал выше. (Иной способ - в программе симуляции измерить B в центре катушки с воздушным сердечником и разделить B.max на B). Таким образом получаем некоторую область допустимых значений μ.min < μ < μ.max.

Верны ли мои рассуждения?

[ddr4]

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4113663#p4113663"]Но всё ещё непонятно, что будет, если сердечник недогрузить.[/uquote] Вы не получите максимального выходного напряжения при приемлемом КПД и только).

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4113663#p4113663"]Интуитивно предполагаю, что ток намагничивания должен быть меньше либо равен току потребления - иначе магнитное сцепление обмоток не будет полным.[/uquote]
Есть такое понятие как входная Pвх и выходная Pвых мощность, а также КПД который < 1.
Если у вас повышающий трансформатор, то Uвых > Uвх, Pвых < Pвх => Iвых < Iвх.

[Sturmkatze]

Есть такое понятие как входная Pвх и выходная Pвых мощность, а также КПД который < 1.
Если у вас повышающий трансформатор, то Uвых > Uвх, Pвых < Pвх => Iвых < Iвх.

Стоп, что вообще в этой проге подразумевается под "током потребления"? Ток, потребляемый первичной обмоткой или ток, потребляемый нагрузкой на вторичной? Номинальный/максимальный ток во вторичной мы же отдельно прописываем.

Понимаю следующим образом: Трансформатор понижающий. Требуется получить, допустим, 2в 120А. Тогда:
- Ток потребления это сколько тока должна сожрать первичка, чтобы при данном коэффициенте трансформации на вторичке стало 2в 120А.
- Ток намагничивания это сколько тока должно быть на первичке, чтобы сердечник смог намагнититься до возможности сделать на вторичке 2в.
Так? Или "ток намагничивания" это ток, при котором наступает насыщение?

[ddr4]

С виду ток намагничивания это ток насыщения.
Подробней это к автору проги.

[Sturmkatze]

С виду ток намагничивания это ток насыщения.

Маловероятно. С дефолтными значениями на всех предустановленных сердечниках ток намагничивания в 1.5..4 раза меньше тока потребления. Если бы я писал подобную программу - вряд ли бы я вбил такие дефолтные значения, чтобы насыщение происходило по умолчанию.

Гугление показывает, что моё первое предположение более вероятно:
Что такое ток намагничивания?
Трансформаторы потребляют постоянный ток от источника питания для создания магнитного потока. Он известен как ток намагничивания. Это не зависит от характера нагрузки.
Т.е. это некий минимальный ток, при котором на вторичной обмотке появляется требуемое напряжение - при этом сопротивление на вторичке не имеет значения, она может быть вообще разомкнутой.

Подробней это к автору проги.

Где мне его взять-то?

В общем, прога это замечательно, но мне нужна теория о том, как найти нижние и верхние значения μ. Потому что без точной теории прогу можно интерпретировать бог знает каким способом, и толку с неё не будет.

[12943]

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4114392#p4114392"]но мне нужна теория о том, как найти нижние и верхние значения μ.[/uquote]
Для этого не теория нужна, а даташит. Там приведена проницаемость либо напрямую, либо в виде одновитковой индуктивности.

[Sturmkatze]

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=4114554#p4114554"]Для этого не теория нужна, а даташит. Там приведена проницаемость либо напрямую, либо в виде одновитковой индуктивности.[/uquote]
С этим-то проблем нет. Мне нужна не магнитная проницаемость конкретного материала, а диапазон допустимой магнитной проницаемости под конкретную задачу.

Дано: габариты сердечника, N витков на входе/выходе, U на входе/выходе, I на входе/выходе.
Цель: определить минимально допустимую и максимально допустимую μ.

Слишком маленькая μ - плохо. Трансформатор вырождается в воздушный, с плохим сцеплением обмоток.
Слишком большая μ - плохо. Сердечник моментально уходит в насыщение, и трансформатор снова вырождается в воздушный.

Метод тыка здесь не годится, ибо ферритные материалы выпускаются в огромном диапазоне μ, от 10 до 20000.
Программа Старичка вроде бы позволяет выявить минимальную μ по косвенным признакам, но есть вопросы к интерпретации.

[12943]

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4114684#p4114684"]Слишком маленькая μ - плохо. Трансформатор вырождается в воздушный, с плохим сцеплением обмоток.[/uquote]
Глюпости, индуктивность рассеяния не зависит от наличия сердечника,
только от геометрических параметров обмоток, их взаимного положения и количества витков.
И ещё от одной хрени.

Добавлено after 3 minutes 6 seconds:
[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4114684#p4114684"]Слишком большая μ - плохо. Сердечник моментально уходит в насыщение, и трансформатор снова вырождается в воздушный.[/uquote]
Точь такие же глюпости, чем больше проницаемость, тем меньше ток ХХ.
На индукцию в сердечнике не влияет абсолютно.

[Sturmkatze]

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=4114710#p4114710"]индуктивность рассеяния не зависит от наличия сердечника[/uquote]
Зато взаимная индуктивность и потокосцепление зависят. Иначе бы трансформаторы на деревянных чурках мотали.
Можно, конечно, сделать идеальный воздушный трансформатор из миллиона параллельных тонких жилок обеих обмоток вперемешку, но это изврат.)

[uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=4114710#p4114710"]Точь такие же глюпости, чем больше проницаемость, тем меньше ток ХХ.[/uquote]
И тем меньше ток насыщения, при превышении которого потокосцепление теряется.

[12943]

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4114764#p4114764"]Зато взаимная индуктивность и потокосцепление зависят.[/uquote]
Нарисуй формулы, в которые входят "взаимная индуктивность" и "потокосцепление".
Примени их к рассчёту трансформатора.

[uquote="Sturmkatze",url="/forum/viewtopic.php?p=4114764#p4114764"][uquote="12943",url="/forum/viewtopic.php?p=4114710#p4114710"]чем больше проницаемость, тем меньше ток ХХ.[/uquote]
И тем меньше ток насыщения, при превышении которого потокосцепление теряется.[/uquote]
Нет никакого тока насыщения.
Единственный ток, который создаёт магнитное поле в сердечнике, это ток ХХ.

[сэм]

Ток ХХ=току намагничивания (теже яйца, только вид сбоку)