Làm cách nào để xác định khoảng cách an toàn từ cuộn cảm để ngăn chặn khớp nối ngẫu nhiên?

Trong hầu hết các ứng dụng chuyển đổi năng lượng của tôi, tôi kết thúc với một chút mô tả, ở đâu đó trong khung thép. Tôi đã thấy và nghe kể về những tình huống mà các cặp vợ chồng nghẹt thở với thép của khung xe. Trong một số trường hợp, cuộn dây nóng lên hơn mong muốn, cũng như một phần của hộp. Trong các trường hợp khác, bản thân hộp có lớp bột được nung ra khỏi kim loại. Giải pháp chung là giữ cho cuộn dây cách xa thép, cũng như bất kỳ khe hở lõi nào.

Tuy nhiên, "đi" là một thuật ngữ mơ hồ. Có quy tắc nào tôi có thể tuân theo để xác định khoảng cách an toàn cần thiết để ngăn chặn khớp nối không? Các tình huống ví dụ bao gồm:

• Khoảng cách giữa cuộn dây và hộp thép
• Khoảng cách giữa khe hở và hộp thép
• Khoảng cách giữa lõi không khí và hộp thép

Tôi tưởng tượng rằng một giải pháp chính xác phụ thuộc vào hình dạng chi tiết của hệ thống, vì vậy các quy tắc chung được ưu tiên.

Nó phụ thuộc. Và không có quy tắc cứng và nhanh. Yếu tố lớn nhất là thiết kế của cuộn cảm / cuộn cảm. Có một số cuộn cảm có thể được đặt thẳng lên một số thép mà không có hiệu ứng xấu. Các cuộn cảm khác, trong cùng một thiết kế, có thể có vấn đề lớn. Loại lõi có hiệu ứng lớn (lõi không khí có lẽ là tồi tệ nhất, torroid là tốt nhất), nhưng có đủ sự thay đổi mà khó có thể đưa ra các quy tắc tốt luôn luôn hoạt động.

Cuối cùng, bạn cần thử nó và xem những gì sẽ xảy ra. Lấy nguyên mẫu, bật nó lên và vẫy một mảnh thép xung quanh và đo xem nó ảnh hưởng đến thiết bị của bạn như thế nào. Bạn sẽ học được nhiều hơn trong 10 phút làm điều đó sau đó bạn sẽ đọc câu trả lời như của tôi!

Điều đó đang được nói, đây là kinh nghiệm của tôi: Tôi thiết kế rất nhiều bộ chuyển đổi DC / DC trong phạm vi 1 đến 50 watt. Tôi sử dụng các cuộn cảm nguồn tiêu biểu với lõi sắt dạng bột phù hợp với loại điều này. Kim loại phải có được trong khoảng 0,1 đến 0,2 inch từ bề mặt trên cùng trước khi có một hiệu ứng đáng chú ý. Nhưng, như tôi đã nói trước đây, số dặm của bạn (km?) Chắc chắn sẽ thay đổi và đừng hiểu ý tôi!

Câu trả lời ngắn gọn là giữ cho mọi khe hở hoặc cuộn dây tránh xa các dây dẫn bên ngoài và kim loại màu. Sử dụng cuộn cảm được che chắn và giữ khoảng cách chôn bên trong lõi và cuộn dây. Tất nhiên, ngay cả các lõi được bảo vệ cao, như lõi nồi, sẽ có những khoảng trống nhỏ không chủ ý nơi lõi tham gia. Và, trong thực tế, ngay cả ferrite cũng không giữ được tất cả các lĩnh vực bên trong. Nhưng giữ khoảng cách ở chân trung tâm của lõi nồi là điều tốt nhất có thể làm được.

Một khi bạn thoát khỏi lõi được bảo vệ hoàn toàn, mọi thứ phức tạp hơn. Những gì bạn đã đi cho bạn là lĩnh vực chính nó. Năng lượng từ là gần công cụ trường. Sóng EM suy giảm bởi$\frac{1}{R}$tránh xa nguồn của họ Trường E rơi ra như$\frac{1}{R^2}$. Năng lượng từ trường rơi xuống như$\frac{1}{R^3}$.

Dưới đây là một ví dụ (được điều chỉnh từ một số công việc tôi đã làm mãi mãi trước đây) về từ trường rìa gần một khoảng trống trông như thế nào và cách nó rơi với khoảng cách trong vùng trường tự do:

Hình cho thấy một khoảng cách bán vô hạn. Độ dài khoảng cách là 1mm tính theo y, khoảng cách là vô hạn trong tất cả z và âm x. Vùng rìa đi ra 2,5 độ dài khoảng cách trong đó trường sẽ giảm khoảng 98%. Vì vậy, trong ba loại trường bạn sẽ không phải ở xa để hạn chế tiếp xúc với từ trường.

Quy tắc ngón tay cái ... và tại sao bạn không thể sử dụng nó một cách mù quáng

Một nguyên tắc cơ bản cho các khoảng trống là viền sẽ mở rộng ra khỏi lõi theo số lượng chiều dài khoảng cách. Giả sử bạn có khoảng cách 1mm, sau đó cách khoảng cách và lõi 1mm, cường độ trường sẽ giảm từ 85 đến 90% so với khoảng cách.

Điều đó có nghĩa là bất cứ điều gì đặt 1 khoảng cách khoảng cách sẽ có trường thấp trong đó? Không. Đây là những gì bạn không có cho bạn. Từ trường sẽ luôn tìm thấy đường đi của sự miễn cưỡng thấp nhất (hoặc độ thấm cao nhất) có sẵn. Nếu vật liệu sắt từ được đặt gần khe hở, trường sẽ bị biến dạng khỏi trường hợp trường tự do. Dưới đây là một ví dụ về hình dạng của vật liệu sắt từ khoảng 2 khoảng cách so với khoảng cách:

Hình từ: A. Keyhani, "Thiết kế tổn thất tối thiểu của cuộn cảm 100 kHz với dây Litz", IAS Proceedings 1997.

Bạn có thể thấy các đường trường bị biến dạng bởi vật liệu từ tính. Điều này sẽ đặt khoảng 20% ​​trường vùng rìa vào vật liệu bên ngoài để tạo ra tổn thất dòng xoáy. Vì vậy, bạn có thể muốn có ít nhất 5 khoảng cách khoảng cách giữa khoảng cách và vỏ thép bên ngoài.

Một số hướng dẫn:

• Nếu chỉ sử dụng khoảng cách, có ít nhất 5 độ dài khoảng cách giữa khoảng cách và bất kỳ cấu trúc sắt từ nào.
• Khoảng cách cũng sẽ áp dụng cho cuộn dây do mất hiệu ứng lân cận. Ngoài ra với cuộn dây, hiệu ứng corona sẽ là mối quan tâm với bất kỳ dây dẫn bên ngoài nào.
• Tốt nhất là không sử dụng khoảng cách một mình. Sử dụng các lõi được che chắn và chôn khoảng trống trong lõi (cột giữa) và dưới cuộn dây (bạn sẽ cần lưu ý về tổn thất dòng điện xoáy trong cuộn dây nếu quá gần với khe hở).
• Để che chắn, sự lựa chọn tốt nhất là các lõi nồi được đặt ở giữa (mặc dù chúng thường không có tiết diện uốn lượn tốt nhất). Hầu như tốt là các lõi EE (và tất cả gia đình của họ như EP và LP) và toroids. Điều duy nhất về toroids là chúng là vật liệu perm thấp (đối với cuộn cảm), có khe hở phân tán, do đó sẽ rò rỉ từ thông (hơn cả vật liệu perm cao). Ngoài ra đối với một hình xuyến bạn muốn đảm bảo cuộn dây được phân bố đều xung quanh lõi.
• Nếu sử dụng lõi nhiều lớp (như lõi cắt), hãy đảm bảo (các) khe hở nằm dưới cuộn dây để giảm thiểu rò rỉ.

Ngoài khoảng cách và lõi được bảo vệ tiêu chuẩn:

• Đôi khi có thể bọc toàn bộ cuộn cảm, lõi bao gồm, trong một vỏ đồng đồng trục để hoạt động như một vòng quay ngắn bên ngoài. Ý tưởng là cho phép trường thoát khỏi cấu trúc cuộn cảm để tạo ra một dòng điện trong vỏ bọc tạo ra một trường hủy bỏ các trường bên ngoài vỏ bọc.
• Không khí thứ thực sự là xấu cho che chắn. Độ dài khoảng cách ngụ ý các trường không xác định. Bạn có thể xem xét một người giữ thông lượng perm cao bên ngoài cuộn dây và một vật liệu khe phân tán bên trong cuộn dây để chứa các trường.