Tại sao khoảng cách không khí flyback cần thiết cho việc lưu trữ năng lượng?

Tại sao nhiều nguồn tin nói điều gì đó dọc theo dòng "vì máy biến áp flyback dự trữ năng lượng, cần có khe hở không khí"? Tôi đã thấy lý do này trong sách giáo khoa và ghi chú ứng dụng.

Tôi nghĩ rằng các khe hở không khí không thể lưu trữ năng lượng và tôi cũng nghĩ rằng một máy biến áp flyback lưu trữ năng lượng với độ tự cảm của nó, và một khe hở không khí làm giảm độ tự cảm nên tôi nghĩ nó cũng làm giảm khả năng lưu trữ năng lượng của cuộn cảm / flyback.

Tôi bối rối ở đâu?

Không giống như một máy biến áp tôpô phía trước (nơi mà các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp đang tiến hành cùng một lúc), máy biến áp flyback phải lưu trữ năng lượng trong thời gian bật công tắc chính, đưa nó đến tải trong thời gian tắt công tắc chính.

Một máy biến áp tôpô chuyển tiếp không cần bất kỳ khoảng cách nào vì mật độ từ thông cực đại chỉ là một hàm của volt-giây được áp dụng; công suất được truyền 'thông qua' máy biến áp không phải là một biến số (ngoài tác động của nó đến chu kỳ làm việc). Đó chỉ là dòng từ hóa di chuyển lõi dọc theo vòng trễ của nó, không gây ra bất kỳ rủi ro bão hòa nào nếu mọi thứ được thiết kế tốt, vì các vòng xoay chính và phụ sẽ triệt tiêu lẫn nhau.

Máy biến áp flyback không có lợi ích hủy bỏ vòng xoay của bộ biến đổi chuyển tiếp, do đó, toàn bộ năng lượng chính di chuyển lõi lên đường cong trễ của nó. Khe hở không khí làm phẳng đường cong trễ và cho phép xử lý năng lượng nhiều hơn bằng cách giảm độ thấm của lõi. Tất nhiên bạn sẽ cần thêm nhiều lượt để có được độ tự cảm mong muốn so với không có khoảng cách, nhưng bạn tránh được độ bão hòa lõi.$\frac{1}{2}LI^2$

Điểm mấu chốt ở đây là không có khe hở không khí, cuộn cảm sẽ bão hòa nếu bạn cố gắng đặt bất kỳ dòng điện nào qua nó để độ tự cảm sẽ giảm và bạn không thể lưu trữ bất kỳ năng lượng nào.

Thuật ngữ "Biến áp Flyback" hơi sai lệch và hữu ích hơn khi coi nó là cuộn cảm ghép thay vì biến áp vì hành động này khá khác biệt với năng lượng biến áp thông thường đi vào sơ cấp và ra khỏi thứ cấp cùng một lúc không lưu trữ năng lượng. Với năng lượng biến áp "Flyback" được lưu trữ đầu tiên sau đó được giải phóng.

Lấy một số điều chúng ta biết về cuộn cảm

$$v = L \frac{di}{dt} = N A \frac {dB}{dt}$$

Trong đó v là điện áp, i là dòng điện, N là lượt, B là mật độ từ thông và A là vùng từ tính hiệu dụng.

Cũng thế

$$H = \frac {N \ i}{l} \Rightarrow i = \frac {H \ l}{N}$$

Trong đó H là cường độ từ trường, N là lượt và l là chiều dài đường từ

Cuối cùng là tính thấm

$$\mu = \frac {B}{H} \Rightarrow H = \frac {B}{\mu}$$

Như vậy

$$i = \frac{B \ l}{\mu \ N}$$

Bây giờ chúng ta có thể tính toán năng lượng

$$\begin{align} Energy & = \int{i \ v} \ dt\\ & = \int{\left( \frac{B \ l}{\mu \ N} \right) \ \left( N A \frac {dB}{dt} \right)} \ dt\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\int{B} \ dB\\ & = \frac {A \ l}{\mu}\frac{B^2}{2}\\ \end{align}$$

Do đó, việc lưu trữ năng lượng chỉ có thể có trong khe hở không khí và tỷ lệ thuận với thể tích khe hở không khí và bình phương của mật độ từ thông.

Trái với những gì hầu hết mọi người nghĩ, bao gồm cả bản thân bạn, hầu hết năng lượng hữu ích được lưu trữ trong khoảng trống của lõi.

Đối với trường hợp của ferrite, khoảng cách được phân phối giữa các hạt kim loại nhỏ, do đó, nó cũng có một khoảng cách hiệu quả được sử dụng để tính toán. Khoảng cách này tuyến tính hóa vòng lặp BH và tăng xử lý hiện tại trước khi bão hòa.

Khoảng trống không khí thường được sử dụng để xem xét an toàn. Đối với máy biến áp flyback, bạn không muốn các vòng cung giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp và sử dụng khe hở không khí.