Почему воздушный зазор обратного хода необходим для хранения энергии?

Почему так много источников говорят что-то вроде «поскольку обратный трансформатор накапливает энергию, необходим воздушный зазор»? Я видел это рассуждение в учебниках и заметках приложений.

Я думал, что воздушные зазоры не могут накапливать энергию, и я думал, что трансформатор с обратной связью накапливает энергию благодаря своей индуктивности, а воздушный зазор уменьшает индуктивность, поэтому я думаю, что это также снижает способность индуктивности / обратной связи накапливать энергию.

Где я запутался?

В отличие от трансформатора с прямой топологией (где первичная и вторичная обмотки проводят одновременно), обратный трансформатор должен накапливать энергию во время включения первичного выключателя, передавая ее нагрузке во время выключения первичного выключателя.

Трансформатор с прямой топологией не нуждается в зазоре, поскольку пиковая плотность потока является функцией только приложенных вольт-секунд; мощность, передаваемая «через» трансформатор, не является переменной (кроме ее влияния на рабочий цикл). Только ток намагничивания перемещает сердечник вдоль его петли гистерезиса, который не представляет никакого риска насыщения, если все хорошо спроектировано, так как первичный и вторичный ампер-витки компенсируют друг друга.

Трансформатор обратного хода не имеет преимущества отмены ампер-витков прямого преобразователя, поэтому вся первичная энергия перемещает сердечник вверх по кривой гистерезиса. Воздушный зазор сглаживает кривую гистерезиса и позволяет больше обрабатывать энергию, уменьшая проницаемость сердечника. Вам, конечно, нужно будет добавить больше витков, чтобы получить желаемую индуктивность по сравнению с отсутствием промежутка, но вы избежите насыщения сердечника.$\frac{1}{2}LI^2$

Ключевым моментом здесь является то, что без воздушного зазора индуктор будет насыщаться, если вы попытаетесь пропустить через него какой-либо ток, так что индуктивность упадет, и вы не сможете накапливать энергию.

Термин «Трансформатор с обратной связью» немного вводит в заблуждение, и его более полезно рассматривать как связанные индукторы, а не как трансформатор, поскольку действие совершенно иное, когда обычный трансформатор поступает в первичную и вторичную энергию одновременно. не накапливает энергию С «Flyback» трансформатором энергия сначала накапливается, а затем высвобождается.

Взяв несколько вещей, которые мы знаем об индукторах

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

Где v - напряжение, i - ток, N - витки, B - плотность потока, а A - эффективная магнитная область.

Также

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

где H - напряженность магнитного поля, N - витки, а l - длина магнитного пути

Наконец-то пермиссивность

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

таким образом

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

Теперь мы можем рассчитать энергию

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

Следовательно, накопление энергии возможно только в воздушном зазоре и пропорционально его объему и квадрату плотности потока.

Вопреки тому, что думает большинство людей, в том числе и вы сами, большая часть полезной энергии хранится в зазоре ядра.

В случае феррита зазор распределяется между крошечными металлическими частицами, поэтому он также имеет эффективный зазор, используемый для расчетов. Этот промежуток линеаризует контур ЧД и увеличивает обработку тока до насыщения.

Воздушные зазоры обычно используются из соображений безопасности. Для трансформатора обратного хода вам не нужны дуги между первичной и вторичной обмотками, а используется воздушный зазор.