ทำไมต้องมีช่องว่างอากาศ flyback สำหรับการจัดเก็บพลังงาน?

ทำไมหลาย ๆ แหล่งกล่าวถึงบางสิ่งบางอย่างตามสาย "เนื่องจากหม้อแปลงฟลายแบ็คเก็บพลังงานไว้จึงต้องมีช่องว่างอากาศ" ฉันได้เห็นเหตุผลนี้ในตำราเรียนและบันทึกย่อของแอพ

ฉันคิดว่าช่องว่างอากาศไม่สามารถเก็บพลังงานได้และฉันคิดว่าหม้อแปลง flyback เก็บพลังงานด้วยการเหนี่ยวนำและช่องว่างอากาศลดการเหนี่ยวนำดังนั้นฉันจึงคิดว่ามันจะช่วยลดความสามารถของตัวเหนี่ยวนำ / flyback ในการเก็บพลังงาน

ฉันสับสนที่ไหน

ซึ่งแตกต่างจากหม้อแปลงกระแสโทโพโลยี (ที่ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิกำลังทำงานในเวลาเดียวกัน) หม้อแปลงฟลายแบ็คจะต้องเก็บพลังงานในระหว่างสวิตช์หลักตรงเวลาส่งมอบให้กับโหลดในระหว่างที่สวิตช์หลักหยุดทำงาน

หม้อแปลงกระแสโทโพโลยีไม่ต้องการช่องว่างใด ๆ เนื่องจากความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุดเป็นฟังก์ชันของโวลต์ - วินาทีที่ใช้เท่านั้น พลังงานที่ส่งผ่าน 'ผ่าน' หม้อแปลงไม่ได้เป็นตัวแปร (นอกเหนือจากผลกระทบต่อรอบการทำงาน) มันเป็นเพียงกระแสแม่เหล็กที่เคลื่อนย้ายแกนกลางไปตามห่วง hysteresis ซึ่งไม่ก่อให้เกิดความอิ่มตัวถ้าทุกอย่างได้รับการออกแบบมาอย่างดีเนื่องจากแอมป์หลักและรองเปลี่ยนจากกัน

หม้อแปลง flyback ไม่มีประโยชน์ในการยกเลิกแอมป์ - เทิร์นของตัวแปลงไปข้างหน้าดังนั้นพลังงานหลักทั้งหมดจะย้ายแกนกลางขึ้นไปทางโค้งฮิสเทรีซิส ช่องว่างอากาศจะทำให้เส้นโค้งฮิสเทรีซิสโค้งและช่วยให้สามารถจัดการพลังงานได้มากขึ้นโดยลดการซึมผ่านของแกนกลาง แน่นอนคุณจะต้องเพิ่มเทิร์นเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ตัวเหนี่ยวนำที่คุณต้องการเปรียบเทียบกับไม่มีช่องว่าง แต่คุณหลีกเลี่ยงความอิ่มตัวของแกนกลาง$\frac{1}{2}LI^2$

จุดสำคัญที่นี่คือไม่มีช่องว่างอากาศตัวเหนี่ยวนำจะอิ่มตัวถ้าคุณพยายามที่จะทำให้กระแสใด ๆ ผ่านมันเพื่อให้การเหนี่ยวนำจะลดลงและคุณไม่สามารถเก็บพลังงานใด ๆ

คำว่า "Flyback Transformer" นั้นทำให้เข้าใจผิดเล็กน้อยและมีประโยชน์มากกว่าที่จะคิดว่ามันเป็นตัวเหนี่ยวนำคู่แทนที่จะเป็นหม้อแปลงเพราะการกระทำนั้นค่อนข้างแตกต่างกับพลังงานของหม้อแปลงทั่วไปที่กำลังเข้าสู่ปฐมภูมิและนอกรองในเวลาเดียวกัน ไม่เก็บพลังงาน ด้วยพลังงานหม้อแปลง "Flyback" จะถูกเก็บไว้ก่อนแล้วจึงปล่อยออกมา

ทำบางสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับตัวเหนี่ยวนำ

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

เมื่อ v คือแรงดันไฟฟ้า, i เป็นกระแส, N เปลี่ยนเป็น, B คือความหนาแน่นฟลักซ์และ A คือพื้นที่แม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพ

ด้วย

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

โดยที่ H คือความแรงของสนามแม่เหล็ก, N เปลี่ยนเป็นและ l คือความยาวของเส้นทางแม่เหล็ก

ในที่สุดความน่าเชื่อถือ

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

ดังนั้น

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

ตอนนี้เราสามารถคำนวณพลังงาน

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

การจัดเก็บพลังงานจึงเป็นไปได้เฉพาะในช่องว่างอากาศและเป็นสัดส่วนกับปริมาณช่องว่างอากาศและความหนาแน่นของฟลักซ์

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่คนส่วนใหญ่คิดรวมถึงตัวคุณเองพลังงานที่มีประโยชน์ส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในช่องว่างของแกน

สำหรับกรณีของเฟอร์ไรต์นั้นมีการกระจายช่องว่างระหว่างอนุภาคโลหะเล็ก ๆ ดังนั้นมันจึงเป็นช่องว่างที่มีประสิทธิภาพที่ใช้สำหรับการคำนวณ ช่องว่างนี้ทำให้ลูป BH เป็นเส้นตรงและเพิ่มการจัดการปัจจุบันก่อนที่จะอิ่มตัว

ช่องว่างอากาศมักจะใช้สำหรับการพิจารณาความปลอดภัย สำหรับหม้อแปลง flyback คุณไม่ต้องการโค้งระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิและใช้ช่องว่างอากาศ