Dans l'alimentation à haute fréquence et la conception du transformateur, l' espace d'air est souvent un facteur critique. De nombreux ingénieurs posent la même question: comme un espace d'air aide à prévenir la saturation de base, peut-elle également augmenter la puissance du transformateur? Cet article explore les principes électromagnétiques derrière l'espace aérien et examine à la fois les impacts positifs et négatifs sur les performances du transformateur.

Comment fonctionne l'espace aérien

La perméabilité magnétique de l'air est d'environ 4π × 10⁻⁷ h / m, ce qui est bien inférieur à celui des matériaux de ferrite de puissance (μᵣ≈2000–5000). Lorsqu'un espace d'air est introduit dans le noyau magnétique, la réticence magnétique (Rₘ) augmente considérablement. Selon la loi de Hopkinson:

Φ = nirmφ = frac {ni} {rₘ}

Une augmentation de la réticence réduit le flux magnétique (φ), qui à son tour diminue la densité de flux (B):

B = φab = frac {φ} {a}

Lorsque la densité de flux B reste en dessous de la densité de flux de saturation, le noyau ne sature pas et l'inductance reste stable. Cela explique pourquoi un espace d'air correctement conçu permet au transformateur de gérer un courant plus élevé sans saturation prématurée.

Effets positifs: prévenir la saturation et stocker l'énergie

• Suppression de la saturation : En abaissant la perméabilité efficace, un écart d'air empêche la saturation du noyau magnétique dans des courants plus élevés.

• Augmentation du stockage d'énergie : en particulier dans les inductances et les convertisseurs de résonance LLC, un écart d'air bien conçu améliore le stockage d'énergie et la stabilité du système.

Effets négatifs: chauffage et efficacité réduite

Cependant, un plus grand écart d'air ne signifie pas toujours de meilleures performances. Excès Air Gap introduit plusieurs inconvénients:

1. Chauffage accru : un courant plus élevé entraîne des pertes de cuivre plus élevées (p = i⊃2;r), entraînant une augmentation rapide de la température de l'enroulement.

2. Pertes de flux de fuite : un écart plus important provoque plus de flux de fuite, ce qui peut induire des pertes de courant de Foucault dans les enroulements à haute fréquence.

3. Coefficient de couplage réduit : un écart surdimensionné affaiblit le couplage magnétique entre le primaire et le secondaire, abaissant l'efficacité de transfert et réduisant la sortie de tension secondaire.

En bref, alors qu'un espace d'air modéré améliore la fiabilité, un écart d'air surdimensionné réduit la capacité et l'efficacité de puissance.

Équilibrer la conception dans la pratique

Lors de la conception de transformateurs, les ingénieurs doivent être soigneusement équilibrés:

• Courant de fonctionnement par rapport aux propriétés des matériaux de base

• Fréquence de commutation par rapport à la structure d'enroulement

• Gestion thermique vs cibles d'efficacité

• Scénarios d'application (par exemple, alimentations à haute fréquence, chargeurs de batterie, convertisseurs de résonance)

En règle générale, l' espace d'air optimal est déterminé par une combinaison de sélection de matériaux, de simulation et de tests de prototypes.

Conclusion

L'espace d'air lui-même n'augmente pas directement la puissance du transformateur. Au lieu de cela, il joue un rôle vital dans la prévention de la saturation et la garantie de fonctionnement stable. Un espace d'air soigneusement conçu améliore les performances et la fiabilité du transformateur, mais la taille excessive des écarts peut réduire la puissance de sortie et augmenter les problèmes thermiques.

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