“يمكن أن يُلاحظ من مخطط حلقة التخلفية أنه عندما يزيد H ، تزداد قيمة B أيضًا في نفس الوقت ، ولكن عندما يزيد H إلى حد معين ، تصبح الزيادة في قيمة B أبطأ وأبطأ حتى لا تتغير قيمة B (ش). تصبح القيمة أصغر وأصغر حتى الصفر) ، وعند هذه النقطة تكون المادة المغناطيسية مشبعة. عادة لا تريد المحرِّضات المستخدمة في الدائرة أن يتشبع المحرِّض (باستثناء التطبيقات الخاصة) ، ويجب أن يكون منحنى عمله ضمن منحنى التشبع ، ويطلق على Hdc اسم قوة المجال المغناطيسي DC أو نقطة التشغيل DC.
“
المبدأ الأول
يمكن أن يُلاحظ من مخطط حلقة التخلفية أنه عندما يزيد H ، تزداد قيمة B أيضًا في نفس الوقت ، ولكن عندما يزيد H إلى حد معين ، تصبح الزيادة في قيمة B أبطأ وأبطأ حتى لا تتغير قيمة B (ش). تصبح القيمة أصغر وأصغر حتى الصفر) ، وعند هذه النقطة تكون المادة المغناطيسية مشبعة. عادة لا تريد المحرِّضات المستخدمة في الدائرة أن يتشبع المحرِّض (باستثناء التطبيقات الخاصة) ، ويجب أن يكون منحنى عمله ضمن منحنى التشبع ، ويطلق على Hdc اسم قوة المجال المغناطيسي DC أو نقطة التشغيل DC.
بالنسبة لمحث مرشح تخزين الطاقة ، لأنه يحتاج إلى تحمل تيار تيار مستمر معين (يمكن أيضًا اعتبار تيار التردد المنخفض على أنه تيار مستمر بالنسبة لتيار التبديل عالي التردد) ، أي أن هناك نقطة تشغيل تيار مستمر Hdc لا صفر. يحتاج النواة المغناطيسية إلى فجوة هوائية لتحمل تدفق مغناطيسي كبير للتيار المستمر ، كما هو موضح في الشكل أدناه ، لذلك يستخدم هذا النوع من المحرِّض عادةً نواة مسحوق حديد كنواة مغناطيسية (مع فجوة هوائية مشتتة).
نظرًا للفجوة الهوائية الموزعة المضافة إلى النواة المغناطيسية ، فإن عملية التشبع ليست تغييرًا مفاجئًا ولكنها عملية تدريجية ، لذلك تتحول مشكلة عدم تشبع المحاثة إلى انخفاض معقول في قيمة الحث تحت التيار المستمر.
بالنسبة لمحثات PFC و BOOST و BUCK و DC-DC ، يتم تحديد قيمة المحرِّض عادةً عن طريق أقصى تيار تموج (تيار تموج) الذي يتطلبه التصميم (عادةً ما يكون مؤشر التصميم هو أقصى نسبة تيار تموج).
من بينها ، بالنسبة لمحثات BUCK و DC-DC ، تكون نقطة تشغيل التيار المستمر (IAVG) ثابتة نسبيًا ، كما هو موضح في الشكل ، وهو الحد الأدنى لقيمة المحاثة للمحاثة المطلوبة عند أقصى نقطة تشغيل للتيار المستمر.
يمكن الحصول عليها من الرسم البياني أو صيغة الحساب المقدمة من الشركة المصنعة للقلب المغناطيسي. عادة ، بغض النظر عن كيفية تصميمه ، عند أقصى نقطة تشغيل للتيار المستمر ، يجب ألا تقل عن 30٪ من النفاذية الأولية ، وإلا فإنه سيتسبب في تأرجح الحث أكثر من اللازم ويؤثر سلبًا على وحدة التحكم.
بالنسبة لمحثات PFC و BOOST ، فإن نقطة تشغيل التيار المباشر هي إشارة تردد طاقة تبلغ 50 هرتز / 60 هرتز ، وهي غير ثابتة ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
في هذه الحالة ، يتم تعريف النسبة المئوية القصوى لتيار التموج على أنها نسبة أقصى تيار تموج إلى تيار المحرِّض الذروة عند جهد الدخل المقنن.
لاحظ أن أقصى تيار تموج في هيكل BOOST يحدث عندما يكون جهد الدخل اللحظي نصف جهد BUS ، ودورة العمل 0.5.
لاحظ أن نقطة التشغيل DC هنا هي تيار الإدخال الفوري المقابل عندما يكون الجهد اللحظي للإدخال نصف جهد BUS.
في الوقت نفسه ، في ظل أقصى نقطة تشغيل للتيار المستمر في ظل أسوأ الظروف (قيمة الذروة لتيار الإدخال الكامل للجهد المنخفض) ، يجب ألا تكون أقل من 30٪ من النفاذية الأولية.
بالنسبة لمحثات INV ، عادة ما يتم تحديد قيمة المحرِّض من خلال ما إذا كان يمكن لجهاز التحكم أن يحد من التيار بشكل موثوق.
نظرًا لأن محث INV يحتاج إلى تحمل أحمال الصدمات غير الخطية مثل RCD ، فإن UPS عادة ما تتطلب أن تكون نسبة عامل القمة أكبر من 3: 1. وبالنظر إلى حد تيار العاكس الفعلي سيكون أكبر قليلاً من 3: 1 ، عادةً 4: يتم أخذ 1. لذلك ، محث INV يمكن ضبط الحد الأقصى لنقطة تشغيل التيار المستمر على 4: 1 (4 أضعاف قيمة جذر متوسط التربيع لتيار المحرِّض تحت الحمل المقدر). بالطبع ، إذا تغيرت متطلبات مواصفات عامل القمة ، فيجب إجراء التعديلات وفقًا لذلك.
عند نقطة التشغيل القصوى للتيار المستمر ، يجب ألا تقل نسبة μdc٪ عن 30٪ من النفاذية الأولية ، وإلا فمن المحتمل أن تتسبب في تحديد تيار غير موثوق به وتلف أنبوب مفتاح INV.
بعد تحديد قيمة الحث ، حدد النواة المغناطيسية المناسبة ، وتحقق من المواصفات للحصول على قيمة AL الخاصة بها ، واستخدم الصيغة التالية لحساب عدد الدورات.
المبدأ 2
يكون ارتفاع درجة الحرارة الناجم عن فقدان الحث ضمن النطاق المسموح به (مع مراعاة عمر الخدمة).
جوهر
يتكون القلب المغناطيسي لمحث تخزين الطاقة من لب مسحوق الحديد ، ولب مسحوق الحديد والسيليكون والألمنيوم ، والفريت ، وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر ، يعتبر قلب مسحوق الحديد هو الأكثر استخدامًا. يعاني قلب مسحوق الحديد من مشكلة الفشل الناتج عن التقادم في درجات الحرارة العالية.يمكن تفسير آلية الفشل على النحو التالي: يتكون قلب مسحوق الحديد عن طريق خلط الجزيئات المغناطيسية الحديدية ووسط العزل ، وعادةً ما يتكون وسط العزل من بوليمر جزيئي عالي- الراتنج.عند درجة الحرارة المرتفعة ، سيتدهور أداء العزل تدريجياً ، وستصبح المقاومة بين المواد المغناطيسية أصغر وأصغر ، وبالتالي فإن فقدان التيار الدوامي للنواة المغناطيسية سيصبح أكبر وأكبر ، وستؤدي الخسارة الكبيرة إلى ارتفاع درجة الحرارة ارتفاع ، وبالتالي تشكيل ردود فعل إيجابية ، والتي تسمى تأثير الهروب الحراري. يتم تحديد عمر لب مسحوق الحديد من خلال تأثير الجريان الحراري ، والذي يرتبط بدرجة الحرارة وتردد التشغيل وكثافة التدفق المغناطيسي. في الوقت الحاضر ، تعاني نوى مسحوق الحديد من MicroMetals ، والتي تستخدم على نطاق واسع من قبل الشركة ، من المشاكل المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، يجب أيضًا التذكير بأنه إذا لم يكن للوسيط العازل مشكلة تدهور درجة الحرارة المرتفعة ، فلن يكون لللب المغناطيسي تأثير جريان حراري ، والذي يرتبط بالمواد والعمليات المستخدمة من قبل كل شركة ، وليس مطلقًا.
يرتبط ارتفاع درجة حرارة النواة المغناطيسية ارتباطًا مباشرًا بفقدان النواة المغناطيسية. كما ذكر أعلاه ، يتكون فقدان النواة المغناطيسية بشكل أساسي من فقدان التباطؤ وفقدان تيار الدوامة.للب نوع المسحوق الأساسي ، بسبب مقاومة العزل الكبيرة بين المواد المغناطيسية ، يمكن تقليل فقد تيار الدوامة تقريبًا.لا يكاد يذكر (ولكن تأثير الانحراف الحراري يرجع إلى زيادة فاقد تيار الدوامة). يرتبط فقدان التباطؤ فقط بالتردد وكثافة التدفق المغناطيسي للتيار المتردد (منطقة حلقة التخلفية المغناطيسية) ، ولا علاقة له بكثافة التدفق المغناطيسي عند نقطة تشغيل التيار المستمر. الصيغة التالية هي الصيغة التجريبية لحساب الخسارة الأساسية لبودرة الحديد للشركة:
من بينها تردد التبديل ، B (وحدة غاوس) هي قيمة الذروة لكثافة التدفق المغناطيسي للتيار المتردد في دورة تبديل واحدة ، والتي تمثل نصف قيمة الذروة إلى الذروة لكثافة التدفق المغناطيسي للتيار المتردد في دورة تبديل واحدة () . هو ثابت مرتبط بالمادة ، وثوابت المادة الشائعة موضحة في الجدول أدناه.
بالنسبة لمحثات BUCK و DC-DC ، يكون عرض النبضة مستقرًا بشكل أساسي أثناء عملية الحالة المستقرة ، لذلك من السهل تحديد قيمة B. ومع ذلك ، بالنسبة لمحثات PFC و BOOST و INV ، يتغير عرض النبضة دائمًا ، وتتغير قيمة B دائمًا ، وبالتالي فإن الفقد الفوري في دورة تردد الطاقة غير مؤكد أيضًا ، ويجب أن تكون الخسارة في هذا الوقت عبارة عن دورة تردد طاقة متوسط Pcore-loss-avg المراد قياسه.
نحن نعلم أن أقصى تموج للتيار يحدث عندما يكون الدخل (أو المخرج) نصف جهد الخرج (أو الدخل). في الواقع ، يحدث هذا أيضًا عندما تصل كثافة التدفق المغناطيسي الفوري للتيار المتردد إلى الحد الأقصى ، وهو ما يسمى ، الخسارة في هذا الوقت هي أيضًا للوصول إلى الحد الأقصى. بعد الحساب النظري والاختبار العملي ، وجد أن Pcore-loss-الذروة و Pcore-loss-avg لهما العلاقة التالية في ظل أسوأ الظروف:
من بينها ، يرتبط K بطوبولوجيا الدائرة ونسبة تعديل جهد الخرج Vo_pp / 2VBUS.
في الوقت الحالي ، يتراوح جهد BUS بين 340V و 400V ، لذا فإن معدل تنظيم الجهد يتراوح بين 0.7 و 0.9 ، ويمكن أن نرى من الشكل أن K بين 0.35 و 0.6.
لفه
الخسائر في الملف ناتجة عن التيار في مقاومة السلك. يحتوي التيار الموجود في سلك المحرِّض عادةً على تيار منخفض التردد لتردد الطاقة أو مكون تيار مستمر وتردد عالي لتردد التبديل.
نسبة الفقد المغناطيسي إلى فقدان النحاس
عادةً ما تكون مادة اللب المغناطيسي (باستثناء صفائح الفولاذ السليكونية الأفضل) موصلًا ضعيفًا للحرارة ولديها مقاومة حرارية عالية ، في حين أن السلك النحاسي موصل جيد للحرارة وله مقاومة حرارية صغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن النوى الحلقية شائعة الاستخدام هي لفائف ملفوفة حول قلب الحديد (نوع الحديد الداخلي). لذلك يمكن تبديد الحرارة على الملف بشكل أفضل من الحرارة على القلب.للتأكد من أنه يمكن التحكم في درجة الحرارة الأساسية
المبدأ الثالث
بعد اكتمال التصميم النظري للمحاثة ، من الضروري النظر في مشكلة التنفيذ الهندسي.
قضايا العملية التي يجب أخذها في الاعتبار هي: ما إذا كان يمكن لف ملف الحث ، وطريقة لف الملف ، وتحديد الخطأ.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من طرق اللف: الدورية ، والتبادلية ، والتقدمية.
● طريقة اللف الدائري هي أن الأسلاك ملفوفة دائمًا في نفس الاتجاه ، والأسلاك متعددة الطبقات مكدسة على بعضها البعض. الميزة هي أنه يمكن لفها تلقائيًا بواسطة الآلة ، ومعامل اللف مرتفع. العيب هو أنه لا توجد مسافة تقريبًا بين نهاية البداية ونهاية الملف ، وأن فرق الجهد بين الطبقات كبير.عند تطبيق الجهد العالي ، من السهل التسبب في فشل عزل السلك بسبب فرق الجهد العالي.
● طريقة اللف الترددي هي أنه بعد لف السلك في طبقة واحدة ، يتم لف السلك في الاتجاه المعاكس ثم يتم لف الطبقة التالية ، ويتم تكديس الأسلاك متعددة الطبقات على بعضها البعض. يتم فصل نهايات البداية والنهاية بمسافة. الميزة هي أنه يمكن لفها تلقائيًا بواسطة آلة ؛ يتم فصل نهاية البداية والنهاية عن طريق مسافة ، والتي يمكن أن تحل جزئيًا مشكلة فشل عزل السلك الناجم عن فرق الجهد الكبير. العيب هو أن نهاية البداية ونهاية الملف مفصولة بمسافة ، وأن معامل اللف ليس مرتفعًا.
● طريقة اللف التدريجي هي أن السلك يتم لفه من نهاية البداية إلى النهاية في اتجاه واحد ، والسلك غير متعدد الطبقات. الميزة هي أن فرق الجهد بين الأسلاك صغير ، ونهاية البداية ونهاية الملف مفصولة بمسافة ، وهي مناسبة لتطبيقات الجهد العالي. العيب هو أنه يجب أن يتم لفه يدويًا ، بكفاءة منخفضة وتكلفة عالية ؛ اللف فوضوي ومعامل اللف منخفض.
في التطبيقات العملية ، من الضروري تحديد طريقة اللف التي يجب اختيارها وفقًا لجهد العمل للمحث. ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض الكفاءة والتكلفة العالية لطريقة اللف التدريجي ، يجب عدم اختيارها كملاذ أخير.
نظرًا لأن المعلمات المغناطيسية للمادة الأساسية المغناطيسية بها خطأ توزيع كبير ، فقد يكون الفرق أكبر بالنسبة للدفعات المختلفة أو الشركات المصنعة المختلفة ، عادةً ± 15٪ إلى 25٪ ، لذلك يجب مراعاة التأثير الناتج عن انحراف المعلمة في التصميم.