Welchen Einfluss hat eine straffe gegenüber einer lockeren Wicklung auf die Transformatorleistung?

Um es einfach zu machen (und eigentlich direkt relevant für das, woran ich arbeite): Welchen Einfluss hat die Wicklungsdichte auf die Transformatorleistung? Nehmen wir einen typischen laminierten EI / EE-60-Hz-Transformator an, der bei 60 Hz innerhalb der maximalen Flussdichte des Kernmaterials arbeitet.

Ich nehme an, dies ist auch eine gute Möglichkeit, die oft erwähnte qualitative Idee des "Flusseinfang"-Effekts eines Kerns mit hoher Permeabilität gegenüber Luft zu beleuchten. Wenn sich der größte Teil des Flussmittels in diesem Kern befindet, wen interessiert es dann, ob etwas mehr Luft vorhanden ist, oder? Aber ... sich vorzustellen, dass das Halten als "locker gewickelt" sich einem unendlichen Durchmesser näherte, scheint ... wackelig.

Ich habe zum Beispiel einen Transformator, bei dem die Primärwicklung fest auf den Kern gewickelt ist, und einen anderen, bei dem die Primärwicklung den Durchmesser des Sonnensystems hat, und da beide den gleichen Fluss in diesem Kern umgeben, gibt es keine Leistungsänderung ? Das kann nicht sein, oder?

Ich stelle mir also vor, dass die Streuinduktivität wahrscheinlich zunimmt. Aber warum das so ist (mentales Modell), scheint physikalisch nicht einzusinken. Liegt es einfach daran, dass je mehr Luft in den Kurven ist, desto mehr Wege gibt es für den Magnetkreis? Und so einfach ist das? Ich stelle mir vor, dass die Berechnung des Flusses im Luftteil der Schaltung wahrscheinlich nicht trivial ist, aber ist das das mentale Modell?

Was wirklich praktisch wäre, wäre eine Erklärung des mentalen Modells vom technischen Typ, und dann vielleicht eine kleine Erwähnung, warum die Maxwells-Gleichung es so macht.

EDIT: Mir ist gerade aufgefallen, dass der "Luftteil der Schaltung" etwas mehrdeutig ist. Was ich meine ist, wenn der zusätzliche Bereich innerhalb der Windung, der nicht der Kern ist, der den Transformator / Gegeninduktivitätsfluss enthält, zunimmt, steigt die Fähigkeit dieser Windung, Energie zu speichern (Luftkerninduktivität). dh Streuinduktivität.

Unabhängig davon ist die Frage der erhöhten Gegeninduktivität, dh der Transformatorwirkung durch die Luft, aber lassen Sie uns vorerst so tun, als wäre die Sekundärwicklung immer fest gewickelt. (oder vergleiche/kontrast Wunde straff oder auch zunehmend)

MMF-Kräfte können durch Vibrationen bei hohen Strömen die Isolierung des Magnetdrahts entfernen und auch die Streuinduktivität erhöhen oder die gegenseitige Kopplung verringern.
Beachten Sie auch, dass ein lockeres Wickeln den Widerstand beeinflusst, da es die Drahtlänge erhöht. Angesichts der Tatsache, dass ein Widerstand in induktiven Geräten fast nie wirklich erwünscht ist, ist dies von erheblicher Bedeutung. Beachten Sie auch, dass Sie, wenn Sie Drahtschlaufen verwenden, die in einen größeren Kern passen, auch einen größeren Kern verwenden können, und wenn ein Luft- / Nichteisenkern wünschenswert ist, sollten Sie in erster Linie einen verwenden. Der gleiche Strom erzeugt die gleiche Anzahl von Feldlinien innerhalb der Schleife des Leiters, aber das bedeutet nicht, dass die Schleifen die gleiche Induktivität haben.
Es ist noch nicht bewiesen, weil ich es nicht berechnet habe, aber mein praktischer Grund, dies zu fragen, ist, dass ich sowohl den Kern als auch die Wicklungen luftkühlen möchte, indem ich einen ausreichend großen Spalt lasse. Ich gehe davon aus, dass dies den sehr geringen Widerstandsanstieg (und damit die Verlustleistung) der Wicklung ausgleichen wird, da die Drähte so groß sind und so wenige Windungen haben, dass die Widerstandsänderung zum Hinzufügen eines kleinen Spalts sehr gering ist.
Insbesondere Drahtdurchmesser liegen in der Größenordnung von 0,250", Windungen liegen in der Nähe von 10 bis 20, und Kernbereiche liegen im Bereich von 24 cm², und der Strom liegt im Bereich von 100 Ampere. Aus dieser Perspektive also eine 1 hinzufügen /8" Lücke (zum Beispiel) fügt der Wicklung keinen nennenswerten Widerstand hinzu. Wahrscheinlich ein paar hundert Mikroohm. Die Verlustleistung bei beispielsweise 200 Ampere würde sich also um vielleicht 10 Watt erhöhen, aber die Wicklung verbraucht 100 bis 200, und die Fähigkeit, diese mithilfe der Lücke zu kühlen, würde die geringe Erhöhung der Verlustleistung bei weitem aufwiegen.
Ahh ... aber sagen wir, die Drähte sind gesichert, obwohl sie eine Lücke haben, indem ein isolierter Former verwendet wird, der zeitweise mit den Drähten verbunden ist, sie aber an Ort und Stelle hält, damit sie sich nicht berühren (eine Lücke zwischen ihnen ist auch erwünscht). oder der Kern.
Wie wird die gegenseitige Kopplung und Streuinduktivität beeinflusst? Wie ich in der Frage geschrieben habe, denke ich, dass dies der Fall ist, aber ich suche nach einer guten Erklärung dafür, was vor sich geht.

Antworten (1)

Siehe meine Antwort hier, wenn Sie die Theorie hinter den folgenden Wörtern wollen: -

Normalerweise neigt der Fluss dazu, sich im Ferritkern zu konzentrieren, da dieser im Vergleich zur Luft zwischen den Spulen und dem Kern den bei weitem geringeren magnetischen Widerstandspfad hat. Die Reluktanz der Luft ist parallel zur Reluktanz des Kerns, und genau wie bei einem elektrischen Stromkreis, der parallele Widerstände mit sehr ungleichen Werten umfasst, fließt der Strom hauptsächlich durch den Widerstand mit dem niedrigeren Wert. Dieser Widerstand mit niedrigerem Wert ist mit der Reluktanz des Kerns verwandt.

Der Fluss sammelt sich also im unteren Widerstandspfad des Ferritkerns.

Wenn wir dies nun testen, indem wir den Radius der Spulen erweitern, sehen wir, dass der Widerstand des Kerns gleich bleibt, aber der Widerstand der jetzt "fetteren" Luft (einer parallelen Komponente) kleiner wird. Es wird kleiner, weil es mehr Luft-"Fläche" gibt und natürlich nimmt der Widerstand mit der Fläche ab.

Wenn Sie es auf die Spitze treiben, sehen Sie eine Verringerung des Prozentsatzes des Flusses, der sich im Kern ansammelt, und Sie erhalten eine Streuinduktivität. Dies liegt daran, dass der Luftpfad nur wirklich nützlich ist, um lokale Flusslinien zu erzeugen, die nur wenige Windungen der Primärwicklung koppeln, UND, was wichtig ist, dass diese lokalen Linien nicht mit der Sekundärwicklung koppeln. Nicht gekoppelter Fluss bedeutet Streuinduktivität.

An diesem Punkt wird die unbelastete Sekundärspannung merklich niedriger sein, da die Gesamtgeschwindigkeit der Flussänderung geringer ist. Wenn jetzt die Sekundärseite geladen werden müsste, würde sich die Situation verschlimmern, da der primärbezogene Laststrom (aufgrund des sekundären Laststroms) durch die primäre Streuinduktivität fließt und die an diesen primären Windungen sichtbare Spannung effektiv senkt, was gesagt werden kann 100% Kopplung der Sekundärseite sein .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Obige ist das Ersatzschaltbild eines Transformators, das zeigt, wie Streuinduktivitäten die Spannung im Herzen der Schaltung (des idealen Transformators) senken.

Nochmals vielen Dank Andi. Das hilft mir sicherzustellen, dass mein mentales Modell funktioniert. Aus Ihrer anderen Antwort, auf die Sie verlinkt haben, war die wichtigste praktische Idee für mich, die in direktem Zusammenhang mit dem steht, was ich tue: "@Andy alias Da R1 || R2 für R1 >> R2 ungefähr R2 ist, ist dies der Effekt des Luftspalts um die Spule minimal, bis das Verhältnis von Lücke/Kern nahe μ des Kerns kommt? Wenn ja, dann könnten Sie bei einem Kern mit einem μ von 1000 eine signifikante Lücke mit minimaler Auswirkung haben du hast richtig geantwortet. Aus dieser Perspektive sieht es also so aus, als wäre das Hinzufügen einer Lücke zum Kühlen ein Versuch.
Was jetzt wirklich ins Schwarze treffen würde, ist ein Bild eines bestehenden Designs, das einen solchen Luftkühlungsspalt zeigt. Wenn dies eine Sache ist, muss es jemand verwendet haben, und wahrscheinlich in einem 60-Hz-Design, bei dem die Permeabilität des Kerns hoch ist. Wahrscheinlich Dienstprogramm, würde ich denken.
Es ist nicht mein Bereich, aber ich kann mir vorstellen, dass es gut funktionieren würde. Versuchen Sie, nach ölgekühlten Versorgungstransformatoren zu suchen. Der Weg, den das Öl nimmt, könnte leicht mit einer Luftkühlungstechnik gleichgesetzt werden.
Welchen Einfluss hat eine straffe gegenüber einer lockeren Wicklung auf die Transformatorleistung?
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