Программы расчета трансформаторов и дросселей

[Lafan]

Lafan Вы либо не четко формулируете вопрос, либо невнимательно прочли мой пост. В нем говорилось об энергоемкости системы и о целесообразности (эффективности) применения отдельных элементов системы.

Да, нет. Я внимательно читаю все посты. Отвечать на все я просто наверно и не поспеваю. А с другой стороны и не рвусь. Я вижу сейчас активный процесс. Бурление мыслей. Какие-то правильные, иные не очень. Одни правильное направление задают, другие уводят в сторону или забегают вперед. Но это нормальный творческий процесс. Мне он нравится. И я даже опасаюсь вторгаться в него, типа сразу вправлять мозги. Да у вас и самих это не плохо получается. Главное, чтобы полезные мысли не терялись, выплывали вверх.

Что касается выражения – «энергия накапливается в индуктивности». Здесь надо учитывать, чем является индуктивность. Если это катушка с сердечником, то это система. А если только катушка, то это только элемент. А сравнивать систему и элемент уже не корректно. Присобачьте к нему конденсатор. И получится новая система – колебательный контур. Но в нем совсем другая физика и накопления и циркуляции энергии. Она далека от нашей.

А теперь попробуем выделить первую полезную мысль.

…энергия тока катушки совершает работу на перемагничивание (выстраивание в ряд) части магнитных доменов, общее количество которых зависит от объема сердечника. При возврате энергии - возврат доменов в исходное состояние совершает работу на наведение тока в катушке.

Ну, наконец, то! Вот и первые плоды нашей дискуссии. Значит, уже не напрасна. Да и не мне одному все же глаголить.

Магнитные материалы отличаются от немагнитных наличием доменной структуры. Она была открыта 100 лет назад и с тех пор лежит в основе теории ферромагнетизма. Суть ее проста. Каждый домен представляет собой самостоятельный магнитик. И наделен от рождения максимальной намагниченностью и своим вектором намагниченности. Поскольку этих магнитиков много, их общий вектор намагниченности равен нулю. Это как в вакууме, который раньше считался пустотой. А теперь уже признано, что вакуум это нулевая равновесность какой-то херни. Зазор конечно тоже не пустота, но магнитной херни там точно нет. Потому и энергию там всасывать некому. Да и нужно ли там искать что-то.

Мы сделали всего лишь первый шаг внутрь сердечника. Увидели только его структуру. Понятней стало, куда упаковывается энергия. Теперь надо нырять еще глубже, разобраться уже с доменами. Понять детальней, как энергия в них упаковывается. И понять, почему «Магнитные сердечники не очень хорошо «умеют» накапливать энергию магнитного поля. А эффективные (с высокой магнитной проницаемостью) сердечники насыщаются уже при малом уровне напряженности магнитного поля».

Забугорные спецы с этой задачей не справились. А нам надо. Мы ведь не хуже.

[akegor]

А теперь уже признано, что вакуум это нулевая равновесность какой-то херни.

Вот. Только не "херни", а "хрени".
А вот здесь есть исследование Хрени. Кто не видел - посмотрите обязательно, чтобы отпали все вопросы.

А отсюда можно скачать легко, просто и быстро.

[lag1828]

Если это катушка с сердечником, то это система. А если только катушка, то это только элемент. А сравнивать систему и элемент уже не корректно.

Спасибо, буду знать, что катушка с током, но без сердечника, это элемент, а катушка с сердечником - это система.

[Lafan]

Вот. Только не "херни", а "хрени"

Если быть точным, то да. "Хрень" это то о чем дискутируют.. А "херня" это то что сопровождает разговор о "хрени".

Если вам досталась машина послушная как баба. Ну, и че о ней дискутировать. На ней надо ездить молча. А если досталась брыкастая, то и разговоров тьма, и не без "херни" конечно.

Напоминаю, у нас главным системным объектом дискуссии является трансформатор обратнохода. А главной "хренью" для нас в нем является сердечник. И главная задача понять почему он брыкается без зазора. Рассматривать варианты без нашей "хрени", это значит получить в итоге только одну "херню" с нулевой равновесностью. На это обижаться не надо. Такова жизнь.

Помниться поэтесса Ахматова делилась своим секретом - "и из какого только мусора рождаются стихи".

[Lafan]

Продолжим подводить первые итоги нашей дискуссии. Предлагаю подборку высказанных мыслей, на которые стоило обратить внимание.

Объем сердечника с высокой проницаемостью собирает и усиливает внутри себя силовые магнитные линии и замыкает их через зазор.

Другими словами энергия тока катушки совершает работу на перемагничивание (выстраивание в ряд) части магнитных доменов, общее количество которых зависит от объема сердечника. При возврате энергии - возврат доменов в исходное состояние совершает работу на наведение тока в катушке.

Сердечник - это параметрический усилитель магнитного поля. Накопление идет за счет работы по увеличению числа синхронных доменов (пропорционального объему и свойствам сердечника). Грубо - намагничивающая сила I*w создает магнитный поток в катушке который управляет усилителем магнитного поля с коэффициентом мю (сердечником), то есть магнитный поток в катушке совершает работу по упорядочиванию доменов сердечника

с помощью сердечника удается в мю раз увеличить концентрацию магнитного потока

В общем мысли гуляли где-то рядом. Теперь и мне можно добавить свою капельку «херни».

Появление внешнего магнитного поля вынуждает реагировать магнитики доменов сердечника. А именно синхронно поворачивать свой вектор намагниченности в сторону вектора внешнего магнитного потока. И чем больше внешнее поле, тем сильней поворачивается пружина домена. И тем больше упаковывается энергии в домен. Но этим дело не ограничивается. Синхронный поворот магнитиков нарушает нулевую равновесность их собственных внутренних магнитных потоков. В итоге появляется общий внутренний магнитный поток в сердечнике. И вот здесь самое интересное.

Природа этого внутреннего потока такая же, что и у внешнего магнитного потока. Поэтому в ответ магнитики начинают реагировать и на него тоже. Еще больше поворачиваются и в ту же сторону. Возникает замкнутый процесс самоусиления внутреннего потока. Это явление называется магнитной восприимчивостью. Разумеется, этот процесс не бесконечен. Конечная величина усиления внутреннего потока по отношению к внешнему численно выражается относительной магнитной проницаемостью. Получается, что магнитная восприимчивость выполняет ту же работу что и внешнее поле. Только проку от этого мало. Энергию этой работы наружу не выплеснешь. Она же внутренняя и там же и останется. Ее же извне ничем не восполнишь. И при этом ограничивает упаковку внешней энергии в сердечник. И чем больше проницаемость сердечника, тем больше это ограничение. Вот почему «магнитные сердечники не «умеют» накапливать энергию». Вспомните, что выше говорил нам «знающий дилетант». И в этом был прав. Магнитный сердечник подобен сосуду с узким горлышком.

Но такой сосуд и отдавать энергию тоже эффективно не может. При выключении внешнего поля, внутреннее поле остается, не исчезает. Оно само и не позволяет это сделать. Оно само себя и поддерживает. Как в постоянном магните. Это явление называется остаточной намагниченностью. Оно, конечно, уменьшится на величину энергии внешнего поля, но немного. И чем больше магнитная проницаемость, тем меньше диапазон изменения намагниченности. А значит и выплеска энергии. Тот же эффект узкого горлышка.

Вот как-то так. Теперь вам оценивать здесь полезные мысли. Ну, и продолжить.

[kfuby]

Здравствуйте!
Обратил внимание на такое поведение программы FlybackRing (v5.1)
Не мешает, но мало ли...

PS. и ещё дрыгается плотность тока в первой вторичке, только что заметил

[Lafan]

Теперь вам оценивать здесь полезные мысли. Ну, и продолжить.

Продолжения нет, значит, всем все стало ясно. Да, и действительно. Физика явления обнажилась. Стала понятней и скромная роль немагнитного зазора. Он увеличивает магнитное сопротивление магнитопровода сердечника для вторичного магнитного потока. И тормозит эффект самоусиления потока, его магнитную восприимчивость. В итоге уменьшается и проницаемость. Все это приводит к раскупориванию сосуда сердечника. Что и позволяет эффективно качать мощность через него.

Разумеется, это все открылось не сразу. Нужно было время, чтобы оживить в памяти азы темы. Вникнуть в проблему. Да, и мозги уже старые. Разминать их долго приходится. Но с вашей помощью и это получилось. Хотя и трудно было поспевать откликаться на крутые повороты звучавших мыслей. Не обессудьте. Благодарен всем, кто принял участие в дискуссии.

Отдельно благодарю и автора за содержательную беседу. Она получилась живой, состязательной, как и подобает быть творческой беседе. Но в тоже время оставалась доброжелательной. Надеюсь, и завершим ее также на дружеской ноте.

А теперь можно и подвести итоги нашей беседы. Вспомним, с чего она началась. Ее породил Winlin со своей проблемой. Он и породил у меня сомнения в расчете. Поскольку не увидел оценку возможностей сердечника пропускать заданную мощность. Потому и предложил автору формулу Хныкова, и как-то применить ее. Поскольку Хныков считал ее всего лишь оценочной, полагал, что ее придется как-то дорабатывать. Потом, когда по ходу беседы появились взаимные расчеты, засомневался, а ту ли проницаемость используем в расчетах. А дальше у Хныкова в книге нашел и подтверждение. Оказывается надо использовать проницаемость с учетом зазора. Просто в той главе с формулой он это не подчеркнул. Теперь и результат получился иной. Привожу расширенную формулу:

Рс=796*V*dB*Bo*F/МЮz

где: dB=Bмах-Bмин, Bo=(Вмах+Вмин)/2

а вот вам еще один пример расчета.
на том же Е20 легко получилось 23 Ватта. но это уже практически предел по заполнению окна медью.

Здесь автор дал последний свой расчет на скрине. Возьмем все исходные данные. Заданная мощность нагрузки Рн=23 Вт. Объем сердечника V=1.486 см2. Проницаемость сердечника МЮс=1680. Проницаемость с зазором МЮz=139. Частота преобразования F=100 кГц. Максимальная индукция Вмах=0.244 Тл. А минимальную индукцию остаточной намагниченности определим для простоты по формуле Вмин=Вмах*МЮz/МЮс=0.020 Тл. Тогда среднее значение индукции будет Во=0.132. Подставляем данные в формулу и получаем мощность сердечника:

Рс=796*1.486*0.224*0.132*100/139=25.2 Вт

А теперь сравним с заданной мощностью. И что видим? Да вроде соответствует. Даже запас есть. На потери в сердечнике и потери в выпрямительных диодах. Еще и останется что-то. И какой будем делать вывод? Да работает формула Хныкова. И дорабатывать ее оказывается не надо. Причем на нее можно посмотреть двояко. Либо расчет программы подтверждает ее правильность. Либо она подтверждает правильность расчета программы.

Раз у вас пошли ссылки на мой расчет, может все таки оцените его (правильно ли все посчитано)?
Сердечник ЕЕ24 я добавил сам, путем измерений габаритов (что собственно программа предлагает). Это сердечник дежурки из АТХ inwin 430. Он как Е19, только раза в два выше.

Это уже его повторное вопрошание. И давно сделано. Однако никто так и не ответил на него. Почему? Ладно, мы. Нам самим остается только сомневаться. А почему молчит автор программы? Так может и у него есть, какая-то неуверенность в расчете.

Решил сам проверить этот расчет. И получил в итоге мощность сердечника Рс=33.8 Вт. При заданной мощности нагрузки Рн=31.5 Вт. В результате я могу уверенно сказать: Winlin, ваш расчет правильный. Работайте над своими ошибками.

Так может, стоит все-таки встроить формулу Хныкова в программу? В качестве контрольного выстрела. Автору для уверенности в расчете. А нам чтобы никогда и не сомневаться в нем.

на том же Е20 легко получилось 23 Ватта. но это уже практически предел по заполнению окна медью.

Кстати, а почему у вас такой маленький предел заполнения медью? Это же не кольцевой сердечник.

[Starichok51]

Привожу расширенную формулу:
Рс=796*V*dB*Bo*F/МЮz
где: dB=Bмах-Bмин, Bo=(Вмах+Вмин)/2

я помню, что у Хныкова видел такую формулу.
но и у этой формулы есть препятствия для использования в моей программе.
для какого зазора (какого МЮz) оценивать мощность сердечника?
по принятым нормам зазор не положено делать более 1/30 длины магнитной линии.
для Е20 это составит немного более 1,5 мм.
но в то же время по приведенному мной примеру хорошо видно, что предел мощности достигнут гораздо раньше полутора мм, всего при 0,4 мм.
если вам удастся разработать методику определения предельной величины зазора, тогда я, возможно, воспользуюсь этой формулой для оценки максимальной мощности сердечника.

Кстати, а почему у вас такой маленький предел заполнения медью?

0,3 - это не маленький, а вполне реальный усредненный предел.
с одной вторичкой можно получить и больше. а с несколькими вторичками может оказаться и меньше, чем 0,3.

Обратил внимание на такое поведение программы FlybackRing (v5.1)

сейчас проверил у себя. да, наблюдается неправильный расчет плотности тока для выбранных диаметров. сейчас мне не до этой программы, на досуге займусь поиском причины и ее устранением.

[someuser]

Во времена программ ANSYS и FEMM верить "высосанным из пальца" эмпирич. древним формулам несколько наивно. Всё распределение полей можно визуализировать и уточнить методом конечных элементов и впихнуть в программы узкого назначения для приближённых расчётов.

Видео:

Аристотель чего-то там про 8 ног у мухи тоже авторитетно вещал

---

Последний раз редактировалось someuser; 14.04.2016 в 14:51.

[Starichok51]

приведенная формула из книги Хныкова - не эмпирическая. а самая, что ни на есть, математическая, на основе теории магнитных цепей.
у Хныкова есть "Глава 3", которая называется "Формулы габаритной мощности".
и, несмотря на то, что Хныков потом дает оценку необходимого объема сердечника, формулы для габаритной мощности однотактного обратноходового преобразователя у него нет!!!
обращаю внимание, что Хныков оценивает требуемый объем (формула 4.23) через требуемую мощность, а не мощность через объем.
но понятно, что формулу легко вывернуть "наизнанку" - оценивать мощность через имеющийся объем.