Pourquoi l'entrefer est-il nécessaire pour le stockage d'énergie?

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Pourquoi tant de sources disent-elles quelque chose du genre "puisqu'un transformateur flyback stocke de l'énergie, un entrefer est nécessaire"? J'ai vu ce raisonnement dans les manuels et les notes d'application.

Je pensais que les entrefers ne pouvaient pas stocker l'énergie et je pensais aussi qu'un transformateur à retour en arrière stocke l'énergie avec son inductance, et un entrefer réduit l'inductance, donc je pense qu'il réduit également la capacité d'un inducteur / retour à stocker de l'énergie.

Où suis-je confus?

— EwokNightmares
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Contrairement à un transformateur à topologie directe (où les enroulements primaire et secondaire sont conducteurs en même temps), le transformateur flyback doit stocker de l'énergie pendant l'activation du commutateur principal, la délivrant à la charge pendant le temps d'arrêt du commutateur principal.

Un transformateur à topologie directe n'a besoin d'aucun espace car la densité de flux de crête est fonction uniquement des volt-secondes appliquées; la puissance délivrée «par» le transformateur n'est pas une variable (autre que son effet sur le rapport cyclique). Ce n'est que le courant magnétisant qui déplace le noyau le long de sa boucle d'hystérésis, ce qui ne pose aucun risque de saturation si tout est bien conçu, car les ampères tours primaires et secondaires s'annulent.

Un transformateur flyback n'a pas l'avantage d'annuler l'ampère-tour d'un convertisseur direct, donc toute l'énergie primaire déplace le noyau vers le haut de sa courbe d'hystérésis. L'entrefer aplatit la courbe d'hystérésis et permet une meilleure gestion de l'énergie en diminuant la perméabilité du noyau. Vous devrez bien sûr ajouter plus de tours pour obtenir l'inductance souhaitée par rapport au no-gap, mais vous évitez la saturation du cœur. $\frac{1}{2}LI^2$

— Adam Lawrence
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C'est une autre façon de dire que je dois ajouter l'écart pour augmenter le point de saturation du flux afin que plus de courant puisse circuler avant de saturer? Et plus de flux DC circulant implique une énergie plus élevée stockée dans le cœur?

— EwokNightmares

Le noyau peut gérer la même densité de flux maximale avec ou sans espace. Vous ne changez pas Bmax en espaçant.

— Adam Lawrence

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Le point clé ici est que sans une lame d'air, une inductance saturera si vous essayez de faire passer du courant pour que l'inductance chute et que vous ne puissiez pas stocker d'énergie.

Le terme "Flyback Transformer" est un peu trompeur et il est plus utile de le considérer comme des inductances couplées plutôt que comme un transformateur car l'action est très différente avec une énergie de transformateur conventionnelle qui entre dans le primaire et dans le secondaire en même temps qu'elle ne stocke pas d'énergie. Avec un transformateur "Flyback", l'énergie est d'abord stockée puis libérée.

Prenant certaines choses que nous savons sur les inducteurs

v = L \frac{d i}{d t} = N A \frac{d B}{d t}

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

Où v est la tension, i est le courant, N est le tour, B est la densité de flux et A est la zone magnétique effective.

Aussi

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

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

où H est la force du champ magnétique, N les tours et l la longueur du chemin magnétique

Enfin la perméabilité

μ = \frac{B}{H} \Rightarrow H = \frac{B}{μ}

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

Donc

i = \frac{B l}{μ N}

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

Maintenant, nous pouvons calculer l'énergie

\begin{aligned} E n e r g y & = \int i v d t \\ = \int (\frac{B l}{μ N}) (N A \frac{d B}{d t}) d t \\ = \frac{A l}{μ} \int B d B \\ = \frac{A l}{μ} \frac{B^{2}}{2} \end{aligned}

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

Le stockage d'énergie n'est donc possible que dans l'entrefer et est proportionnel au volume de l'entrefer et au carré de la densité de flux.

— Warren Hill
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Le stockage d'énergie n'est possible que dans l'entrefer? Alors comment tous les inducteurs sans espace du monde stockent-ils alors de l'énergie? Ou non?

— Phil Frost du

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@PhilFrost Matériaux de noyau à espace distribué. Il n'y a pas d'espace mécanique dans lequel vous pourriez faire glisser un morceau de papier. Il existe des écarts microscopiques entre les grains de matériau, ce qui réduit la perméabilité du matériau.

— Nick Alexeev

À strictement parler, vous pouvez stocker de l'énergie sans l'entrefer, mais la perméabilité des matériaux magnétiques tels que la ferrite est tellement supérieure à l'espace libre que le stockage d'énergie est négligeable dans le matériau magnétique. Comme l'a souligné @NickAlexeev, il n'est pas nécessaire que l'air soit uniquement magnétique et il peut être réparti dans un certain nombre d'espaces distincts, y compris microscopiques.

— Warren Hill

Merci Warren Hill, votre dérivation me convainc et c'est bien de filtrer les mauvaises informations que j'ai lues ailleurs avec ceci: D

— EwokNightmares

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Contrairement à ce que la plupart des gens pensent, y compris vous-même, la plupart de l'énergie utile est stockée dans l'espace du noyau.

Dans le cas de la ferrite, l'espace est réparti entre les minuscules particules métalliques, de sorte qu'il a lui aussi un espace efficace utilisé pour les calculs. Cet écart linéarise la boucle BH et augmente le traitement actuel avant saturation.

— Edgar
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Les entrefers sont généralement utilisés pour des raisons de sécurité. Pour un transformateur flyback, vous ne voulez pas d'arcs entre les enroulements primaire et secondaire et utilisez un entrefer.

— Lior Bilia
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Il parle d'espacement du cœur, pas d'isolement entre les enroulements.

— Adam Lawrence