¿Por qué se necesita el espacio de aire de retorno para el almacenamiento de energía?

A diferencia de un transformador de topología hacia adelante (donde los devanados primario y secundario se conducen al mismo tiempo), el transformador de retorno debe almacenar energía durante el tiempo de encendido del interruptor primario, entregándolo a la carga durante el tiempo de apagado del interruptor primario .

Un transformador de topología directa no necesita ningún espacio, ya que la densidad de flujo máxima es una función de los voltios-segundos aplicados solamente; la potencia que se entrega 'a través' del transformador no es una variable (aparte de su efecto en el ciclo de trabajo). Es solo la corriente de magnetización que mueve el núcleo a lo largo de su bucle de histéresis, que no presenta ningún riesgo de saturación si todo está bien diseñado, ya que los giros de amperios primario y secundario se cancelan entre sí.

Un transformador de retorno no tiene el beneficio de cancelación de giro en amperio de un convertidor de avance, por lo que la energía primaria \ $ \ frac {1} {2} LI ^ 2 \ $ primaria mueve el núcleo hacia arriba en su curva de histéresis. El espacio de aire aplana la curva de histéresis y permite un mayor manejo de la energía al disminuir la permeabilidad del núcleo. Por supuesto, deberá agregar más vueltas para obtener la inductancia deseada en comparación con la ausencia de espacio, pero evitará la saturación del núcleo.

El punto clave aquí es que sin un espacio de aire, un inductor se saturará si intentas poner una corriente a través de él, por lo que la inductancia caerá y no podrás almacenar energía.

El término "Transformador de retorno" es un poco engañoso y es más útil considerarlo como inductores acoplados en lugar de un transformador porque la acción es bastante diferente con una energía de transformador convencional que entra en el primario y sale del secundario en el Al mismo tiempo no almacena energía. Con un transformador "Flyback", la energía se almacena primero y luego se libera.

Tomando algunas cosas que sabemos sobre los inductores

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

Donde v es voltaje, i es corriente, N es giros, B es densidad de flujo y A es el área magnética efectiva.

También

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

donde H es la intensidad del campo magnético, N es giros y l es la longitud del camino magnético

Por último, la permutabilidad

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

Por lo tanto

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

Ahora podemos calcular la Energía

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

Por lo tanto, el almacenamiento de energía solo es posible en el espacio de aire y es proporcional al volumen del espacio de aire y al cuadrado de la densidad de flujo.

Contrariamente a lo que la mayoría de la gente piensa, incluyéndote a ti mismo, la mayor parte de la energía útil se almacena en la brecha del núcleo.

Para el caso de la ferrita, la brecha se distribuye entre las pequeñas partículas metálicas, por lo que también tiene una brecha efectiva utilizada para los cálculos. Esta brecha linealiza el bucle BH y aumenta el manejo actual antes de la saturación.

Las brechas de aire se usan generalmente por razones de seguridad. Para un transformador de retorno, no desea arcos entre el devanado primario y secundario, y use un espacio de aire.