Cálculo del área central para un transformador de baja frecuencia, parte 2

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Hace un tiempo publiqué una pregunta sobre el cálculo del tamaño del núcleo de un transformador cuando la frecuencia es relativamente baja (< 50Hz). Gracias a todos por los comentarios y opiniones. He investigado un poco más y me gustaría publicar una pregunta de seguimiento que describa mi pensamiento. Realmente agradecería cualquier comentario.

Estoy interesado en calcular el tamaño del núcleo para un transformador de 20 Hz. Fase única, baja. Esta es una pregunta teórica: entiendo que los transformadores de baja frecuencia requieren tamaños de núcleo que los hacen poco prácticos, pero solo estoy tratando de entender cómo se calcularía el tamaño de núcleo. Para comprender esto, he tratado al transformador como un transformador “perfecto” sin pérdidas de núcleo, ya que creo que las pérdidas de núcleo podrían tenerse en cuenta después de entender cómo se determina el tamaño del núcleo. (Si esto es un error, por favor hágamelo saber)

Mi bobina primaria tiene 400 giros & 8.05429 Voltaje. Mi bobina secundaria tiene 50 vueltas
La formula (Voltaje en primario / enciende la bobina secundaria) = (Voltaje inducido en secundario / enciende la bobina primaria) da el voltaje inducido en el secundario como 1.00678625, con una relación de vueltas de 400: 50 = 8: 1

Quería usar la siguiente fórmula-

voltaje inducido = 4.44 * f N A * B

donde f = frecuencia en Hz

N = número de vueltas en la bobina

A = sección transversal del área central en metros

B = densidad de flujo en el núcleo en Tesla

(He hecho algunas simulaciones de FEMM que me dan un valor para la densidad de flujo en el núcleo)

Mis preguntas:

1. Conozco el punto de saturación del material del núcleo, así que puedo cambiar la fórmula

voltaje inducido = 4.44 * f N A * B

a

B = voltaje inducido / (4.44fNB)

¿

y luego juegue un poco con la inserción de valores que ofrezcan un valor para B que se encuentre por debajo del punto de saturación del material del núcleo (por ejemplo, 1.8T)?

2. ¿Cómo influye la relación de giros de 8: 1 en los valores para el voltaje inducido y el número de giros que necesito poner en la fórmula anterior? Al principio pensé que solo debía usar los valores de la bobina primaria, luego pensé que debía sumar la primaria y la secundaria juntas. ¡He perseguido mi propia lógica como un perro persiguiendo su cola y ahora estoy en un montón mareado! Si alguien tiene algún consejo aquí, seguramente lo apreciaría. Gracias

    
pregunta EddieP

2 respuestas

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Sé el punto de saturación del material del núcleo

La saturación del núcleo no tiene nada que ver con la corriente secundaria ni con la corriente adicional extraída por la primaria cuando la secundaria está suministrando corriente a una carga. Esto se debe a que los campos H generados en el núcleo a partir de las corrientes de carga en primaria y secundaria se cancelan totalmente entre sí. ¡No suena intuitivo, pero es la verdad lo que importa!

La saturación del núcleo tiene que ver con la pequeña corriente que fluye hacia la primaria cuando, en efecto, se elimina la secundaria.

Por lo tanto, no necesita cambiar la fórmula porque haga lo que haga, y bajo cualquier condición de carga, el flujo en el núcleo sigue siendo el mismo para condiciones sin carga y completamente cargadas.

De hecho, debido a la inductancia de fuga y las pérdidas de cobre, el flujo del núcleo se reduce en las corrientes de carga secundarias más altas.

  

¿Cómo influye la relación de giros de 8: 1 en los valores de los inducidos?   Voltaje y el número de vueltas que necesito poner en el anterior   ¿fórmula?

No afecta la saturación del núcleo

  

Al principio pensé que debería usar los valores de la bobina primaria,   entonces pensé que debía sumar el primario y el secundario juntos.

Es solo el primario (devanado impulsado) el que produce el flujo y, con suerte, debería estar claro a estas alturas.

    
respondido por el Andy aka
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No, no me gustan las fórmulas como 4.44fNAB. Puede ser correcto, pero ¿de qué unidades, y de dónde proviene, y qué pasa con la onda cuadrada u otras suposiciones? Prefiero ir desde los primeros principios.

Sus cambios de flujo de núcleo de + ve max a -ve max. Dice que la saturación de su material principal es 1.8T, por lo que max debe ser < 1.8T. ¿Cuánto más bajo? Depende de las pérdidas que quieras aceptar, digamos que 1.5T es bastante generoso.

Su primaria de 400 giros toma 8v, supongamos que es rms, por lo que tenemos rms de 20mV por turno, o aproximadamente 28mV por pico de giro.

Supongamos que tenemos un voltaje sinusoidal y el flujo sinusoidal correspondiente. La tasa máxima de cambio del flujo es 2.pi.f * el flujo máximo (cálculo simple, o dibuje una gráfica de una onda sinusoidal y mire). Para picos de 20Hz y 1.5T, es una tasa de cambio de 2xpix40x1.5 = 377 T / s.

La velocidad de cambio máxima del flujo 377T / s genera el voltaje máximo de 28 mV / vuelta. El factor de escala entre estos es el área central, que es 28m / 377 = 74u m2, o aproximadamente 8 mm x 9 mm.

¿Está seguro de que tiene esos voltios por turno a la derecha para el primario, 8v y 400 giros?

Notarás que he ignorado completamente la relación secundaria o de giros. No tienen ningún efecto en el cálculo, al menos en primer orden.

    
respondido por el Neil_UK

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