大多数环形电感器磁芯的方形横截面背后的原因是什么?如果我错了,请纠正我,但是圆形横截面不会产生最低的阻力,因为它的周长与其面积相比最小吗?是因为它比圆形更容易制造还是有其他原因?
为什么环形电感器的横截面是方形的?
制作铁氧体环形线圈时,您首先需要压缩粉末,然后进行烧结。使模具具有基本平行的侧面并沿一个方向压缩更为实用。横截面的主要标准是可制造性。
使环形变压器铁芯的功率吞吐量最大化的理论形状是近乎圆形(有点像蛋形)的环形。与横截面相比,中间的孔越大,越接近圆形。这种形状共同使磁长度和电长度最小化,从而使损耗最小化。对于任何给定的磁芯和导体材料,例如铁氧体磁芯、铁粉或铁带,以及铜或铝绕组,最佳横截面和孔比都会略有变化。
然而,这个最佳值是横截面形状的一个非常弱的函数,并且在圆形和带圆角的方形区域之间几乎没有变化。
空间占用考虑
对于相同体积的芯材,如果使用方形横截面,则成品的“重要”外部尺寸会更小。因此,例如,它将在印刷电路板上占用更少的占地面积。
如果使用矩形横截面,更进一步(见下文),对于相同的横截面积和平均磁路长度,外部尺寸将进一步减小。
内半径饱和度
要考虑的另一件事是环形的内半径。如果磁芯横截面是圆形的,那么对于与方形截面环形磁芯相同的平均有效长度,H 场在内半径上占据的路径会稍微短一些,这会导致磁芯的小幅增加在大电流饱和。
那么,主要的环形线圈制造商是做什么的呢?
也许这可以通过检查来自 Ferroxcube的四个流行的\$^1\$铁氧体磁环来回答。事实上,这些环形截面不是方形的,而是矩形的;较小的尺寸在内外半径之间产生更小的差异(红色是我计算的尺寸):-
Fair-rite 环形线圈也发现了同样的情况。换言之,优选具有矩形横截面,这自然意味着比方形横截面更长的绕组长度,甚至比圆形横截面更长的绕组长度。这很可能是因为它是任何变压器或电感器的磁性部分,与\$I^2R\$ Cu 损耗相比,它的损耗可能更大。
因此,我们通常将平均有效路径长度视为通过核心中间半径(即果酱中间在甜甜圈中的位置)的平均有效路径长度,而忽略内半径比内半径更容易饱和的事实外部。这就是我们作为工程师所做的事情,但是,如果我们对我们的设计很挑剔,我们就需要考虑它。
圆形横截面的磁芯自然会具有较小的内半径,因此,在该内半径处(与方形横截面相比)会趋向于磁饱和一点,与矩形横截面相比更是如此部分环形磁芯。
卷绕室
而且,在圆形截面铁芯中放置绕组的空间也更小。较小的内半径成为通过电线的稍大的瓶颈。去一个矩形的横截面会提供更多的空间。
总之
方形横截面磁芯(对于上面给出的论点)从内部尺寸到外部尺寸将具有更均匀的磁通密度水平,并允许更多的铜线通过中心。矩形横截面甚至更好。
\$^1\$ "Popular" =访问 Farnell 网站并在列表顶部选择四个具有显着库存水平的不同内核。
总利润最大化是我们想要的。具有矩形横截面的环形磁芯肯定是最容易制造的,但一些圆角有助于使用户更容易缠绕。成品电子设备的房地产成本是另一个建议矩形横截面的因素。当所需电感和允许电阻固定时,所用铜的质量是相反的因素。这些都是别人已经说过的,但最终的选择应该是优化的结果。
没有人为整个过程这样做,因为核心生产者无法完全控制用户,用户必须在预算范围内使用可用的东西。已经看到了一些微弱的尝试。我发誓我看过一个核心卖家的广告,上面写着“让我们的工程团队帮助您为您的应用选择最佳核心”。
横截面积是决定磁性和电气特性的因素。不是它的形状。
铜的最小弯曲半径决定了磁芯的拐角半径。因此,巨大的环形核心通常具有接近圆形的横截面。由于它们是由钢带制成的,这意味着必须将多个不同宽度的带缠绕在一起才能制成芯。
顺便说一句,这对于任何其他巨大的变压器铁芯都是一样的。