Indukcyjność rozproszenia – co warto wiedzieć?

Indukcyjność rozproszenia – co warto wiedzieć?

W transformatorze idealnym cała energia jest przenoszona za pomocą strumienia magnetycznego indukowanego w rdzeniu ze strony pierwotnej do strony wtórnej. Wiemy jednak doskonale, że w praktyce występują straty w rdzeniu i uzwojeniach, co ma decydujący wpływ na sprawność układu. W transformatorach impulsowych wielkość strat jest determinowana po części przez strumień magnetyczny, który ulega rozproszeniu. Konsekwencją tego jest indukcyjność rozproszenia, której nadmierna wartość może być powodem występowania przepięć, co z kolei wymaga stosowania dodatkowych elementów eliminujących to zjawisko. Dlatego niezwykle istotną sprawą z punktu widzenia projektanta jest możliwość kontrolowania tego parametru.

Indukcyjność rozproszenia w transformatorze jest wynikiem niedoskonałego sprzężenia magnetycznego pomiędzy uzwojeniami, a jej wartość jest zależna od struktury i układu uzwojeń, liczby zwojów oraz kształtu rdzenia. W praktyce zwykle dążymy do tego, aby wartość tej indukcyjności była możliwie jak najmniejsza, ale warto również wspomnieć o tym, że transformatory, w których pożądane jest duże rozproszenie strumienia magnetycznego. W niektórych rozwiązaniach ważne jest także zachowanie równowagi pomiędzy indukcyjnością rozproszenia a pojemnością pasożytniczą.

W jaki sposób możemy ograniczyć wartość indukcyjności rozproszenia?

Już na etapie konstrukcji transformatora warto wziąć pod uwagę kilka czynników, które nam w tym pomogą. Przede wszystkim, uzwojenia transformatora nie powinny składać się z nadmiernej liczby warstw, a każda warstwa powinna możliwie najlepiej wypełniać okno karkasu.

Należy jednak liczyć się z tym, iż znaczna redukcja liczby zwojów spowoduje wzrost indukcji w rdzeniu magnetycznym, co prowadzi do wzrostu strat mocy.

Uzwojenia dzielone

W wielu rozwiązaniach konstrukcyjnych możemy zauważyć, że uzwojenia transformatora są dzielone i przeplatane pomiędzy sobą (rysunek 1). Taki układ powoduje znacznie lepsze sprzężenie pomiędzy poszczególnymi uzwojeniami i w efekcie prowadzi do znacznego ograniczenia indukcyjności rozproszenia. Jest to szczególnie rekomendowane w sytuacji, gdzie występuje duża przekładnia zwojowa lub zachodzi konieczność nawijania wielu warstw uzwojeń.

Rysunek 1. Różne sposoby rozmieszczenia uzwojeń transformatora – mogą być dzielone i przeplatane pomiędzy sobą

Izolacja międzyuzwojeniowa

Istotnym aspektem jest także izolacja międzyuzwojeniowa. Jej nadmierna ilość powoduje, że uzwojenia oddzielone są od siebie grubą warstwą izolatora, co w efekcie prowadzi do pogorszenia sprzężenia magnetycznego pomiędzy uzwojeniami. Redukcja lub zmiana izolacji może spowodować lepsze przyleganie uzwojeń i zmniejszenie dystansu pomiędzy nimi.

Należy jednak podkreślić, że redukcja nie może odbywać się kosztem warunków bezpieczeństwa transformatora.

Kształt rdzenia

Kolejnym czynnikiem, który wpływa na parametr indukcyjności rozproszenia, jest wybór kształtu i gabarytu rdzenia magnetycznego. Rdzenie ferrytowe, których kolumna środkowa ma przekrój okrągły, będą lepszym wyborem niż rdzenie z kolumną o przekroju prostokątnym czy kwadratowym. Oczywiście porównujemy tutaj rdzenie, których przekroje są identyczne. Również zastosowanie rdzenia magnetycznego o mniejszej wysokości przynosi pozytywne rezultaty, podobnie jak rdzeni o wydłużonych kolumnach. Taka konstrukcja zapewnia zmniejszenie liczby warstw uzwojenia, o czym wspomniano już wcześniej. Różnice zostały pokazane na rysunku 2.

Rysunek 2. Zastosowanie rdzenia magnetycznego o niższej wysokości przynosi poprawę parametrów transformatora

Podsumowanie

Łatwo zatem wywnioskować, że kiedy zależy nam na tym, aby uzwojenia były ze sobą dobrze sprzężone, a indukcyjność rozproszenia jak najmniejsza, najlepszym rozwiązaniem będą transformatory planarne. Z jednej strony umożliwia nam to niski profil rdzenia, a z drugiej strony łatwość przeplatania uzwojeń. Z uwagi na fakt, że obliczenia teoretyczne indukcyjności rozproszenia są bardzo kłopotliwe i w rzeczywistości mało precyzyjne, wiedza na temat indukcyjności rozproszenia daje nam wyobrażenie o wydajności transformatora jeszcze przed jego wyprodukowaniem.

Krzysztof Nowicki
dyrektor ds. technicznych
AET Sp. z o.o. Sp.k.

Więcej informacji:
 
AET Sp. z o.o. Sp.k., 63-400 Ostrów Wielkopolski, ul. Wysocka 48, tel. 62-737-49-55, 62-735-60-46, 62-737-49-54, biuro@aet.com.pl, www.aet.com.pl
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
listopad 2021

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik listopad 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio listopad - grudzień 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje listopad 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna listopad 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich grudzień 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów