Indukcyjność rozproszenia – co warto wiedzieć?

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.