¿Cómo determino la distancia segura de un estrangulador para evitar un acoplamiento accidental?

Depende. Y no hay reglas estrictas y rápidas. El factor más importante es el diseño del estrangulador/inductor. Hay algunos inductores que se pueden colocar directamente contra un poco de acero sin efectos nocivos. Otros inductores, con el mismo diseño, pueden tener problemas importantes. El tipo de núcleo tiene un gran efecto (los núcleos de aire son probablemente los peores, los toroides son los mejores), pero hay tanta variabilidad que es difícil dar buenas reglas generales que siempre funcionen.

Al final, tienes que probarlo y ver qué pasa. Tome el prototipo, enciéndalo y agite una pieza de acero y mida cómo está afectando su dispositivo. ¡Aprenderá más en 10 minutos de hacer eso y luego leerá respuestas como la mía!

Dicho esto, esta es mi experiencia: diseño muchos convertidores CC/CC en el rango de 1 a 50 vatios. Utilizo los típicos inductores de potencia estándar con núcleos de hierro en polvo que son adecuados para este tipo de cosas. El metal tiene que alejarse entre 0,1 y 0,2 pulgadas de la superficie superior antes de que se produzca un efecto perceptible. Pero, como dije antes, su millaje (¿kilometraje?) ciertamente variará y no confíe en mi palabra.

La respuesta corta es mantener cualquier hueco o bobinado lejos de conductores extraños y metales ferrosos. Use inductores blindados y mantenga el espacio enterrado dentro del núcleo y los devanados. Por supuesto, incluso los núcleos altamente protegidos, como los núcleos de olla, tendrán pequeños espacios no intencionales donde se une el núcleo. Y, en realidad, ni siquiera la ferrita mantiene todo el campo dentro. Pero mantener el espacio en la pata central de un núcleo de olla es lo mejor que se puede hacer.

Una vez que te alejas de los núcleos completamente protegidos, las cosas se complican más. Lo que tienes a tu favor es el campo mismo. La energía magnética es materia de campo cercano. Las ondas EM se atenúan por$\frac{1}{R}$lejos de su fuente. Los campos E caen como$\frac{1}{R^2}$. La energía de un campo magnético cae como$\frac{1}{R^3}$.

Aquí hay un ejemplo (adaptado de un trabajo que hice hace una eternidad) de cómo se ve la franja de campo magnético cerca de un espacio y cómo cae con la distancia en la región de campo libre:

La figura muestra un espacio semi-infinito. La longitud del espacio es de 1 mm en y, el intervalo es infinito en todo z y x negativo. El área marginal se extiende 2,5 longitudes de espacio donde el campo se reduciría en aproximadamente un 98 %. Entonces, de los tres tipos de campos, no tendrá que estar tan lejos para limitar la exposición a un campo magnético.

Una regla empírica de la brecha... y por qué no se puede usar a ciegas

Una regla general básica para los espacios es que la franja se extenderá normalmente alejándose del núcleo por la cantidad de la longitud del espacio. Digamos que tiene un espacio de 1 mm, luego a 1 mm del espacio y el núcleo, la intensidad del campo se reducirá entre un 85 y un 90 % de lo que hay en el espacio.

¿Eso significa que cualquier cosa colocada a 1 espacio de distancia tendría un campo bajo? No. Esto es lo que no tienes a tu favor. El campo magnético siempre encontrará el camino de menor reluctancia (o mayor permeabilidad) disponible. Si se coloca un material ferromagnético cerca del espacio, el campo se distorsionará del caso de campo libre. Aquí hay un ejemplo de cómo se ve eso para el material ferromagnético a una distancia de 2 distancias del espacio:

Figura de: A. Keyhani, "Diseño de pérdida mínima de un inductor de 100 kHz con alambre Litz", Actas de IAS 1997.

Puede ver cómo las líneas de campo están distorsionadas por el material ferromagnético. Esto pondría alrededor del 20% del campo de la región marginal en el material externo para generar pérdidas por corrientes de Foucault. Por lo tanto, probablemente desee tener al menos 5 espacios de separación entre el espacio y la carcasa de acero extraña.

Algunas pautas:

• Si usa espaciado solo, tenga al menos 5 longitudes de espacio entre el espacio y cualquier estructura ferromagnética.
• El espaciamiento también se aplicará a los devanados debido a las pérdidas por efecto de proximidad. Además, con los devanados, los efectos de corona serían una preocupación con cualquier conductor externo.
• Es mejor no usar el espaciado solo. Use núcleos blindados y entierre el espacio en el núcleo (poste central) y debajo del devanado (deberá tener en cuenta las pérdidas por corrientes de Foucault en el devanado si está demasiado cerca del espacio).
• Para el blindaje, la mejor opción son los núcleos de olla con huecos en el poste central (aunque estos a menudo no tienen las mejores secciones transversales de bobinado). Casi tan buenos son los núcleos EE (y toda su familia como EP y LP) y los toroides. Lo único que tienen los toroides es que son materiales de baja permeabilidad (para inductores), con un espacio distribuido, por lo que perderán flujo (más que un material de alta permeabilidad). Además, para un toroide, debe asegurarse de que el devanado esté distribuido uniformemente alrededor del núcleo.
• Si utiliza núcleos laminados (como núcleos cortados), asegúrese de que los espacios estén debajo de los devanados para minimizar las fugas.

Más allá del espaciado y los núcleos blindados estándar:

• A veces es posible envolver todo el inductor, incluido el núcleo, en una cubierta de cobre coaxial para que actúe como una vuelta en cortocircuito externa. La idea es permitir que el campo que escapa de la estructura del inductor provoque una corriente en la vaina que cree un campo que cancele los campos fuera de la vaina.
• El material del núcleo de aire es realmente malo para proteger. La longitud del espacio implica que los campos no están contenidos. Podría considerar un guardián de flujo de alta permeabilidad fuera del devanado y un material de espacio distribuido dentro del devanado para contener los campos.