¿Por qué los campos magnéticos opuestos en el mismo núcleo hacen que el núcleo se caliente?

Heredé un estrangulador de un diseño extraño, con dos devanados en el mismo núcleo. Por separado, cada devanado era de aproximadamente 30 uH. En serie, eran de unos 90 uH. Cuando se usaba en un convertidor elevador de bus dividido, un devanado estaba en el lado positivo y el otro en el lado negativo.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Cuando se conectó con polaridad coincidente (aditivo de flujos en el núcleo), el estrangulador funcionó bien. Cuando se conectaba con polaridad opuesta (flujos sustractivos en el núcleo), la inductancia caía y el núcleo se calentaba mucho. Con corrientes comparables, el núcleo pasó de 130C a 250C. solo con ese cambio. Los devanados no se calientan tanto, definitivamente es el núcleo.

Mi comprensión de las pérdidas del núcleo es limitada, pero esto no encaja ni siquiera con lo poco que sé. Si dos devanados idénticos de polaridad opuesta están en el mismo núcleo, viendo las mismas corrientes, la densidad de flujo en el núcleo debería cancelarse a cero. Entonces, ¿de dónde viene la calefacción?

Editar: a pedido, he agregado una foto del estrangulador. ingrese la descripción de la imagen aquíDos núcleos en U con un espacio entre ellos. La parte superior del núcleo en U superior está bloqueada a la vista por un trozo de cartón. Los dos devanados de la derecha están en serie y los dos de la izquierda están en serie, por lo que tratamos el lado derecho juntos como un estrangulador (L1) y el lado izquierdo juntos como el segundo estrangulador (L2). La parte más caliente observada del estrangulador cuando los devanados funcionan en forma inversa entre sí está en el medio de la parte expuesta del núcleo en U inferior. Sospecho que el núcleo en U superior está igualmente caliente, simplemente no puedo medirlo tan fácilmente.

¿Puedes agregar un esquema?
@PhilFrost Listo.
Estoy de acuerdo con su párrafo final, entonces el problema realmente es cómo se las arregló para malinterpretar la forma en que son los devanados.
¿Propones posibles interpretaciones erróneas? Quiero decir, si la geometría del núcleo o la estructura del devanado son importantes de alguna manera, me encantaría aprender cómo hacerlo. Pero los devanados están en fase o fuera de fase...
¿Tal vez el calor no proviene de la saturación del núcleo, sino del calentamiento resistivo en los devanados en condiciones normales de operación? No estoy lo suficientemente familiarizado como para ser de mucha ayuda aquí, pero tiene razón en que los campos magnéticos deberían cancelarse, por lo que hay una suposición incorrecta aquí en alguna parte. Tal vez los campos en realidad no se están cancelando, o el calor está siendo generado por algún otro mecanismo...
El exterior de los devanados estaba muy por debajo de los 100 °C, y el núcleo parecía calentarse más a medida que medía desde los devanados. ¿Qué tal... corrientes de Foucault en el núcleo? Tengo una idea muy vaga de ellos en mi cabeza, así que no tengo idea si es una idea sensata o no. ¿Quizás alguien más informado pueda aclararlo?
Si el núcleo es de ferrita, las pérdidas por remolinos son poco probables.
Bastante seguro de que son laminaciones muy delgadas de acero amorfo.
No estoy familiarizado con esta arquitectura de "convertidor elevador de bus dividido". ¿Puede ser que las corrientes en los inductores no estén exactamente desfasadas (no 180 grados)?
Estoy seguro de que no son perfectos, nada lo es. Pero yo diría que son exactos dentro de los límites de lo que puedo medir. ¿Importaría mucho si estuvieran, oh, 20 nS apagados por ciclo a 4 kHz?
¿Cómo están dispuestas las bobinas y el núcleo?
@madrivereric He agregado una imagen para demostrar.
¿Los transistores cambian en oposición, es decir, cuando uno está encendido, el otro está apagado? O se cambian juntos.
@Andyaka Cambian juntos.
El flujo total sería cero si las corrientes son de igual magnitud pero de signo opuesto, pero la densidad de flujo no sería cero en todas partes, ya que la corriente no se ejecuta exactamente en el mismo lugar.
¿Puedes agregar tomas laterales que hagan que los detalles de la conexión sean más claros? (tanto desde la izquierda como desde la derecha y desde arriba/abajo como se ve arriba) Sospecho que las conexiones reales o la polaridad son diferentes de lo que piensas. Si el flujo se suma, el núcleo se saturará y obtendrá altas pérdidas en el núcleo. Si el flujo se cancela, no hay saturación y una inductancia más alta...
@madrivereric Lo ejecuté en ambas direcciones. El flujo aditivo me dio una mayor inductancia. Flujo de cancelación, inductancia más baja y pérdidas de núcleo mucho más altas.

Respuestas (1)

Su suposición de que el flujo del núcleo se cancela a cero no es válida porque no tiene un acoplamiento perfecto entre L1 y L2. Si lo hubiera hecho, entonces la inductancia para el inductor conectado aditivo en serie debería medir 120 (no 90) uH, porque la inductancia es proporcional al cuadrado del número de vueltas, y básicamente está duplicando el número de vueltas. Del mismo modo, no mediría inductancia para la conexión en serie opuesta. Tenga en cuenta que incluso si no hubiera acoplamiento, todavía mediría 60 uH para el par aditivo en serie, por lo que parece que hay una buena cantidad de flujo de fuga.

En la configuración de flujo opuesto, el efecto en el circuito es similar a reemplazar el inductor acoplado con dos inductores separados que tienen valores de inductancia mucho más bajos. Como resultado, la ondulación actual es mayor y las pérdidas de núcleo asociadas son mayores.

Si lo entiendo correctamente, está diciendo que mi inductancia restante no se debe al flujo en el núcleo, sino al flujo fuera del núcleo. ¿Correcto? Pero si el flujo está fuera del núcleo, ¿por qué se calienta el núcleo?
El término flujo de fuga se usa para distinguir el flujo que une solo uno de los devanados del flujo mutuo que une a ambos. No quise dar a entender que está completamente fuera del núcleo. Por lo general, este flujo se encuentra en parte dentro del núcleo (especialmente debajo de los devanados) y en parte fuera.
¡Ajá! ¡Así que estoy malinterpretando el concepto de flujo de fuga!
¿Por qué los campos magnéticos opuestos en el mismo núcleo hacen que el núcleo se caliente?
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