¿Puede el barniz afectar el rendimiento del entrehierro en un transformador SMPS?

En el pasado, construí varios suministros de modo conmutado utilizando transformadores listos para usar solo usando las propiedades de la hoja de datos sin tener que preocuparme demasiado por su construcción, sin embargo, estoy trabajando en un diseño flyback en este momento para el cual no hay ningún producto disponible. servirá, así que decidí enrollar el mío.

Tengo algunos núcleos de ferrita sin huecos que necesito recortar para crear el hueco que necesito, me siento bastante cómodo calculando qué tan grande tiene que ser, sin embargo, un pequeño detalle me llamó la atención: me pregunto si la introducción de barniz afectará el comportamiento del espacio de aire (asumiendo que el barniz puede entrar en el espacio si sumerjo todo en él). No he visto ninguna mención de esto en ninguna parte, me pregunto si es porque no importa o porque estoy buscando en los lugares equivocados. No soy un experto en magnetismo, así que no quiero confiar en mi vaga intuición, sin embargo, tengo la siguiente ecuación para el flujo. ϕ en un núcleo de transformador abierto:

ϕ = A norte i yo C / m C + yo gramo / m gramo

Aquí norte es el número de vueltas, i es la corriente a través de cada vuelta, yo C y yo gramo son las longitudes de trayectoria efectivas en el material del núcleo y el espacio respectivamente, m C y m gramo son las permeabilidades del material del núcleo y la brecha respectivamente (siendo esta última prácticamente m 0 si es aire), y el área transversal efectiva A se supone constante tanto para el material del núcleo como para el espacio (despreciando la franja). Por supuesto, todo esto supone que el núcleo no está saturado.

Pensé que podía reorganizar la ecuación para ver el efecto de la brecha más directamente:

ϕ = A norte i m C / yo C 1 + yo gramo / yo C m C / m gramo

La relación entre la longitud del espacio y la longitud efectiva en el núcleo. yo gramo / yo C está en algún lugar del orden de 10 2 , y (suponiendo que la permeabilidad del espacio es del orden de m 0 ) el radio m C / m gramo estará en algún lugar en el orden de 10 3 . Por lo tanto, el término combinado yo gramo / yo C m C / m gramo >> 1 , entonces, solo para los propósitos de una simplificación cruda, la ecuación se puede aproximar como:

ϕ A norte i m gramo yo gramo

Esto muestra que para el rango aproximado dado de tamaños de espacio y propiedades magnéticas, el circuito magnético se comporta (casi) como si consistiera solo en el espacio de aire, pero más relevante para el tema actual, que el flujo está cerca de ser proporcional a m gramo . Supongo que esto tiene sentido ya que en este escenario el núcleo actúa básicamente como un cortocircuito magnético, pero la pregunta que esto plantea es que si la brecha se calcula asumiendo que contiene aire con una permeabilidad muy cercana a m 0 , ¿qué sucede cuando sumerjo el transformador en barniz aislante? Si el barniz entra en el espacio, ¿cambia la permeabilidad efectiva en el espacio? La permeabilidad magnética no parece ser una propiedad comúnmente enumerada en las hojas de especificaciones de barniz aislante, y no sé lo suficiente sobre magnetismo para asumir cómodamente que la permeabilidad del barniz estaría cerca de m 0 . ¿Es esta una suposición válida, o falta algo aquí? Si es válido, ¿hay tal vez algo divertido que suceda a frecuencias más altas que afecte estas propiedades materiales efectivas?

¡Muchas gracias!

+1 Buena pregunta. Lo que dice Spehro (generalmente tiene razón :-)). Me gustó el a menudo no realizado "... para el rango aproximado dado de tamaños de espacio y propiedades magnéticas, el circuito magnético se comporta (casi) como si consistiera solo en el espacio de aire ...". es decir, sí, para fines de almacenamiento de energía, el resto del núcleo "casi no está allí" y el espacio de aire es de lo que se trata.
Básicamente, la pregunta es: ¿cuál es la permeabilidad del barniz?
@RussellMcMahon: ¡gracias, es bueno saber que mi funcionamiento es consistente con la realidad!
@Andyaka: supongo que eso fue una parte importante, pero en general si la introducción de barniz hace algo en el espacio de aire que debería tener en cuenta (dado que el espacio de aire domina el comportamiento del circuito magnético, quería asegurarme de que ¡lo que sea que esté allí realmente actúa como si fuera aire!)

Respuestas (1)

Tenga la seguridad de que puede asumir con seguridad que la permeabilidad magnética del barniz es lo suficientemente cercana a la del aire o el vacío ( m r 1 ), y sí, el tamaño del espacio normalmente dominará muchas de las características.

Ver por ejemplo esta página, especialmente los materiales no magnéticos al final de la tabla. A menos que su barniz esté cargado con metal o polvo de ferrita, debería estar bien.

Gracias por esto, es bueno saberlo. De hecho, vi la tabla en este artículo de Wikipedia antes de publicar mi pregunta, sin embargo, cuando lo hice, no me convenció de nada más que del hecho de que la permeabilidad de muchos materiales está cerca de m 0 , como era solo una lista de materiales muy comunes no vi forma de aplicar esto a un compuesto muy específico (en mi caso el barniz que tengo es metil etil cetoxima). ¿Puedo preguntar, solo para mi propia tranquilidad, qué es lo que hace que sea seguro asumir que el barniz entra en esta categoría?
Todo lo que tiene una alta permeabilidad es atraído por un imán permanente. Todo lo demás tiene una permeabilidad relativa de aproximadamente 1 excepto los superconductores, que son repelidos por un imán.
Brillante, gracias. Lamento tener que deletrearlo para mí, este es un rincón de la física que, lamentablemente, aún no he tenido tiempo de estudiar adecuadamente. ¡Aunque todo tiene sentido!
La permeabilidad por sí sola no garantiza que el material sea "invisible" a un campo magnético cambiante como en un transformador; el material tampoco debe ser conductor para evitar corrientes de Foucault significativas, como podría ocurrir con los metales. Afortunadamente, el barniz cumple ambos criterios.
Ah, este es el tipo de cosas que intenté preguntar al final de mi pregunta al mencionar cambios en el comportamiento con frecuencia (aunque admití que sugerí que estaba buscando cambios en las propiedades que, por supuesto, no siempre es lo mismo). Me imaginé que algo como esto podría suceder, pero no estaba seguro de qué y no quería adivinar... mi formación en teoría de ondas es en acústica, así que trato de resistir la tendencia de aplicar conjeturas extrapoladas de este campo a EM donde Todavía soy un aficionado y, en cambio, lo reemplacé con conocimiento real poco a poco ... ¡así que gracias por aclararlo!