Posterior a de una larga recopilación de datos resolvimos este atascamiento que tienen algunos los lectores. Te brindamos la solución y deseamos que sea de mucha ayuda.
Solución:
Al hacer un toroide de ferrita, comienza con polvo que debe comprimirse y luego sinterizarse. Es mucho más práctico tener un molde con lados sustancialmente paralelos y comprimir en una dirección. El criterio principal para la sección transversal es la capacidad de fabricación.
La forma teórica que maximiza el rendimiento de energía para un núcleo de transformador toroidal es un toroide casi circular (una especie de forma de huevo). Cuanto más grande es el agujero en el medio en comparación con la sección transversal, más circular es. Esta forma minimiza conjuntamente las longitudes magnéticas y eléctricas, y por lo tanto las pérdidas. Para cualquier par dado de materiales de núcleo y conductor, por ejemplo, núcleo de ferrita, polvo de hierro o cinta de hierro y devanados de Cu o Al, la sección transversal óptima y la relación de orificios cambiarán ligeramente.
Sin embargo, este óptimo es una función muy débil de la forma de la sección transversal y cambia poco entre un área circular y una cuadrada con esquinas redondeadas.
Consideración de ocupación de espacio
Para el mismo volumen de material del núcleo, las dimensiones exteriores “importantes” del producto terminado serán menores si se utiliza una sección transversal cuadrada. Por lo tanto, por ejemplo, ocupará menos espacio en el suelo en una placa de circuito impreso.
Llevando esto más lejos (ver más abajo) si se usa una sección transversal rectangular, la dimensión exterior se reducirá aún más para la misma área de sección transversal y longitud de trayectoria magnética media.
Saturación del radio interior
Otra cosa a considerar es el radio interior del toroide. Si la sección transversal del núcleo fuera circular, entonces, para la misma longitud efectiva media alrededor del núcleo que un toroide de sección cuadrada, habría un camino ligeramente más corto que ocuparía el campo H en el radio interior y esto conduciría a un pequeño aumento en saturación a altas corrientes.
Entonces, ¿qué hacen los principales fabricantes de toroides?
Tal vez esto pueda responderse examinando cuatro populares$^1$ toroides de ferrita de Ferroxcube. De hecho, estos toroides no son de sección transversal cuadrada sino rectangular; la dimensión más pequeña produce aún menos discrepancia entre el radio interior y exterior (en rojo es mi dimensión calculada): –
Lo mismo también se encontró para los toroides Fair-rite. En otras palabras, la preferencia es tener una sección transversal rectangular y eso naturalmente significa una longitud de bobinado incluso mayor que una sección cuadrada y una longitud de bobinado incluso mayor que una sección transversal circular. Es muy probable que esto se deba a que es la parte magnética de cualquier transformador o inductor la que potencialmente tiene más pérdidas en comparación con $I^2R$ pérdidas de Cu.
Por lo tanto, generalmente tomamos la longitud de trayectoria efectiva media como la que pasa a través del radio medio del núcleo (es decir, donde la mitad del atasco está en una rosquilla) e ignoramos la verdad de que el radio interior será un poco más propenso a la saturación que el exterior. Eso es lo que hacemos como ingenieros pero, si somos exigentes con nuestro diseño, tendríamos que considerarlo.
Un núcleo de sección transversal circular naturalmente tendrá un radio interior más pequeño y, debido a esto, tenderá a saturarse magnéticamente un poco más en ese radio interior (en comparación con una sección transversal cuadrada) y aún más cuando se compara con una cruz rectangular. núcleo del toroide de sección.
sala de bobinado
Y, se deduce que también hay menos espacio para poner devanados en un núcleo de sección circular. El radio interior más pequeño se convierte en un cuello de botella ligeramente más grande para los cables que pasan. Ir a una sección transversal rectangular da aún más espacio.
En resumen
Un núcleo de sección transversal cuadrada (para los argumentos dados anteriormente) tendrá un nivel más uniforme de densidad de flujo magnético desde la dimensión interna hasta la dimensión externa y permitirá que pasen más cables de cobre a través del centro. Una sección transversal rectangular es aún mejor.
$^1$ “Popular” = ir al sitio web de Farnell y elegir cuatro núcleos diferentes en la parte superior de la lista que tenían niveles de inventario significativos.
La maximización del beneficio total es lo que se busca. Los núcleos toroidales con sección transversal rectangular son sin duda los más fáciles de fabricar, pero algunos redondeos son útiles para facilitar el bobinado a los usuarios. El costo inmobiliario en el equipo electrónico terminado es otro factor que sugiere una sección transversal rectangular. La masa de cobre usado cuando se fijan la inductancia deseada y la resistencia permitida es un factor opuesto. Todo esto ya lo han dicho otros, pero la selección final debe ser el resultado de la optimización.
Nadie lo hace por el proceso total porque los productores centrales no pueden controlar completamente a los usuarios y los usuarios deben usar lo que está disponible y dentro del presupuesto. Se han visto algunos intentos débiles. Juro que he visto un anuncio de un vendedor de núcleos con el texto “Deje que nuestro equipo de ingeniería lo ayude a seleccionar el mejor núcleo para su aplicación”.