Wenn eine der Spulen eines aus mehreren -Drahten parallel-gewickelten magnetischen toroidalen PFC-Induktors eine Windung weniger oder mehr gewickelt ist, ergeben Tests, dass der Temperaturanstieg des defekten Induktors 30 bis 40 Grad höher ist als der eines normalen Induktors. Was ist der Grund dafür?
Das bestehende PFC-Induktordesign besteht aus zwei gestapelten magnetischen 77192-Toroiden und zwei parallelen Strängen aus rundem F1,8-mm-Kupferdraht, der mit 22 Windungen gewickelt ist. Bei der Demontage stellte sich heraus, dass ein Strang eine zusätzliche Windung hatte. Tests bei 50 kHz ergaben eine normale Induktivität von 133 μH bei 22 Windungen und 145 μH bei 23 Windungen. Allerdings ergab die Parallelwicklung eine Induktivität von 116,8μH. Dieses Phänomen wird im Folgenden anhand gekoppelter Induktor- und Transformatormodelle erläutert.
Verbinden Sie zunächst die beiden Spulen in Reihe und in umgekehrter Reihenfolge und testen Sie dann die Induktivität. Sie erhalten LMasakushiund LCross-Cross-Dressing, die Gegeninduktivität M der beiden Wicklungen beträgt 1/4 der Differenz zwischen den beiden, also
Es ist ersichtlich, dass der Kopplungskoeffizient k 0,995 beträgt. Für die magnetische Kopplung der beiden Spulen lässt sich die Spannungsgleichung wie folgt formulieren:
Mithilfe der obigen Gleichung lässt sich die äquivalente Induktivität der beiden Spulen nach der Entkopplung ermitteln und so den durch jede Spule fließenden Strom berechnen.
Es ist ersichtlich, dass die zusätzliche Windung einen zirkulierenden Strom in den beiden Spulen verursacht, und der zirkulierende Strom ist viel größer als der tatsächliche Strom, der durch die Induktivität fließt. Dies ist der Grund für die Erwärmung des Induktors. Wenn das Transformatormodell zur Analyse verwendet wird, sind die entsprechenden elektrischen Parameter in der folgenden Abbildung dargestellt:
Gemäß den Spannungs- und Stromgleichgewichtsgleichungen des Transformatormodells lautet die Berechnung wie folgt:
Die berechneten Ergebnisse stimmen mit denen des gekoppelten Induktormodells überein. Beide fanden heraus, dass die Spule mit einer zusätzlichen Windung einen Rückstrom aufweist, was erneut die Ursache der Induktorerwärmung bestätigt.
Das Transformatormodell erfordert das Wicklungsverhältnis n, das gekoppelte Induktormodell verfügt jedoch nicht über diesen Parameter. Die obige Ableitung für das Transformatormodell zeigt, dass auch bei anderen Werten des Verhältnisses n, solange die Selbstinduktivitäten L1 und L2 und die Gegeninduktivität M unverändert bleiben, immer noch die mit dem gekoppelten Induktormodell konsistenten Ergebnisse erzielt werden können, was darauf hinweist, dass die beiden Modelle völlig gleichwertig sind. Interessierte Ingenieure sind herzlich eingeladen, es auszuprobieren.
