Lors de la fabrication d'un tore de ferrite, vous commencez avec de la poudre qui doit être comprimée, puis frittée.Il est beaucoup plus pratique d'avoir un moule avec des côtés sensiblement parallèles et de le comprimer dans une direction.Le critère principal de la section transversale est la fabricabilité.

La forme théorique qui maximise le débit de puissance d'un noyau de transformateur toroïdal est un tore presque circulaire (une sorte de forme d'oeuf).Plus le trou au milieu est grand par rapport à la section transversale, plus il est presque circulaire.Cette forme minimise conjointement les longueurs magnétique et électrique, et donc les pertes.Pour une paire donnée de matériaux de noyau et de conducteur, donc noyau de ferrite, poudre de fer ou ruban de fer, et enroulements de Cu ou d'Al, la section transversale optimale et le rapport de trous changeront légèrement.

Cependant, cet optimum est une fonction très faible de la forme de la section transversale, et change peu entre une zone circulaire et une zone carrée avec des coins arrondis.

Prise en compte de l'occupation de l'espace

Pour le même volume de matériau d'âme, les dimensions extérieures «importantes» du produit fini seront plus petites si une section transversale carrée est utilisée. Ainsi, par exemple, il occupera moins d'espace au sol sur une carte de circuit imprimé.

En allant plus loin (voir ci-dessous) si une section transversale rectangulaire est utilisée, la dimension extérieure diminuera encore plus pour la même section transversale et la même longueur de chemin magnétique moyenne.

Saturation du rayon intérieur

Une autre chose à considérer est le rayon intérieur du tore. Si la section transversale du noyau était circulaire, alors, pour la même longueur effective moyenne autour du noyau qu'un tore de section carrée, il y aurait un chemin légèrement plus court que le champ H occupe sur le rayon intérieur et cela conduirait à une petite augmentation de saturation à des courants élevés.

Alors, que font les principaux fabricants de toroïdes?

Peut-être peut-on y répondre en examinant quatre tores de ferrite \ $ ^ 1 \ $ populaires de Ferroxcube. En fait, ces tores ne sont pas de section carrée mais rectangulaires; la plus petite dimension produisant encore moins d'écart entre le rayon intérieur et extérieur (en rouge est ma dimension calculée): -

La même chose a également été trouvée pour les toroïdes Fair-rite. En d'autres termes, la préférence est d'avoir une section transversale rectangulaire et cela signifie naturellement une longueur d'enroulement encore plus longue qu'une section carrée et, une longueur d'enroulement encore plus longue qu'une section transversale circulaire. Ceci est très probablement dû au fait que c'est la partie magnétique de tout transformateur ou inducteur qui est potentiellement plus à perte par rapport aux pertes \ $ I ^ 2R \ $ Cu.

Donc, nous prenons généralement la longueur de chemin effective moyenne comme celle passant par le rayon médian du noyau (c'est-à-dire où le milieu du bourrage est dans un beignet) et ignorons la vérité que le rayon intérieur sera légèrement plus enclin à la saturation que l'extérieur. C’est ce que nous faisons en tant qu’ingénieurs, mais si nous sommes pointilleux sur notre conception, nous devrons y réfléchir.

Un noyau de section transversale circulaire aura naturellement un rayon interne plus petit et, de ce fait, il aura tendance à saturer magnétiquement un peu plus à ce rayon interne (par rapport à une section transversale carrée) et encore plus par rapport à un noyau toroïdal de section rectangulaire.

Salle de bobinage

Et, il s'ensuit qu'il y a aussi moins de place pour placer des enroulements dans un noyau de section circulaire. Le plus petit rayon intérieur devient un goulot de bouteille légèrement plus grand pour les fils qui le traversent. Aller à une section transversale rectangulaire donne encore plus de place.

En résumé

Un noyau de section transversale carrée (pour les arguments donnés ci-dessus) aura un niveau plus uniforme de densité de flux magnétique de la dimension intérieure à la dimension extérieure et permettra à plus de fils de cuivre de passer par le centre. Une section transversale rectangulaire est encore meilleure.

\ $ ^ 1 \ $ "Popular" = aller sur le site Web de Farnell et choisir quatre cœurs différents en haut de la liste qui avait des niveaux de stock importants.

La maximisation totale du profit est la chose recherchée.Les noyaux toroïdaux à section rectagulaire sont sûrement les plus faciles à fabriquer, mais certains arrondis sont utiles pour faciliter l'enroulement pour les utilisateurs.Le coût immobilier de l'équipement électronique fini est un autre facteur qui suggère une section transversale rectangulaire.La masse de cuivre utilisée lorsque l'inductance utile et la résistance autorisée sont fixées est un facteur opposé.Tout cela est déjà dit par d'autres, mais la sélection finale doit être le résultat d'une optimisation.

Personne ne le fait pour l'ensemble du processus car les producteurs principaux ne peuvent pas contrôler entièrement les utilisateurs et les utilisateurs doivent utiliser ce qui est disponible et dans le budget.Quelques faibles tentatives ont été observées.Je jure que j'ai vu une annonce d'un vendeur principal avec le texte "Laissez notre équipe d'ingénieurs vous aider à sélectionner le meilleur noyau pour votre application".

La section transversale est ce qui compte pour les propriétés magnétiques et électriques.Pas sa forme.

Le rayon de courbure minimal du cuivre est ce qui détermine le rayon d'angle du noyau.Les énormes noyaux torodiaux ont souvent une section transversale presque circulaire à cause de cela.Comme ils sont fabriqués à partir de ruban d'acier, cela signifie que plusieurs bandes de différentes largeurs doivent être enroulées les unes sur les autres pour former le noyau.

C'est d'ailleurs la même chose pour tout autre noyau de transformateur énorme.

Je pense qu'il s'agit de \ $ A_e \ $ .Avoir une section transversale carrée (ou carrée à coins arrondis) apporte plus de \ $ A_e \ $ .

Considérons deux noyaux toroïdaux ayant les mêmes diamètres intérieur et extérieur (et également les mêmes profondeurs / hauteurs): l'un avec une section carrée de 10 mm x 10 mm et l'autre avec une section circulaire d'un diamètre de 10 mm.

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Le premier a un \ $ A_e \ $ de 100 mm² alors que l'autre a celui de 78,5 mm².

A partir de \ $ V_t = A_e \ N \ dB / dt \ $ , le premier apporte un nombre de tours inférieur pour la même induction et la même tension induite.

Remarque: le cuivre est cher.