Уточнення виразу для розрахунку величини втрат одношарової обмотки індуктивного елемента
DOI:
https://doi.org/10.20535/S0021347023120038Ключові слова:
ультразвуковий діапазон частот, узгоджуючий фільтр, дросель, одношарова обмотка, FEА аналіз, ефект близькості, самоефект близькості, міжвитковий ефект близькості, опір втрат, апроксимаціяАнотація
В роботі коротко наведено результати попередніх досліджень, в ході яких визначено, що ймовірною причиною появи значної похибки при розрахунку величини втрат одношарової обмотки індуктивного елемента без осердя за аналітичною методикою Ferreira в ультразвуковому діапазоні частот, є нехтування впливом на розподіл струму у витках деяких геометричних параметрів обмотки, таких як її діаметр та кількість витків. Таким чином, розрахунковий вираз даної методики потребує уточнення шляхом внесення до нього знехтуваних геометричних параметрів. Визначено, що аналітичним шляхом вирішити дану задачу складно, тому запропоновано її вирішення емпіричним способом. За допомогою комп’ютерного моделювання проведено моделювання величини втрат одношарової обмотки без осердя для найбільш поширених на практиці значень діаметрів обмотки, діаметрів провідників, кількості витків та робочих частот. Наведено ряд залежностей, на основі яких визначено вид уточнюючих виразів, спосіб їх внесення у розрахунковий вираз як доповнюючих множників, і розраховано відповідні поправочні коефіцієнти. Виконано порівняння результатів розрахунку величини втрат за уточненим виразом та початковим. Визначено, що розбіжність при порівнянні теоретичних та експериментальних результатів змінилася з 59,5 до 11% при зміні кількості витків, та з 63 до 4% при врахуванні впливу діаметру намотки.
Запропоновано альтернативний спосіб розрахунку величини втрат одношарових обмоток для найбільш поширених конкретних практичних випадків. На основі модельованих даних побудовано криві залежностей величини втрат обмотки від вказаних геометричних параметрів. Обрано найбільш оптимальний тип апроксимуючої функції, виконано апроксимацію, та розраховано апроксимуючі коефіцієнти для діаметру провідника, діаметру каркасу, та кількості витків обмотки для різних робочих частот.
Посилання
H. Choi, “Pre-matching circuit for high-frequency ultrasound transducers,” Sensors, vol. 22, no. 22, p. 8861, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22228861.
G. Bocock, Essential Guide to Power Supplies. [no info]: XP Power, 2014.
P. L. Dowell, “Effects of eddy currents in transformer windings,” Proc. Inst. Electr. Eng., vol. 113, no. 8, p. 1387, 1966, doi: https://doi.org/10.1049/piee.1966.0236.
J. A. Ferreira, “Improved analytical modeling of conductive losses in magnetic components,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 9, no. 1, pp. 127–131, 1994, doi: https://doi.org/10.1109/63.285503.
А. П. Середін, А. В. Мовчанюк, “Аналіз методик та модифікація існуючих виразів для розрахунку опору втрат дроселів на ультразвукових частотах,” in Міжнародна науково-технічна конференція «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи», 2020, pp. 52–55.
А. П. Середін, А. В. Мовчанюк, “Вплив кількості витків одношарової обмотки індуктивного елемента на опір втрат,” Вісник Вінницького політехнічного інституту, vol. 169, no. 4, pp. 25–32, 2023, doi: https://doi.org/10.31649/1997-9266-2023-169-4-25-32.
А. П. Середін, А. В. Мовчанюк, “Вплив геометрії одношарової обмотки індуктивного елемента на опір втрат,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 10, pp. 644–656, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S002134702301003X.
А. П. Середін, “Удосконалення методики оцінки втрат у дроселях з одношаровою обмоткою,” Київ, 2023.
M. Wolf, D. Shmilovitz, “Substantial reduction of solenoidal ferrite rod coil losses through winding geometry modification,” IEEE Trans. Magn., vol. 60, no. 9, pp. 1–5, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TMAG.2024.3422824.
J. R. Gonzalez-Teodoro, V. Kindl, M. Frivaldsky, “Different eddy current effects study for circular windings based on finite elements,” in 2021 25th International Conference Electronics, 2021, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/IEEECONF52705.2021.9467469.
M. Kazimierczuk, High‐Frequency Magnetic Components. Wiley, 2013, doi: https://doi.org/10.1002/9781118717806.
L. Chen, R. Wu, “Empirical analytical inductance calculation and inductance to DC resistance ratio optimization of on-chip solenoid magnetic-core inductors,” in 2022 IEEE 16th International Conference on Solid-State & Integrated Circuit Technology (ICSICT), 2022, pp. 1–3, doi: https://doi.org/10.1109/ICSICT55466.2022.9963436.
The MathWorks, “Curve Fitting Toolbox: For use with MatLAB,” User’s guide. Version 1. http://cda.psych.uiuc.edu/matlab_pdf/curvefit.pdf.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. РадіоелектронікаИздатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.
Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).
Варианты доступа к статье:
1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)
В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).
2. Статья с последующим доступом по подписке
В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.
- Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
- Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
- Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
- Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
- Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
- Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
- Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
- Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
- Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
- Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
- Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
- Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
- Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
- Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
- В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
- Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
- Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.
