Конструкции импульсных трансформаторов | Высоковольтное испытательное оборудование и измерения
Страница 32 из 41
Сердечники импульсных трансформаторов в подавляющем большинстве случаев изготовляются из кремнистой холоднокатаной ленточной стали. В качестве межлистовой изоляции в сердечниках применяют конденсаторную бумагу, лаковые покрытия, оксидные пленки, нити стеклянного волокна, минеральные порошки и т. п. Недостаток этих покрытий в том, что одни из них не позволяют производить отжиг сердечника после его навивки, а другие не позволяют сердечники после навивки и отжига разрезать на две половины (для создания воздушного зазора), ибо не обладают связующими свойствами. Наиболее удачно необходимые качества сочетаются в эмали. Эмаль, наносимая при навивке на ленту, три отжиге плавится, и при остывании сердечник становится монолитным. При необходимости сердечник можно разрезать электроэрозионным или ультразвуковым методом.
В качестве изоляции обмотки от сердечника и межкатушечной изоляции в низковольтных импульсных трансформаторах обычно применяют лакоткань и бумагу.
В трансформаторах на напряжения 100 кВ и выше в качестве главной изоляции применяется трансформаторное масло. Твердые диэлектрики, такие как плексиглас и полистирол, служат для фиксации положения обмотки.
Представляет интерес использование в качестве изолирующей и охлаждающей среды в трансформаторах на 400 кВ и выше сжатого газа, например, элегаза. Применение для изоляции сжатого газа позволило бы уменьшить паразитную емкость трансформатора в 2—2,5 раза.
Наиболее широко импульсные трансформаторы применяются в радиотехнических устройствах для повышения напряжения импульсов, модулирующих ламповые генераторы метровых и дециметровых волн и магнетронных генераторов сантиметрового диапазона. Напряжение импульсов в этих устройствах достигает 30—35 кВ.
Рис. 4-66. Импульсный трансформатор на 76 кВ.
Импульсный трансформатор в сочетании с импульсным модулятором представляет собой весьма удобный инструмент для исследования импульсной электрической прочности диэлектриков. Возможность легко изменять в широких пределах частоту повторения и длительность импульсов выгодно отличают его от других типов импульсных генераторов напряжения.
К концам вторичной обмотки импульсного трансформатора подключается активное сопротивление, величина которого выбирается из условия получения оптимальной формы импульса. К части этого сопротивления подключается осциллограф для контроля напряжения и формы импульса.
Импульсные трансформаторы на 26—66 используются в инжекторах бетатронов. Известно, что с ростом энергии инжектируемых электронов интенсивность лучения бетатрона повышается. После разработки тронных пушек на более высокое напряжение в бетатрон могут найти применение трансформаторы на напряжение до 300 кВ.В разработанном в Станфордском университете (США) линейном ускорителе для модуляции мощных клистронов используется одновременно 21-импульсный трансформатор на напряжение 400 кВ, причем каждый из них отдает 100 Мвт мощности в импульсе при длительности импульса 2 мксек и частоте повторения 60 Гц.
Рис. 4-67. Импульсный трансформатор на 1 000 кВ.
В Томском политехническом институте разработан импульсный трансформатор на 1 000 кВ (рис. 4-67). Импульсный трансформатор повышает напряжение прямоугольных импульсов длительностью 5 мксек от 100 кВ на первичной обмотке до 1 000 кВ на вторичной обмотке.
Размеры импульсного трансформатора 109X56X92 см, вес около 500 кг. Коэффициент трансформации 10. Входные импульсы напряжения отрицательной полярности (100 кВ) формируются импульсным модулятором с двойной неоднородной искусственной линией. Применение неоднородной линии обусловлено стремлением довести размеры и вес трансформатора до минимально возможных и получить трансформированный импульс с наименьшими искажениями. Номинальная мощность в импульсе 80
Сердечник импульсного трансформатора — неразъемного типа и навит из ленточной стали ЭЗ10. Сердечник составлен из четырех отдельно изготовленных секций. Сечение сердечника 125×130 мм, вес около 200 кг. Конструкция сердечника обеспечивает минимальную длину средней магнитной линии и относительно равномерное распределение индукции по сечению Отклонение индукции от средней величины не более 10%. Сечение ленточной стали 64X0,08 мм. Хотя скорость изменения индукции во времени достигает в данном сердечнике колоссальной вели чины 3х109 гс/сек, а, следовательно, в толще листов наводятся значительной силы вихревые токи, было признано нецелесообразным применять более тонкую сталь ввиду больших технологических трудностей и ее высокой стоимости.
Для увеличения приращения индукции ∆Вс за время действия импульса до 15 кгс применено подмагничивание постоянным током. Ток подмагничивания протекает через первичную обмотку трансформатора в направлении, обратном току импульса. Напряженность поля, создаваемого током подмагничивания, выбрана вдвое большей, чем коэрцитивная сила материала сердечника (Нс≈0,4 э) и равна 1 э.
С целью повысить электрическую прочность главной изоляции между сердечником и обмоткой сердечник в части, свободной от обмотки, защищен электрическими экранами.
Трансформатор имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка однослойная, состоит из 26 витков и изготовлена из латунной тонкостенной трубки диаметром 4
Вторичная обмотка имеет 260 витков и расположена в семь слоев. Обмотка изготовлена из латунной трубки диаметром в 6 мм (толщина стенки 0,35 мм.). Для сокращения размеров обмотки и уменьшения паразитных параметров первые 26 витков вторичной обмотки размещены в один слой с первичной обмоткой. Так как сердечник трансформатора неразъемного типа, то обмотка собрана уже на сердечнике. Каждый виток составлен из двух полувитков. В пустотелой вторичной обмотке уложен провод в хлорвиниловой изоляции. Трубка и изолированный от нее провод образуют линию передачи энергии к подогревателю катода электронной трубки. На рис. 4-68 дана электрическая схема импульсного трансформатора. Рис. 4-68. Электрическая схема импульсного трансформатора на 1 000 кВ.
Напряжение сети с помощью симметрирующего трансформатора Тр-1
повышается до 250 В и передается по вторичной обмотке к понижающему трансформатору Тр-2, который монтируется с конденсаторами С2 в электростатическом экране около катодного блока электронной трубки.
На каждом полувитке вторичной обмотки имеется по два отверстия (в плоскости полувитка) диаметром 0,5 мм. При вакуумировании резервуара масло через эти отверстия заполняет свободное пространство между проводом и трубкой, что улучшает охлаждение внутреннего провода и повышает электрическую прочность изоляции.Способ крепления первичной обмотки и первого слоя вторичной обмотки показан на рис. 4-69. Стержни, на которых смонтированы эти обмотки, изготовлены из плексигласа и имеют развитую поверхность с целью исключения перекрытия по поверхности. Стержни крепятся к сердечнику бандажами из полиамидной жилки.
Остальные 234 витка вторичной обмотки, разбитые на шесть слоев, механически непосредственно не связаны с сердечником и вмонтированы на 36 плексигласовых стержнях, причем второй, третий и четвертым слои монтируются на четырех стержнях, а пятым, шестой и седьмой — на восьми стержнях каждый.
Жесткость катушек обмоток повышена распорными плексигласовыми планками, установленными по периметру катушек между основными стержнями.Все слои вторичной обмотки соединены между собой таким образом, что напряжение на каждой катушке растет в одном и том же направлении. При таком соединении энергия, запасаемая в междуслойных паразитных емкостях при трансформации импульса, имеет наименьшую величину. Приведенная к первичной обмотке паразитная емкость трансформатора равна 14 000 пф, а индуктивность рассеяния 91 мкгн. На рис. 4-70 дана осциллограмма импульса напряжения на нагрузке трансформатора. Длительность фронта импульса составляет 1,5 мксек.
Рис. 4-69. Фотография импульсного трансформатора на 1 000 кВ в процессе монтажа, иллюстрирующая конструкцию первичной и первого слоя вторичной обмоток.
Рис. 4-70. Осциллограмма импульса на нагрузке импульсного трансформатора на 1 000 кВ; калибровочная частота 500 кГц.
- Назад
- Вперёд
Импульсный трансформатор принцип работы
Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Импульсные трансформаторы, служащие для передачи коротких импульсов с наименьшими искажениями и действующими в переходных процессах, используются в устройствах импульсного типа.
Импульсные трансформаторы дают возможность изменить уровень и полярность образуемого импульса тока или напряжения, согласовать сопротивление устройства, генерирующего импульсы, с сопротивлением потребителя нагрузки, а также разделить потенциалы приемника и источника импульсов, принимать на отдельных нагрузках импульсные сигналы только от одного генератора, создавать обратную связь в схеме импульсного прибора. Они также применяются в качестве преобразовательного компонента.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Принцип действия импульсных блоков питания
- Импульсные трансформаторы тока
- Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования
- ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ
- Импульсный трансформатор
- Как устроен блок питания, часть 4
- Импульсные трансформаторы.
Виды и особенности. Применение
Виды и особенности. ПрименениеПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Электронные трансформаторы. Обзор, принцип работы, схема
Принцип действия импульсных блоков питания
Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей. Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.
Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами. Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.
Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.
Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес. За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология.
Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема. Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения темно синий цвет сверху. Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи. Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром.
Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины. Следующим этапом начинается работа инвертора.
Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы. Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.
Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины. Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.
Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой. Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.
Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания. Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках. Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки.
Принцип: чем больше — тем и лучше. Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля.
В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети. Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать вольт на корпус прибора. Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать вольт, а лучше — Они обычно имеют форму параллепипеда.
Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала. Эту возможность реализует другое решение. Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.
Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя. У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами. Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.
Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра. В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины вольт.
Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора.
Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей 1 и нулем 0. Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ.
И наоборот. ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор. Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает. За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.
Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.
Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.
Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения. На стороне расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.
По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов. В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать. При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.
Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.
Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора. Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями. Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.
Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи , обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации. Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.
Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.
Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.
Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.
К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2. Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит. Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4.
Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит.
За счет этого увеличивается величина КПД.
Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.
Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора. Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.
К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях. Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.
Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров. Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.
Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару. В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.
Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL на картинке ниже.
Импульсные трансформаторы тока
Трансформатор — важный элемент любой импульсной техники. Основным его предназначением является преобразование уровней напряжений и обеспечение гальванической развязки между источником и приемником. Из множества видов по назначению и принципу работы одним из наиболее распространенных является импульсный трансформатор. Конструктивно все маломощные силовые трансформаторы абсолютно ничем не отличаются.
Все они состоят из:. Обмоток может быть две или больше.
Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора. На первичную обмотку.
Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования
На данный момент могут существовать различные типы трансформаторного оборудования. Подобное оборудование может применяться в электронных и электротехнических схемах. Особенно часто это оборудование используется в хозяйственной деятельности. Наиболее популярным устройством трансформаторного типа считается импульсный трансформатор. Это оборудование считается достаточно важным элементом и используется практически во всех современных блоках электропитания. Импульсные трансформаторы разделяют в зависимости от катушек и формы сердечника на следующие виды:. Электротехническая сталь содержит в себе мало добавок кремния. Именно он в результате своего использования может стать причиной значительной потери мощности. В импульсном трансформаторе сердечник может производиться из рулонной стали.
ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ
Вторичные источники электропитания часто используются для бытовой техники и промышленных установок, содержащих электронику. Изначально источники вторичного напряжения строились по схеме, которую принято называть трансформаторной. Принцип её работы состоит в трансформации сетевого напряжения до необходимого уровня с последующим его выпрямлением и стабилизацией. Типовая схема традиционного источника электропитания состоит из следующих элементов: силовой понижающий трансформатор, содержащий одну или несколько вторичных обмоток, в зависимости от потребностей питаемой схемы; выпрямительный блок, как правило, выполняется по схеме диодного моста; конденсатор фильтра, включенный между положительным и отрицательным выводами моста и необходимый для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, иногда для улучшения параметров фильтра, в схему добавляется дроссель; стабилизатор выходного напряжения, построенный на основе специализированной микросхемы или содержащий ключевой транзистор и небольшую схему управления.
Эти схемы надёжны в работе, не создают высокочастотных помех, обеспечивают гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями.
Паяльник является одним из основных инструментов, применяемых мастерами-электронщиками в своей работе. В процессе ремонта электронных схем собственно пайка занимает относительно небольшие промежутки времени.
Импульсный трансформатор
Очень важным элементом импульсной техники является трансформатор. Трансформатор — устройство для передачи импульсной энергии переменной составляющей из одной электрической цепи в другую посредством магнитного поля и обеспечивающее:. Импульсный трансформатор служит для передачи импульсных широкополосных сигналов, поэтому кроме энергетических параметров, нужно еще учитывать и его частотные свойства. Принципиально все трансформаторы устроены одинаково и представляют собой две или более катушек индуктивности, связанных общим магнитным полем. Остальные обмотки называются вторичными. К вторичной обмотке подключается нагрузка Rн.
Как устроен блок питания, часть 4
Импульсные трансформаторы тока выполняют функцию преобразования тока и его напряжения. При этом выравниваются импульсные сигналы с минимизацией искажения исходной формы импульса на выходе. Существует много разновидностей силового трансформаторного оборудования, которое используется в системах электричества и электротехники. Трансформатор импульсного напряжения имеют весомое практическое значение во множестве сфер хозяйственной деятельности человеческой жизни. Ко всем блокам питания присоединены импульсные трансформаторы. Особенной чертой трансформатора импульсного типа является то, что он способен принимать однополярные сигналы с постоянной частотой генерируемого тока. В связи, с этим сердечник трансформатора пребывает в состоянии непрерывного подмагничивания. Импульсный трансформатор, принцип работы которого заключается в выравнивании частоты напряжения на входе и на выходе, оборудован фильтрующим элементом и регулятором.
Измерительные, силовые, импульсные трансформаторы.
Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции.
Импульсные трансформаторы. Виды и особенности. Применение
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Часть 2 Производство и разработка электроники Часть 1 Пролог И все таки меня пригласили!
Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, — 12 В, 5 В и 3,3 В а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже.
Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы далее по тексту ИТ — важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.
Импульсный трансформатор ИТ — это трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе. Особенностью работы импульсных трансформаторов является то, что на их первичную обмотку поступают однополярные импульсы , которые содержат постоянную составляющую тока, поэтому сердечник работает с постоянным подмагничиванием. Импульсные трансформаторы применяются в устройствах связи, автоматики, вычислительной техники, при работе короткими импульсами, для изменения их амплитуды и полярности, исключения постоянной. У импульсного трансформатора ИП в отличии от обыкновенного силового трансформатора при одинаковой мощности намного меньше потерь и незначительные габаритные размеры полученные в следствии высокочастотного преобразования. В настоящее время большинство блоков питания выполняют на импульсных трансформаторах. Здесь снижение затрат на производство, удешевление стоимости изделия, экономия размеров и веса.
Другой областью их использования является защита от короткого замыкания на нагрузке при холостом ходе, и защита от чрезмерного возрастания напряжения, а также перегрева устройств.
Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей. Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения.
Insight — Как работает импульсный трансформатор
Ашутош Бхатт
Трансформаторы теперь стали неотъемлемой частью любой электронной или электрической схемы. От приложений с небольшим напряжением, таких как телефонные адаптеры, до больших, таких как линии электропередачи, трансформаторы всегда являются одним из неизбежных требований. В зависимости от требований трансформаторы в настоящее время широко делятся на множество типов.
В этом обзоре подробно рассказывается об одном из таких конкретных трансформаторов, импульсном трансформаторе.
Импульсные трансформаторы работают так же, как и любые другие трансформаторы, но они имеют выходы в виде цифровых или импульсных сигналов, таких как прямоугольная или прямоугольная волна. Эти трансформаторы используются в цифровой связи, для вспышек фотоаппаратов, радиолокационных систем и таких областей, где требуется импульсная форма напряжения. Они достаточно разнообразны с точки зрения напряжения в зависимости от их применения, и их работа может составлять от 8 В до 200 кВ в зависимости от их использования. Обычно они имеют большее количество вторичных катушек, чем первичные.
Внешний корпус
Трансформатор PT4503 в пластиковом корпусе, представленный здесь, имеет две вторичные катушки над одной первичной. Коэффициент трансформации обычно указывается на упаковке трансформатора. В данном случае это 1:1:1, как указано в передней части трансформатора.
Поскольку он имеет две вторичные обмотки, которые изолированы с точки зрения передачи напряжения и электрического выхода, это трансформатор изолированного типа.
Если посмотреть сбоку на трансформер, он будет похож на спутник, так как у него целых 6 ножек. Из этих 6 ветвей 2 подключены к первичной обмотке, а остальные 4 представляют собой две пары вторичных катушек.
На задней стороне трансформатора имеется слой клея, который удерживает ножки трансформатора и удерживает их механически плотно прикрепленными к корпусу трансформатора.
[заголовок = оболочка]
Оболочка прочно прилегает к внутренней поверхности трансформатора, защищая его от внешних воздействий. При снятии скорлупы обнаруживается еще одна упаковка из плотного пластика. Он полупрозрачный, так как сквозь него частично видны внутренние компоненты трансформатора. На изображении ниже показан вид сверху на сердечник трансформатора, который появляется после снятия пластикового кожуха.
Однако при виде сбоку не видно никаких частей трансформатора, что указывает на высокую плотность пластика вокруг него. Основная причина такой тщательной уплотненной упаковки заключается в обеспечении лучшей изоляции, чтобы в случае высокого напряжения не возникало индуктивных и емкостных утечек, а нежелательные эффекты, такие как влажность или влажность, снижали эффективность работы трансформатора.
[заголовок = внутренняя структура]
При проникновении в стекло эпоксидной смолы ножки снова оказываются прочно прилипшими к нему и для этого используется другой клей. Поскольку ножки в основном отвечают за высокую входную и выходную мощность, они должны быть расположены как можно более правильно, иначе устройство может столкнуться с непредсказуемыми потерями мощности.
Через этот клей ножки припаяны к верху так, чтобы их можно было разместить возле сердечника трансформатора.
На изображении ниже показано, как пайка удерживает ножки в соединении с трансформатором.
Детали верхней поверхности с пластинами сердечника, а также прикрепленным к ним изолятором можно увидеть при небольшом углублении.
[заголовок = Изолятор]
Изолятор гарантирует, что витки не перетасовываются, а также избегает контакта ножек с сердечником, так как вокруг них должны быть намотаны только витки. Он также разделяет выходные порты, которые проходят через вторичные обмотки. Поскольку вторичных обмоток две, необходимо соблюдать надлежащую электрическую изоляцию.
На следующем рисунке показано, как катушка намотана на ножки трансформатора и как изолятор отделяет ножки от сердечника.
[заголовок = Катушки]
Надлежащий внешний вид катушки появляется только после того, как большая часть стеклянной эпоксидной смолы снята с трансформатора.
Катушка имеет выступы изолятора в верхней и нижней частях, а сердечник присутствует по бокам. Катушка изолирована от сердечника той же самой смолой, которая покрывает схему трансформатора.
Во избежание потерь из-за вихревых токов катушка достаточно ламинирована, чтобы никакие устойчивые эффекты наведенного напряжения не влияли на КПД трансформатора.
Сердечник в этом трансформаторе имеет форму буквы W, поэтому катушки намотаны вокруг его центра. Внешняя катушка является первичной, а вторичная обмотка отделена от нее тонкой изолирующей оболочкой.
После того, как катушка снята с сердечника, можно внимательно осмотреть оболочку и легко определить первичную и вторичную обмотки.
С задней стороны катушки видно покрытие из стеклянной эпоксидной смолы, поскольку оно все еще плотно прилегает к медным обмоткам трансформатора.
[заголовок = ядро трансформатора]
После снятия катушек можно глубоко изучить сердечник трансформатора.
Ниже показан одинарный W-образный ферритовый сердечник трансформатора. Сердечники окрашены во избежание их окисления.
Эти ядра попеременно располагаются рядом друг с другом, образуя структуру, показанную ниже.
Filed Under: Insight
Новый эталонный преобразователь импульсов для локальных сетей | Примечание по применению | Техническая библиотека
Новый эталонный преобразователь импульсов LAN
В последние годы разъемы LAN стали стандартным оборудованием не только компьютеров и других ИТ-продуктов, но и цифровых телевизоров, а также многих других типов аудиовизуальных устройств и потребительских товаров. Импульсные трансформаторы являются ключевыми компонентами, используемыми в таких интерфейсах LAN. Трансформаторы должны передавать импульсные сигналы с высокой скоростью и в то же время обеспечивать другие функции, такие как изоляция между входом и выходом.
Компания TDK применила свои обширные технологические ноу-хау, полученные при разработке фильтров синфазных помех типа SMD (устройство поверхностного монтажа), для создания нового типа импульсного трансформатора SMD, изготовленного с использованием технологии автоматической намотки катушки. Обычные устройства с ручной укладкой обмотки страдают от различных проблем, таких как неравномерность характеристик из-за производственных допусков. Напротив, новые импульсные трансформаторы от TDK обеспечивают превосходную однородность и производительность, сравнимую с существующими продуктами, при гораздо меньших габаритах. Серия ALT обязательно станет новым эталоном в этой области.
Ethernet стал доминирующим форматом LAN вместе с компьютерным прогрессом
Стандарт Ethernet, который в настоящее время является доминирующим форматом для LAN (локальных вычислительных сетей), был разработан в начале 1980-х годов в США. Первоначально он был разработан для соединения рабочих станций. в исследовательских учреждениях, на предприятиях и в подобных профессиональных средах.
Но вместе с эволюцией персональных компьютеров локальные сети стали широко распространенным решением для соединения нескольких ПК, и рынок локальных сетей рос как на дрожжах. Соединение отдельных локальных сетей на большем расстоянии называется глобальной сетью (WAN), а соединение между несколькими компьютерами и аудиовизуальными устройствами в доме называется домашней сетью или домашней локальной сетью. В отличие от беспроводных локальных сетей, для локальной сети Ethernet требуется кабельное соединение, но это обеспечивает очень надежную передачу данных на гораздо более высоких скоростях.
Существуют различные форматы Ethernet, которые отличаются такими аспектами, как тип кабельного соединения и скорость передачи. Они определяются соответствующими стандартами и обозначаются такими терминами, как 100BASE-T или 1000BASE-T. Первый рассчитан на скорость передачи (пропускную способность) 100 Мбит/с, а второй достигает скорости до 1000 Мбит/с (1 гигабит в секунду). Буква «T» указывает на то, что в данном формате используется кабель с витой парой.
Импульсный преобразователь: ключевой компонент интерфейса LAN
Электронные устройства, оснащенные разъемом LAN, имеют встроенный адаптер LAN, который позволяет подключить устройство к сети, просто подключив кабель. До того, как сетевые адаптеры стали стандартом для материнских плат ПК, они обычно были доступны в виде вставных карт, предназначенных для вставки в слот компьютера. Одной из причин, по которой адаптеры теперь интегрируются в компьютеры, является распространение широкополосных интернет-соединений.
Разъем LAN, также называемый LAN-портом, чем-то похож на модульную телефонную розетку, но имеет несколько большие размеры. Это называется разъемом RJ45. Внутри разъема RJ45 сигналы направляются через синфазные дроссели (фильтры) на импульсный трансформатор, а затем на микросхему приемопередатчика. Модуль разъема LAN объединяет разъем RJ45, синфазные дроссели и импульсный трансформатор в одном компактном устройстве.
Импульсный трансформатор — это особый тип трансформатора, предназначенный для передачи импульсных сигналов.
В отличие от силового трансформатора, его целью является не передача мощности; следовательно, его можно сделать значительно более компактным, что позволит поместить его в соединительный модуль.
Традиционный метод: ручная намотка на тороидальном сердечнике
Импульсный трансформатор имеет простую конструкцию, построенную вокруг тороидального (кольцеобразного) сердечника, на котором намотаны первичная и вторичная обмотки. Однако, хотя принцип работы и конструкция просты, импульсные трансформаторы на самом деле представляют собой довольно сложные электронные компоненты для хорошей сборки. Такие аспекты, как конструкция, выбор материала сердечника и метод намотки, значительно влияют на результат, а добиться однородных характеристик непросто.
По сравнению с другими трансформаторами с сердечниками, которые по своей природе имеют воздушные зазоры, тороидальный трансформатор имеет меньший поток рассеяния и, следовательно, может обеспечить лучшую производительность. Следовательно, импульсные трансформаторы традиционно разрабатывались как тороидальные трансформаторы, но из-за их формы катушки обычно наматываются вручную, поскольку автоматическую намотку трудно реализовать.
Это неизбежно приводит к допускам между готовыми единицами и представляет собой препятствие для стабильного качества и массового производства.
Новый производственный метод, основанный на прорывной идее
В наши дни не только персональные компьютеры, но и многие другие типы оборудования, такие как цифровые телевизоры и аудиовизуальные устройства, обычно поставляются с разъемами для подключения к локальной сети. Таким образом, импульсные трансформаторы для приложений LAN стали очень востребованным продуктом. Если принять за данность тороидальную форму сердечника, автоматическая намотка невозможна, а потребности рынка трудно удовлетворить.
Импульсные трансформаторы SMD серии ALT от TDK представляют собой радикальное отличие. Думая нестандартно, наши инженеры придумали решение, позволяющее организовать производственный процесс с использованием автоматизированной намотки.
Команда разработчиков взяла пример с фильтров синфазных помех типа SMD, которые широко используются в качестве шумоподавляющих компонентов.
Фильтр синфазных помех похож на импульсный трансформатор тем, что в нем используются две обмотки на тороидальном сердечнике. Чтобы обеспечить массовое производство, TDK разработала новаторский подход, который использует автоматическую намотку на сердечник барабана, а затем соединяет его с сердечником из плоской пластины. Оказалось, что очень похожая конструкция сердечника и метод автоматической намотки, что и для фильтров синфазных помех типа SMD, на самом деле могут быть применены к импульсным трансформаторам. Это привело к разработке новых импульсных трансформаторов типа SMD.
Конструкция обмотки требует передовых технических знаний
Сила связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора выражается коэффициентом связи (k). В идеальном трансформаторе он должен быть равен 1, но в реальных условиях поток рассеяния и другие факторы приводят к тому, что коэффициент k меньше 1. который максимально приближается к 1. Как описано выше, воздушный зазор в сердечнике трансформатора вызывает поток рассеяния, приводящий к индуктивности рассеяния, что ухудшает характеристики трансформатора.
Разработав новую форму сердечника, подходящую для автоматизированной намотки, TDK смогла уменьшить зазор на стыке между барабанным сердечником и пластинчатым сердечником менее чем наполовину, что привело к значительному снижению потока рассеяния.
Конструкция обмотки также важна для снижения коэффициента связи. Обмотки трансформатора подвержены явлению, называемому паразитной емкостью, которое не отображается на принципиальных схемах. Хотя обмотки электрически изолированы, разность потенциалов заставляет соседние обмотки действовать как электроды конденсатора. Этот тип паразитной емкости называется внутриобмоточной емкостью. Кроме того, существует еще один вид паразитной емкости, а именно емкость распределения обмотки между первичной и вторичной обмотками. Уменьшение этих типов паразитной емкости требует компромисса, поскольку это уменьшение приводит к увеличению индуктивности рассеяния. Таким образом, для достижения хорошей конструкции обмотки требуются передовые технические ноу-хау, которые нелегко получить.
Использование феррита в качестве идеального сердечника для импульсного трансформатора
Поскольку формы импульсных сигналов обычно охватывают очень широкий диапазон частот, выбор материала сердечника имеет решающее значение для предотвращения чрезмерных искажений формы импульсных сигналов, которые могут ухудшить качество сигнала.
Например, импульсный трансформатор для соединения 100BASE-T Ethernet должен иметь значение индуктивности не менее 350 микрогенри (мкГн) при подаче смещения постоянного тока 8 мА. Таким образом, выдающиеся характеристики суперпозиции постоянного тока феррита весьма желательны, поскольку кривая намагничивания остается линейной даже при приложении постоянного магнитного поля смещения. (Искажение формы сигнала увеличивается по мере приближения к изогнутой части графика характеристик.) Требуется ферритовый материал, обладающий как высокой магнитной проницаемостью, так и высокой плотностью потока насыщения, который демонстрирует эти характеристики во всем диапазоне температур, существующем в нормальной среде локальной сети.
Используя свой обширный опыт работы с ферритовыми технологиями, TDK разработала ферритовый материал, оптимизированный для применения в импульсных трансформаторах. Для достижения этой цели были тщательно пересмотрены как состав материала, так и микроструктура. В серии ALT используется новый материал, отвечающий техническим требованиям высокоскоростных ЛВС следующего поколения.
Высокая производительность на уровне предыдущих продуктов, достигнутая благодаря автоматизированной намотке
Серия ALT обеспечивает высокую надежность и производительность, необходимые для импульсных трансформаторов для приложений LAN, и делает это в компактном корпусе типа SMD, изготовленном с автоматической намоткой, что-то вроде это считалось очень трудным для реализации. Как видно из диаграммы, показанной справа, целостность сигнала находится на том же уровне, что и у обычных продуктов, хотя корпус SMD заметно меньше.
В импульсных трансформаторах серии ALT используется не только автоматическая намотка катушек, но и автоматизированная термокомпрессионная сварка клеммных электродов и проводов.
С обычными изделиями требуется ручная обработка проволоки и пайка. Автоматизация этих шагов приводит к более равномерному качеству.
Процесс производства обычных продуктов является полуавтоматическим, с пакетной обработкой на этапах от электрических испытаний до наклеивания ленты. Напротив, производственный процесс для серии ALT является непрерывным и полностью автоматизированным.
Меньшая занимаемая площадь приводит к значительной экономии места
Импульсный трансформатор обычно интегрируется в модуль LAN вместе с синфазными дроссельными катушками и другими частями. С обычными компонентами сложная проводка, а также пайка должны были выполняться вручную при монтаже импульсного трансформатора. Затем детали были зафиксированы смолой. Поскольку трансформаторы серии ALT представляют собой компоненты SMD, их можно монтировать вместе с другими деталями на этапе оплавления, что значительно упрощает процесс и сокращает количество необходимых рабочих часов.
Еще одним преимуществом являются более компактные размеры, что способствует экономии места.
В сочетании с шумоподавлением в соответствии с методом дифференциального переноса требуемая занимаемая площадь может быть уменьшена примерно на 40–60 % (используя монтаж на одной плате в сочетании с фильтрами синфазных помех серии ALC от TDK).
Серия ALT, как и ее предшественники, обозначена TDK как полностью бессвинцовый «экологически безопасный» продукт, который полностью исключает использование свинца и соединений свинца и совместим с бессвинцовой пайкой. Серия ALT также не содержит галогенов и поэтому подходит для компаний, стремящихся полностью исключить галогены из своей конечной продукции.
К высокоскоростным локальным сетям следующего поколения, объединяющим проводные и беспроводные соединения
Беспроводные локальные сети получают все большее распространение, но проводные локальные сети по-прежнему имеют явное преимущество с точки зрения высокой скорости передачи, устойчивости к помехам и стабильности работы. Импульсные трансформаторы, которые являются ключевым компонентом для приложений LAN, должны будут соответствовать требованиям к производительности для решений Ethernet следующего поколения.
Серверы, маршрутизаторы и подобное оборудование должны поддерживать более высокие скорости и обеспечивать выдающуюся надежность, а компактные размеры и низкопрофильный форм-фактор являются целевыми характеристиками при разработке ноутбуков, цифровых телевизоров, устройств записи с жестким диском, игровых консолей и т. д. На заводе В секторе автоматизации требуется дальнейшее повышение производительности в широком диапазоне температурных условий.
Охватывая весь спектр от бытового до промышленного применения, серия ALT соответствует спецификациям высокой производительности. Впервые в отрасли эти компактные импульсные трансформаторы типа SMD оснащены автоматической намоткой. Высокоскоростные сети следующего поколения, объединяющие проводные и беспроводные соединения, потребуют передовых технологий компонентов. В полной мере используя свои обширные ноу-хау в основных технологиях, а именно в технологии материалов, технологических процессах и технологиях оценки и моделирования, TDK предлагает сложные прикладные продукты для локальных сетей, отвечающие этим потребностям.
