Как рассчитать параметры импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя. Какие формулы использовать для определения числа витков, сечения провода, индукции. Где найти онлайн-калькулятор для автоматизации расчетов. Какие особенности учесть при проектировании.
Основы расчета импульсного трансформатора
Импульсный трансформатор является ключевым элементом двухтактного преобразователя напряжения. Правильный расчет его параметров критически важен для эффективной работы всего устройства. Рассмотрим основные этапы проектирования такого трансформатора:
Определение минимального числа витков первичной обмотки
Минимальное число витков первичной обмотки W1 рассчитывается по формуле:
W1 = (U1 * 104) / (4 * f * Sc * Bmax)
где:
- U1 — максимальное напряжение на обмотке, В
- f — частота преобразования, Гц
- Sc — площадь сечения магнитопровода, см2
- Bmax — максимальная индукция в сердечнике, Тл
Расчет эффективного тока первичной обмотки
Эффективное значение тока первичной обмотки I1эфф определяется по формуле:
I1эфф = P / U1
где P — мощность трансформатора, Вт
Выбор плотности тока
Плотность тока j зависит от мощности трансформатора. С ростом мощности плотность тока уменьшают для ограничения нагрева. Ориентировочные значения:
- 1-7 Вт: 7-12 А/мм2
- 8-15 Вт: 6-8 А/мм2
- 16-40 Вт: 5-6 А/мм2
- 41-100 Вт: 4-5 А/мм2
- 101-200 Вт: 4-4.5 А/мм2
Онлайн-калькулятор для расчета импульсного трансформатора
Для упрощения расчетов удобно использовать специализированные онлайн-калькуляторы. Они позволяют быстро определить все ключевые параметры трансформатора на основе исходных данных. Популярные калькуляторы:
- Калькулятор на сайте RadioRadar
- Расчетчик на Electronix.ru
- Онлайн-инструмент PowerEsim
При использовании калькуляторов важно внимательно проверять корректность введенных исходных данных и полученных результатов.
Особенности проектирования импульсных трансформаторов
При разработке импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя следует учитывать ряд важных факторов:
Выбор материала сердечника
Для импульсных применений оптимально подходят ферритовые сердечники. Наиболее распространены марки:
- 2000НМ
- 3000НМ
- 1500НМ3
Они обладают низкими потерями на высоких частотах и высокой магнитной проницаемостью.
Учет скин-эффекта
На высоких частотах необходимо учитывать скин-эффект, приводящий к вытеснению тока на поверхность проводника. Для минимизации этого эффекта используют:
- Литцендрат — провод из тонких изолированных жил
- Фольгу вместо круглого провода
- Многослойные обмотки из тонкого провода
Охлаждение трансформатора
Для эффективного отвода тепла применяют:
- Пропитку обмоток теплопроводными компаундами
- Установку радиаторов на сердечник
- Принудительное воздушное охлаждение
Правильный тепловой расчет позволяет избежать перегрева и выхода трансформатора из строя.
Намотка импульсного трансформатора
При намотке трансформатора важно соблюдать следующие правила:
- Использовать провод с качественной изоляцией
- Обеспечить плотную и равномерную укладку витков
- Правильно выполнить секционирование обмоток
- Минимизировать паразитные емкости между обмотками
- Применять качественные изоляционные материалы
Тщательность намотки напрямую влияет на характеристики и надежность готового трансформатора.
Проверка и тестирование импульсного трансформатора
После изготовления трансформатор необходимо протестировать:
- Измерить индуктивность и сопротивление обмоток
- Проверить коэффициент трансформации
- Испытать на пробой изоляции
- Провести нагрузочные тесты
- Снять частотные характеристики
Только после успешного прохождения всех проверок трансформатор можно устанавливать в преобразователь.
Оптимизация конструкции импульсного трансформатора
Для улучшения характеристик трансформатора применяют следующие методы оптимизации:
- Подбор оптимальной геометрии сердечника
- Использование сердечников с распределенным зазором
- Применение бифилярной намотки
- Оптимизация схемы соединения секций обмоток
- Подбор оптимальной частоты преобразования
Правильная оптимизация позволяет значительно улучшить КПД и массогабаритные показатели трансформатора.
Типовые ошибки при расчете импульсных трансформаторов
При проектировании часто допускают следующие ошибки:
- Неправильный выбор материала сердечника
- Недоучет потерь в магнитопроводе
- Игнорирование скин-эффекта
- Неоптимальный выбор частоты преобразования
- Ошибки в расчете числа витков
Внимательная проверка всех этапов расчета поможет избежать подобных ошибок и создать эффективный трансформатор.
Расчет импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя и согласующих устройств / Хабр
В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Поскольку трансформатор имеет много взаимозависимых параметров, расчет ведут по шагам, уточняя при необходимости исходные данные.
1. Как определить число витков и мощность?
Габаритная мощность, полученная из условия не перегрева обмотки, равна [1]:
Pгаб = So ⋅ Sc ⋅ f ⋅ Bm / 150 (1)
Где: Pгаб — мощность, Вт;
Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2 ;
So — площадь окна сердечника, см2;
f — частота колебаний, Гц;
Bm = 0,25 Тл — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых ферритов на частотах до 100 кГц.
Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:
Pmax = 0,8 ⋅ Pгаб (2)
Минимальное число витков первичной обмотки n1 определяется максимальным напряжением на обмотке Um и допустимой индукцией сердечника Bm:
n1 = ( 0,25 ⋅ 104 ⋅ Um ) / ( f ⋅ Bm ⋅ Sc ) (3)
Размерности единиц здесь те же, что и в формуле (1).
Плотность тока в обмотке j для трансформаторов мощностью до 300 Вт принимаем 3..5 А/мм2 (большей мощности соответствует меньшее значение). Диаметр провода в мм рассчитываем по формуле:
d = 1,13 ⋅ ( I / j )1/2 (4)
Где I — эффективный ток обмотки в А.
Пример 1:
Для ультразвуковой установки нужен повышающий трансформатор мощностью 30..40 Вт. Напряжение на первичной обмотке синусоидальное, с эффективным значением Uэфф = 100 В и частотой 30 кГц.
Выберем ферритовое кольцо К28x16x9.
Площадь его сечения: Sc = ( D — d ) ⋅ h / 2 = ( 2,8 — 1,6 ) ⋅ 0,9 / 2 = 0,54 см2
Площадь окна: So = π ⋅ ( d / 2 )2 = π⋅ ( 1,6 / 2 )2 = 2 см2
Габаритная мощность: Pгаб = 0,54 ⋅ 2 ⋅ 30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 / 150 = 54 Вт
Максимальная мощность: Pmax = 0,8 ⋅ 54 = 43,2 Вт
Максимальное напряжение на обмотке: Um = 1,41 ⋅ 100 = 141 В
Число витков: n1 = 0,25 ⋅104 ⋅ 141 / ( 30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54 ) = 87
Число витков на вольт: n0 = 87 / 100 = 0,87
Эффективное значение тока первичной обмотки: I = P / U = 40 / 100 = 0,4 A
Плотность тока выберем 5 А/мм2.
Тогда диаметр провода по меди: d = 1,13 ⋅ ( 0,4 / 5 )1/2 = 0,31 мм
2. Как уточнить плотность тока?
Если мы делаем маломощный трансформатор, то можем поиграть с плотностью тока и выбрать более тонкие провода, не опасаясь их перегрева.
В книге Эраносяна [2, Стр.109] дана такая табличка:
Pн, Вт | 1 .. 7 | 8 .. 15 | 16 .. 40 | 41 .. 100 | 101 .. 200 |
j, А/мм2 | 7 .. 12 | 6 .. 8 | 5 .. 6 | 4 .. 5 | 4 .. 4,5 |
Почему плотность тока зависит от мощности трансформатора?
Выделяемое количество теплоты равно произведению удельных потерь на объем провода. Рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4..5 кВА плотность тока не превышает 1..2 А/мм2 [3].
3. Как уточнить число витков первичной обмотки?
Зная число витков первичной обмотки n вычислим ее индуктивность.
Для тороида она определяется по формуле:
L = μ0 ⋅ μ ⋅ Sс ⋅ n2 / la (5)
Где:
Площадь Sс дана в м2;
средняя длина магнитной линии la в м;
индуктивность в Гн;
μ0 = 4π ⋅ 10-7 Гн/м — магнитная постоянная.
В инженерном виде эта формула выглядит так:
L = AL n2 (5А) , n = ( L / AL )1/2 (5Б)
Коэффициент AL и параметр мощности Sо ⋅ Sc для некоторых типов колец приведены в Таблице 2 [4,5,6]:
Кольцо | К7х4х2 | К10х6х3 | К10х6х4,5 | К16х10х4,5 | К20х12х6 | К32х20х6 | К38х24х7 | К40х25х11 |
AL , нГн/вит2 ± 25% | 224 | 310 | 460 | 430 | 620 | 570 | 650 | 1050 |
Sо ⋅ Sc , см4 | 0,004 | 0,017 | 0,025 | 0,106 | 0,271 | 1,131 | 2,217 | 4,050 |
Для работы трансформатора в качестве согласующего устройства должно выполняться условие:
L > ( 4 .
. 10 ) ⋅ R / ( 2 ⋅ π ⋅ fmin ) (6)
Где L — индуктивность в Гн;
R = U2эфф / Pн приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Ом;
fmin — минимальная частота, Гц.
В ключевых преобразователях в первичной обмотке трансформатора текут два тока: прямоугольный ток нагрузки Iпр = Um / R и треугольный ток намагничивания обмотки IT:
Для нормальной работы преобразователя величина треугольной составляющей не должна превышать 10% от прямоугольной, т.е индуктивность обмотки должна удовлетворять неравенству:
L > 5 R / f (7)
При необходимости число витков увеличивают или применяют феррит с большей μ. Чрезмерно завышать число витков в обмотке не желательно. Из-за роста межвитковой емкости на рабочей частоте могут возникнуть резонансные колебания.
Выбранный феррит должен иметь достаточную максимальную индукцию и малые потери в рабочей полосе частот.
Как правило, на низких частотах (до 1 МГц) применяют феррит с μ = 1000 .. 6000 , а на радиочастотах приходиться использовать материалы с μ = 50 .. 400.
Пример 2:
Трансформатор из Примера 1 намотан на кольце К28х16х9 из никель-марганцевого феррита 2000НМ с магнитной проницаемостью μ = 2000.
Мощность нагрузки P = 40 Вт , эффективное напряжение первичной обмотки Uэфф = 100 В , частота f = 30 кГц. Уточним число его витков.
Приведенное сопротивление нагрузки: R = 1002 / 40 = 250 Ом
Площадь поперечного сечения магнитопровода: Sc = 0,54 см2 = 0,54 ⋅ 10 -4 м2
Средняя длина магнитной линии: la = π ( D +d ) / 2 = π ( 2,8 + 1,6 ) ⋅ 10 -2 / 2 = 6,9 ⋅ 10 -2 м
Коэффициент индуктивности: AL = 4π ⋅ 10-7 ⋅ 2000 ⋅ 0,54 ⋅ 10 -4 / 6,9⋅10-2 = 1966 нГн / вит2
Минимальная индуктивность первичной обмотки по формуле (6):
L = 10 ⋅ 250 / ( 2π ⋅ 3 ⋅ 104 ) = 13,3 мГн
Число витков: n = (13,3 ⋅ 10 -3 / 1,963 ⋅ 10 -6 ) 1/2 = 82
Оно даже меньше, чем рассчитанное ранее в Примере 1 nmin = 87.
Таким образом, условие достаточной индуктивности выполнено и число витков первичной обмотки n = 87.
4. Какие ферриты можно применить и почему?
Как известно, сердечник в трансформаторе выполняет функции концентратора электромагнитной энергии. Чем выше допустимая индукция B и магнитная проницаемость μ , тем больше плотность передаваемой энергии и компактнее трансформатор. Наибольшей магнитной проницаемостью обладают т.н. ферромагнетики — различные соединения железа, никеля и некоторых других металлов.
Магнитное поле описывают две величины: напряженность Н (пропорциональна току обмотки) и магнитная индукция В (характеризует силовое действие поля в материале). Связь В и H называют кривой намагничивания вещества. У ферромагнетиков она имеет интересную особенность — гистерезис (греч. отстающий) — когда мгновенный отклик на воздействие зависит от его предыстории.
После выхода из нулевой точки (этот участок называют основной кривой намагничивания) поля начинают бегать по некой замкнутой кривой (называемой петлей гистерезиса).
На кривой отмечают характерные точки — индукцию насыщения Bs, остаточную индукцию Br и коэрцитивную силу Нс.
По значениям этих величин ферромагнетики условно делят на жесткие и мягкие. Первые имеют широкую, почти прямоугольную петлю гистерезиса и хороши для постоянных магнитов. А материалы с узкой петлей используют в трансформаторах. Дело в том, что в сердечнике трансформатора есть два вида потерь — электрические, и магнитные. Электрические (на возбуждение вихревых токов Фуко) пропорциональны проводимости материала и частоте, а вот магнитные тем меньше, чем меньше площадь петли гистерезиса.
Ферриты это пресс порошки окисей железа или других ферромагнетиков спеченные с керамическим связующим. Такая смесь сочетает два противоположных свойства — высокую магнитную проницаемость железа и плохую проводимость окислов.
Это минимизирует как электрические, так и магнитные потери и позволяет делать трансформаторы, работающие на высоких частотах. Частотные свойства ферритов характеризует критическая частота fc , при которой тангенс потерь достигает 0,1. Тепловые — температура Кюри Тс , при которой μ скачком уменьшается до 1.
Отечественные ферриты маркируются цифрами, указывающими начальную магнитную проницаемость, и буквами, обозначающими диапазон частот и вид материала.
Наиболее распространен низкочастотный никель-цинковый феррит, обозначаемый буквами НН. Имеет низкую проводимость и сравнительно высокую частоту fc. Но у него большие магнитные потери и невысокая температура Кюри.
Никель-марганцевый феррит имеет обозначение НМ. Проводимость его больше, поэтому fc низкая. Зато малы магнитные потери, температура Кюри выше, он меньше боится механических ударов.
Иногда в маркировке ферритов ставят дополнительную цифру 1, 2 или 3. Обычно, чем она выше, тем более температурно стабилен феррит.
Какие марки ферритов нам наиболее интересны?
Для преобразовательной техники хорош термостабильный феррит 1500НМ3 с fc=1,5 МГц, Bs=0,35..0,4 Тл и Tc=200 ℃.
Для спец применений выпускают феррит 2000НМ3 с нормируемой дезакаммодацией (временной стабильностью магнитной проницаемости). У него fc=0,5 МГц, Bs=0,35..0,4 Тл и Tc=200 ℃.
Для мощных и компактных трансформаторов разработаны ферриты серии НМС. Например 2500НМС1 с Bs=0,45 Тл и 2500НМС2 c Bs=0,47 Тл. Их критическая частота fc=0,4 МГц, а температура Кюри Tc>200 ℃.
Что касается допустимой индукции Bm, этот параметр подгоночный и в литературе не нормируется. Ориентировочно можно считать Bm = 0,75 Вsmin. Для никель-марганцевых ферритов это дает примерно 0,25 Тл. С учетом падения Bs при повышенных температурах и за счет старения в ответственных случаях лучше подстраховаться и снизить Bm до 0,2 Тл.
Основные параметры распространенных ферритов сведены в Таблицу 3:
Марка | 100НН | 400НН | 600НН | 1000 | 2000 | 2000 | 1000 | 1500 | 1500 |
μнач | 80. | 350.. | 500.. | 800.. | 1800.. | 1700.. | 800.. | 1200.. | 1200.. |
fc, МГц | 7 | 3,5 | 1,5 | 0,4 | 0,1 | 0,5 | 1,8 | 0,7 | 1,5 |
Tc, ℃ | 120 | 110 | 110 | 110 | 70 | 200 | 200 | 200 | 200 |
Bs, Тл | 0,44 | 0,25 | 0,31 | 0,27 | 0,25 | 0,38.. | 0,33 | 0,35.. | 0,35.. |
.1205. Насколько нагреется сердечник?
Потери в магнетике.
При частоте менее критической fс потери энергии в магнетике складываются в основном из потерь на перемагничивание, а вихретоковыми можно пренебречь.
Опыт и теория показывают, что потери энергии в единице объема (или массы) на одном цикле перемагничивания прямо пропорциональны площади петли гистерезиса. Следовательно мощность магнитных потерь:
PH = P0 ⋅ V ⋅ f (8)
Где:
P0 – удельные потери в единице объема (измеренные на частоте f0 при индукции B0 ) ;
V – объем образца.
Таблица 4. Удельные объемные потери в ферритах 2500НМС при f0 =16 кГц ; B0=0,2 Тл:
T , oC | P0 , мкВт / ( см 3 ⋅ Гц ) | |
2500НМС1 | 2500НМС2 | |
25 | 10,5 | 8,5 |
100 | 8,7 | 6 |
Однако, с ростом частоты индукция насыщения уменьшается, петля гистерезиса деформируется, а потери растут.
Для учета этих факторов Штейнмец (C. P. Steinmetz, 1890-1892) предложил эмпирическую формулу:
PH = P1 ⋅ m ⋅ ( f / f1 ) α ( B / B1) β (9)
Условились [7, Стр.54], что f1 = 1 кГц, B1 = 1 Тл.
Величины P1, α, β и массу сердечника m указывают в справочнике.
Таблица 5. Удельные потери в некоторых ферритах
Марка | 1500НМ3 | 2000НМ1-А,Б | 2000НМ3 | 2000НМ-17 | 3000 | 6000НМ-1 | |||
f | — | 0,4..100 кГц | 0,1..1 МГц | — | 0,4..100 кГц | 0,1..1 МГц | 0,4..200 кГц | 20..50 кГц | 50..100 кГц |
P1, | 23,2 | 32±7 | 13±3 | 44,6 | 63±10 | 25±4 | 48±8 | 11±2 | 38±0,8 |
α | 1,2 | 1,2 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,4 | 1,2 | 1,35 | 1,6 |
β | 2,2 | 2,4 | 2,7 | 2,85 | 2,76 | 2,69 | 2,6 | ||
Потери в меди.
Омические потери в первичной обмотке при комнатной температуре и без учета скин-эффекта:
PM1 = I2 эфф ( ρ / Sm ) ( ( D — d ) + 2h ) ⋅ n1 (10)
Где:
Iэфф — эффективный ток,
D — внешний, d — внутренний диаметр кольца, h — его высота в метрах;
n1 — число витков; Sm — поперечное сечение провода, в мм2 ;
ρ = 0,018 Ом ⋅ мм2 / м — удельное сопротивление меди.
Суммарные потери во всех обмотках при повышенной температуре окружающей среды:
PM = ( PM1 + PM2 + .. )⋅ ( 1 + 0,004⋅ ( T — 25oC ) ) (11)
Общие потери в трансформаторе.
Потери в магнетике и меди:
PΣ = PH + PM (12)
Предполагаемая температура перегрева при естественной конвекции:
ΔT = PΣ / ( αm Sохл ) (13)
Где αm = (10.
.15) -4 Вт/(см2oС) , Sохл = π /2 ( D2 — d2 ) + π h ( D + d )
Пример 3:
Найдем потери в трансформаторе из Примеров 1 и 2. Для простоты считаем, что вторичная и первичная обмотка одинаковые.
Эффективный ток первичной обмотки Iэфф = 0,4 А.
Потери в меди первичной обмотки:
PM1 = 0,42 ⋅ ( 0,018 / 0,08 ) ⋅ ( 28 — 16 + 18 ) ⋅ 10 -3 ⋅ 87 ≈ 0,1 Вт.
Потери в меди обеих обмоток: PM = 0,2 Вт.
Согласно справочным данным для феррита 2000НМ P1 = 32 Вт / кг ; α = 1,2 ; β = 2,4 ; масса сердечника К28х16х9 равна 20 грамм.
Потери в феррите: PH = 32 ⋅ ( 30 / 1 ) ⋅ 1,2 ⋅ ( 0,25 / 1 ) ⋅ 2,4 ⋅ 20 ⋅ 10 -3= 1,36 Вт
Суммарные потери в трансформаторе: PΣ = 1,56 Вт.
Ориентировочный КПД = ( 40 — 1,56 ) / 40 ⋅ 100% ≈ 96%
6. Как учесть инерционные свойства трансформатора?
На Рис.2. показана T-схема замещения трансформатора.
В нее входят сопротивление источника ri , приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн или R = Pн / U2эфф , где n = U1 / U2 — коэффициент трансформации, Uэфф — эффективное напряжение первичной обмотки.
Инерционные свойства трансформатора определяют малые индуктивности рассеяния Ls, индуктивность намагничивания Lμ (почти равна индуктивности первичной обмотки L1), параллельная емкость обмотки Сp (т.н. динамическая емкость) и последовательная емкость между обмотками Сп.
Как оценить индуктивности и емкости?
L1 рассчитывают по формуле (5) или измеряют экспериментально.
Согласно [8] индуктивность рассеивания по порядку величины равна Ls ~ L1 / μ.
Емкость Ср составляет примерно 1 пФ на виток.
Трансформатор работает подобно полосовому фильтру. На малых частотах он представляет собой ФВЧ с частотой среза ωн = R / Lμ.
На высоких частотах элементы Ls и Cp образуют ФНЧ с частотой среза ωв ≈ ( Ls Cp )-1/2
Последовательная емкость Сп невелика и на работу практически не влияет.
В модели есть два характерных резонанса:
Низкочастотный (резонанс намагничивания) в параллельном контуре Lμ Ср.
Его частота fμ ≈ ( 1/ 2 π ) ⋅ (Lμ Cp )-1/2 , а добротность
Qμ ≈ ( ri || R ) ⋅ ( Lμ / Cp)-1/2 (14)
Высокочастотный (резонанс рассеивания) в контуре, образованном Ls и Cр.
Его частота fs ≈ ( 1/ 2 π ) ⋅ (Ls Cp )-1/2 , а добротность Qs ≈ ( Ls / Cp)1/2 / ri (15)
Как влияют резонансы обмотки?
Амплитудно-частотная характеристика трансформатора похожа на АЧХ полосового фильтра, но на ее верхнем краю резонанс fs дает характерный пик.
Реакция же на импульсы напряжения зависит от способа включения источника и величин сопротивлений схемы.
При малом внутреннем сопротивлении источника riпроявляется лишь резонанс fs в виде характерного «звона» на фронтах импульсов.
Если же источник подключается через ключ, то при его размыкании могут возникать интенсивные колебания с частотой fμ.
7. Экспериментальное измерение параметров импульсного трансформатора.
Для пробы было взято кольцо из феррита 3000НМ размера К10х6х2. Первичная обмотка составляла 21 виток; вторичная 14; коэффициент трансформации n = 1,5 ; сопротивление нагрузки равнялось 4,7 кОм; источником служил генератор прямоугольных импульсов на TTL микросхемах с уровнем 6В, частотой 1 МГц и внутренним сопротивлением ri ≈ 200 Ом.
Рассчитаем теоретические параметры:
Sc = 4 ⋅ 10 -6 м2 , la = 25,13 ⋅ 10 -3 м , ALтеор = 600 нГн / вит2 , L1теор = 0,6 ⋅ 212 = 265 мкГн, Ls теор ≈ 265/3000 = 0,09 мкГн , Сp теор ≈ 21+14 = 35 пФ.
Приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн = 2,25 ⋅ 4,7 ~ 10 кОм.
Результаты измерений индуктивностей прибором АКИП-6107:
L1 = 269 мкГн , L2 = 118 мкГн , закоротив вторичную обмотку получим 2Ls = 6,8 мкГн, что на два порядка выше ее теор оценки.
Динамическую емкость Cp можно оценить по формуле (15), подав на трансформатор прямоугольные импульсы и измерив при помощи осциллографа период колебаний «звона» на фронтах импульсов на выходе вторичной обмотки. Частота «звона» fs оказалась 18,5 МГц , что дает Ср ≈ 21 пФ и неплохо согласуется с теор оценкой.
Для сравнения с опытом эквивалентная схема с измеренными параметрами моделировалась в программе LT Spice.
Рис.4. Модель трансформатора. Vout — приведенное напряжение, фактическое будет в n раз меньше.Рис.5. Результаты эксперимента. Масштаб вертикальной шкалы 1 вольт на деление.Итак, модель, построенная на основе измеренных Lμ , Ls и Cp вполне согласуется с экспериментом.
Теоретическая оценка [8] емкости 1 пФ на виток для малых колец приемлема, но оценка индуктивности рассеяния на два порядка расходится с фактической.
Ее проще определять на опыте.
Приложение 1. Вывод формулы для числа витков.
При подаче напряжения U на обмотку в ней возникнет ЭДС индукции E:
U = -E = n Sc dB / dt
Для синусоидального напряжения с амплитудой Um:
Um = n Sc ω Bm
Откуда число витков: n = Um / ( Sc ω Bm )
Выразив круговую частоту через обычную, а площадь в см2 получим инженерную формулу:
n = 0,16 ⋅ 104 / ( f ⋅ Bm⋅ Sc )
Для прямоугольного напряжения величиной Um приращение индукции:
dB = dt Um / ( n Sc )
Интегрируя ее по времени от 0 до T/2 и учитывая, что за половину периода поле изменится от -Bm до +Bm получим: 2Bm = ( T / 2) Um / ( n Sc )
Выразив период через частоту, а площадь в см2 получим инженерную формулу:
n = 0,25 ⋅104 / ( f ⋅ Bm ⋅ Sc )
Она пригодна для обоих случаев.
Приложение 2. Вывод формулы для габаритной мощности трансформатора.
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея связь напряжения на катушке с изменением магнитной индукции в ней:
U dt = n Sc dB
За время от 0 до T/2 индукция изменится от -Bm до +Bm. Интегрируя в этих пределах получим среднее напряжение:
Uср = 4n ⋅ Sc ⋅ Bm ⋅ f
Где:
Но приборы измеряют не среднее, а действующее напряжение, которое эквивалентно постоянному по энергии. Связь среднего и действующего напряжения дает коэффициент формы кф = Uэфф / Uср . Для меандра он равен 1, для синуса 1,11.
Отсюда эффективное напряжение на катушке:
Uэфф = 4 ⋅ кф ⋅ n ⋅ Sc ⋅ Bm ⋅ f
Габаритную мощность оценим из следующих соображений. Частота f не велика, потери на вихревые токи и перемагничивания малы и мощность ограничена лишь перегревом обмотки. Его определяет максимальная плотность тока j , одинаковая для обоих обмоток.
Определим габаритную мощность как полусумму мощностей первичной и вторичной обмоток.
Pгаб = ( P1+P2 ) / 2 = ( Uэфф1⋅ I1 + Uэфф2 ⋅ I2 ) / 2 = j ( S1 n1 + S2 n2 ) 4 кф Sc Bm f / 2
Где S1 и S2 площади витка первичной и вторичной обмоток.
Это соотношение можно записать через площадь меди Sm:
Pгаб = 2⋅ кф ⋅ f ⋅ Sc ⋅ Sm ⋅ Bm ⋅ j
Площадь меди связывают с коэффициентом заполнения окна σ = Sm / Sо.
Сигма это некий эмпирический коэффициент, равен минимум 0,15 для однослойной обмотки и максимум 0,4 для многослойной (больше не поместится).
В итоге наша формула имеет вид:
Pгаб = 2 ⋅ кф ⋅ σ⋅ f ⋅ Sc⋅ Sо ⋅ Bm ⋅ j
Все величины здесь в СИ.
Допустим, что напряжение имеет форму меандра, кф = 1. Выбирая плотность тока j = 2,2 А / мм2 ; коэффициент заполнения σ = 0,15 ; выразив площади в см2 ; Bm в Тл ; частоту в Гц получим расчетную формулу:
Pгаб = Sc ⋅ So ⋅ f ⋅ Bm / 150
Как видно, эта формула выведена с большим запасом, реально можно получить с трансформатора и большую мощность.
Литература.
Косенко С. “Расчёт импульсного трансформатора двухтактного преобразователя” // Радио, №4, 2005, с. 35 — 37, 44.
Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991,— 176 с: ил.
С. В. Котенёв, А. Н. Евсеев. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — М.: Горячая линия-Телеком, 2013. — 359 с.: ил.
А. Петров «Индуктивности, дроссели, трансформаторы «// Радиолюбитель, №12, 1995, с.10-11.
Михайлова М.М., Филиппов В.В., Муслаков В.П. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1983. — 200 с., ил.
Расчетные геометрические параметры кольцевых сердечников.
Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М. : Солон-Р, 2001. — 327 с. : ил
Курс лекций «Импульсная техника» для студентов 4-го курса кафедры Радиофизики.
Глава 3.
Глава 3.Онлайн расчет ферритового трансформатора
Новая улучшенная программа расчета изделий на ферритовых сердечниках Ferrite Magnetic Design Tool 7. Новую версию можно использовать в онлайн режиме, либо скачать, она совместима с операционными системами Windows 7 и В дополнение к новому пользовательскому интерфейсу значительно улучшены графические опции, в которые включена возможность копирования. Программу расчета можно скачать на сайте tdk-electronics.
Поиск данных по Вашему запросу:
Онлайн расчет ферритового трансформатора
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:
- Программа расчета импульсного трансформатора
- Расчет импульсного трансформатора
- Намотка и расчет трансформатора.
- Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн
- Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками
- Программы калькуляторы и расчеты
ПодробноПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Расчет тороидального трансформатора калькулятор
Программа расчета импульсного трансформатора
Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения.
Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Следующая упрощенная методика позволяет рассчитать основные параметры импульсного трансформатора выполненного на кольцевом магнитопроводе.
Минимальное число витков первичной обмотки W1 определяется максимальным напряжением на обмотке U1 и допустимой индукцией сердечника Bмах:. Расчет эффективного значения тока первичной обмотке:. Плотность тока зависит от мощности трансформатора, рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать.
Для трансформаторов мощностью Для справки в таблице приведены данные плотности тока в зависимости от мощности трансформатора.
Исходя из всех выше перечисленных формул с учетом плотности тока зависящим от мощности трансформатора можно примерно рассчитать основные параметры импульсного трансформатора, для удобства рассчетов можно воспользоваться онлайн калькулятором.
При обнаружении ошибок в формулах, методике их применения и другие замечания просьба оставлять в комментариях. После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией. Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Ваш IP: Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя. Импульсные источники питания Радиотехнические калькуляторы Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов Марганец-цинковые ферриты.
Таблица данных обмоточных проводов. Он имеет небольшие размеры по сравнению с другими модулями и ULP технологию. Модуль специально сконструирован для создания мобильных устройств и интернета вещей IoT.
Преобразователь состоит из симметричного мультивибратора, что дает необходимую стабильность Один из наиболее Выходная мощность усилителя достигает В на 4-х омной нагрузке и 60 Вт при нагрузке 8 Ом.
Добавить комментарий Отменить ответ Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Войти с помощью:. Случайные статьи Простой аудио микшер на LM Микшер имеет два линейных входа и два микрофонных входа, коэффициент усиления зависит от сопротивлений RR При заданных на схеме элементах коэффициент усиления каждого канала микшера … Подробнее TDA — модуль усилителя интегральной микросхемы.
Он предназначен для использования в качестве звукового усилителя класса АВ в Hi-Fi звуковоспроизводящей аппаратуре. TDA имеет широкий диапазон выходного напряжения и выходного тока , что позволило TDA применять как на 4 Ом так и на 8 Ом-й нагрузке. Передатчик работает на одном канале диапазона 27 МГц ЧМ модуляция — девиация 3кГц , приемная часть радиостанции не рассматривается, вместо нее можно использовать схему любого миниатюрного приемника работающего в диапазоне 27 МГц с частотной модуляцией автор рекомендует использовать схему описанную в РК стр.
Передатчик построен по простой схеме. Задающий генератор на … Подробнее На рисунке показана схема простого фильтра для сабвуфера на одном транзисторе. Частотный диапазон фильтра от 40 до Гц, напряжение питания 12 В. В фильтре используется транзистор С или С В качестве датчика освещения используется фоторезистор LDR.
К схеме могут быть подключены любые лампы люминесцентные, накаливания…. Основа автоматического выключателя триггер Шмитта на таймере LDR и таймер используются совместно для автоматического переключения. Свет … Подробнее Новые статьи Усилитель для наушников Выходная мощность усилителя мВт на нагрузке … Подробнее На рисунке показана схема простого, но достаточно качественного усилителя класса А, с максимальной выходной мощностью 7 Вт на нагрузке 8 … Подробнее ESR — Equivalent Series Resistance — параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока.
В эквиваленте его можно … Подробнее Панель управления сайтом Регистрация Войти. Новые комментарии Vijay Prabhu к записи Темброблок 5.
Диаметр без изоляции, мм. Диаметр с изоляцией, мм.
Расчет импульсного трансформатора
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. В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:. Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали. Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты.
Рассматривается расчет двух ферритовых трансформаторов на разные мощности на Ш — образном ферритовом сердечнике.
Намотка и расчет трансформатора. Подробно
Скачать программу x-shoker. Как намотать импульсный трансформатор своими руками? БП на IR Расчет тороидального трансформатора A Craft. Видео посвящено вопросу расчета тороидального трансформатора. При расчете используется классическая методика определения количества.. Намотка и расчет трансформатора. Наши сайты vip-cxema.
Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн
Из всех современных программ для расчета импульсных трансформаторов нашла действительную популярность лишь одна, под названием ExcellentIT. Данная программа расчета импульсного трансформатора отличается не только простотой в освоении, но и своей функциональностью. Рабочее окно разделено на три зоны, в каждой из которых содержится соответственная информация. В самом первом участке слева необходимо внести начальные данные, которые понадобятся для расчета. Программа постоянно выдает подсказки в виде всплывающих окон, что очень удобно при начале работы и ознакомлении с данным софтом.
Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.
Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками
Одним из часто применяемых устройств в областях энергетики, электроники и радиотехники является трансформатор. Часто от его параметров зависит надёжность работы приборы в целом. Случается так, что при выходе трансформатора из строя или при самостоятельном изготовлении радиоприборов не получается найти устройство с нужными параметрами серийного производства. Поэтому приходится выполнять расчёт трансформатора и его изготовление самостоятельно. Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки.
Программы калькуляторы и расчеты
Данный онлайн расчет трансформатора выполнен по типовым расчетам электрооборудования.
В типовых расчётах все начинается с определения необходимой мощности вторичной обмотки, а уж потом с поправкой на КПД — коэффициент полезного действия, находим мощность всего трансформатора, и на основании этого рассчитываем необходимое сечение и тип сердечника и так далее. Изначально так и было в моём расчете. Пока не появились предложения от посетителей сайта внести изменения в расчет. По имеющимся размерам трансформаторного железа рассчитываем полную мощность трансформатора, а уж потом видим, какой ток и напряжение можно снять с этого железа. Далее все как по типовому расчёту, выбираем тип: броневой или стержневой, указываем напряжение первичной обмотки, вторичной, частоту переменного тока и так далее.
Онлайн калькулятор расчета трансформатора мощностью от 5 до Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет.
Импульсный преобразователь напряжения позволяет в современных реалиях обеспечивать человека многими автоматизированными бытовыми и производственными нуждами, питая их в составе стабильного высокопроизводительного ИИП.
Расчет и проектирование импульсного трансформатора, создание новинок — важное направление электроники, как науки и отрасли. Импульсные источники питания ИИП используются практически во всех сферах современной жизни человека.
Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Ток протекать будет 3А, что составит Вт. Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её. Выбираем схему преобразования — полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания.
Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор.
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Часть 2 Производство и разработка электроники Часть 1 Пролог И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно.
Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор.
Чтобы намотать импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике на любую мощность, необходимо провести предварительный, прикидочный расчет. И так далее Витки всех обмоток не влезут в его окно. Чтобы получить мощность ватт, нужно брать больше размер кольца.
Расчёт импульсного трансформатора онлайн
Все права защищены. Для более чем заказчиков по всему миру мы делаем свыше онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день! Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element. Подписаться на новости Введите свой email адрес:. Расчёт для TL Подробнее
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:
- Намотка и расчет трансформатора. Подробно
- Программа расчета импульсного трансформатора
- Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя
- Расчет трансформатора, онлайн калькулятор
- Импульсный трансформатор — виды, принцип работы, формулы для расчета
- Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками
- Расчет трансформатора: формулы, применение онлайн-калькуляторов
- Программа для расчета импульсного трансформатора 2.6
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Импульсный блок питания для чайников — часть 1
youtube.com/embed/cgWc0T13IMI» frameborder=»0″ allowfullscreen=»»/>Намотка и расчет трансформатора. Подробно
Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы. Кликните, чтобы добавить в избранные сервисы. Расчет трансформатора, онлайн калькулятор позволит вам рассчитать параметры трансформатора, такие как мощность, ток, количество витков и диаметр провода в обоих обмотках, по его размерам, входному и выходному напряжению.
Входное напряжение: В Габаритный размер a: см Габаритный размер b: см Габаритный размер c: см Габаритный размер h: см Выходное напряжение: В Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, состоящее из двух или более индуктивно-связанных обмоток, намотанных на общий ферромагнитный сердечник, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока посредством электромагнитной индукции.
Мы в соцсетях Присоединяйтесь! Нашли ошибку? Есть предложения? Сообщите нам. Этот калькулятор можно вставить на сайт, в блог. Создадим калькулятор для вас. Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт Код для вставки:. Cообщение: Что-то не нашли?
Сообщите нам Что-то не нашли? Входное напряжение:. Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, состоящее из двух или более индуктивно-связанных обмоток, намотанных на общий ферромагнитный сердечник, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока посредством электромагнитной индукции. Расчет электрических цепей. Расчет различных параметров электрических цепей постоянного и переменного тока.
Калькулятор расчета тока в однофазных и трехфазных сетях. Расчет тока в цепях однофазного или трехфазного тока. Калькулятор расчета делителя напряжения. Расчет выходного напряжение электрической цепи с резистивным или ёмкостным делителем напряжения.
Реактивное сопротивление катушки индуктивности, онлайн расчет. Расчет реактивного сопротивления катушки индуктивности в цепи переменного тока. Ток нагрузки, онлайн расчет. Расчет тока нагрузки для однофазных и трехфазных цепей переменного тока. Сколько заряжать аккумулятор, онлайн расчет.
Рассчитать сколько времени нужно для зарядки аккумулятор. Этот калькулятор можно вставить на сайт, в блог Создадим калькулятор для вас. Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт.
Код для вставки: Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Если нужен ответ.
Программа расчета импульсного трансформатора
Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина! Намотка и расчет трансформатора.
Программа для расчета активных фильтров, использующихся при для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных push-pull, мостовых и онлайн-среда, созданная с целью быстрого проектирования импульсных.
Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя
Трансформатор представляет собой тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую, пропорциональную потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силовой аппаратуры может содержать обычно одну первичную обмотку, и одну или несколько вторичных. Оглавление: Порядок расчета трансформаторов Этапы определения параметров Преимущества использования программ Основные формулы и порядок их применения Расчет импульсного трансформатора. Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора порой отнимает много времени и не каждому под силу выполнить его качественно. А ведь от правильности процесса зависит многое. Стабильность работы готового устройства, КПД, потребляемая мощность. Кроме этого при неправильном расчете с намоточным устройством могут происходить самые разнообразные непонятные вещи:. В более серьезных ситуациях он и вовсе может возгореться, доставив дополнительные неприятности.
Расчет трансформатора, онлайн калькулятор
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Часть 2 Производство и разработка электроники Часть 1 Пролог И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно.
Из всех современных программ для расчета импульсных трансформаторов нашла действительную популярность лишь одна, под названием ExcellentIT.
Импульсный трансформатор — виды, принцип работы, формулы для расчета
Онлайн расчет силового импульсного трансформатора. Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь. Вашему вниманию подборки материалов:. К онструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств.
Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками
Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер.
В гостях у Самоделкина! Намотка и расчет трансформатора. Доставка новых самоделок на почту Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
Расчеты и намотка импульсного трансформатора относительно сложный процесс, с которым многие предпочитают не связываться.
Расчет трансформатора: формулы, применение онлайн-калькуляторов
Программа предназначена для расчетов параметров импульсных трансформаторов на на броневых, тороидальных, Ш-образных и других сердечниках. Версия программы — 4. В программе предусмотрено множество различных параметров которые можно задать для расчетов, в то же время интерфейс не перенасыщен и разобраться в нем не составит особого труда. Скачать Кб.
Программа для расчета импульсного трансформатора 2.6
Обнаружен блокировщик рекламы. Сайт Паяльник существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Как это сделать? Главная Программы. Призовой фонд на октябрь г.
Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины.
Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы.
В методике расчета, описанной в [1], для определения минимального числа витков первичной обмотки W 1 и габаритной Р габ максимально допустимой мощности трансформатора двухтактного преобразователя использованы формулы:. Эти формулы позволяют выполнить приближенный расчет трансформатора. Но формальное следование приведенному в [1] примеру расчета и игнорирование возникающих погрешностей может дать ошибочный результат, следствием которого может быть выход из строя трансформатора и коммутирующих транзисторов.
Рассмотрим, например, кольцевой магнитопровод К40х25х11 из феррита НМ1.
Расчет импульсного трансформатора
В электронике и электротехнике широко используются различные типы трансформаторов. Это дает возможность применения электронных систем во многих областях производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому наряду с основными расчетами, большое значение приобретает расчет импульсного трансформатора. Данные устройства являются важными элементами, которые используются во всех схемах современных блоков питания.
Содержание
Назначение и действие импульсного трансформатора
Импульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов.
Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы.
Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют.
При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации.
Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля.
Расчет исходных данных и выбор элементов устройства
В первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией.
Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н).
Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH.
Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными скачками напряжения в сети. Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты:
- Амплитудное значение составляет: 242 В х 1,41 = 341,22 В.
- Далее 341,22 – 0,8 х 2 = 340 В за вычетом падения напряжения на выпрямителе.
Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц:
1.
Марганец-цинковые ферриты.Параметры | Марка феррита | |||||
6000НМ | 4000НМ | 3000НМ | 2000НМ | 1500НМ | 1000НМ | |
Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц | 0,005 | 0,1 | 0,2 | 0,45 | 0,6 | 1,0 |
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл | 0,35 | 0,36 | 0,38 | 0,39 | 0,35 | 0,35 |
2.
Никель-цинковые ферриты.Параметры | Марка феррита | |||||
200НН | 1000НН | 600НН | 400НН | 200НН | 100НН | |
Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц | 0,02 | 0,4 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 30 |
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл | 0,25 | 0,32 | 0,31 | 0,23 | 0,17 | 0,44 |
Намотка импульсных трансформаторов
При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств.
В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях – его выход из строя.
В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков. Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными. Разница между данными калькулятора и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.
| Содержание: В электронике и электротехнике широко используются различные типы трансформаторов. Назначение и действие импульсного трансформатораИмпульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов. Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы. Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации. Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля. Расчет исходных данных и выбор элементов устройстваВ первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией. Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH. Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными . Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты:
Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц: 1. Марганец-цинковые ферриты.
2. Никель-цинковые ферриты.
Намотка импульсных трансформаторовПри намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях — его выход из строя. В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D — 10 S — 4 d ) / d , в которой W -является количеством витков в первичной обмотке, n — постоянная величина, равная 3,1416, D — внутренний диаметр кольца магнитопровода, S — толщина изоляционной прокладки, d — диаметр изолированного провода. Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов. | ||||||
Расчет трансформаторов импульсных источников питания
— габаритная мощность трансформатора, Вт, вычисляемая как:
Это дает возможность применения электронных систем во многих областях производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому наряду с основными расчетами, большое значение приобретает расчет импульсного трансформатора. Данные устройства являются важными элементами, которые используются во всех схемах современных блоков питания.
В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют.
Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н).
Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков. Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными. Разница между и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.
У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.
В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.
Важной особенностью Lite-CalcIT является возможность выбора схемы выпрямления и наличие различных вариантов ШИМ-контроллеров: TL494, SG3525, IR2153 и подобных им. Также предлагается два способа охлаждения трансформатора: принудительное и естественное. Форма сердечника может быть E, ER, EI, ETD или R типа, кроме этого база магнитопроводов является пополняемой. Данные на изделия других образцов необходимо вносить самостоятельно согласно документации производителя. При добавлении нового сердечника в поле комбинированного списка программа автоматически дописывает к его названию префикс формы и название материала. Lite-CalcIT предлагает рассчитать до четырех вторичных обмоток одного трансформатора, причем для каждой вторичной обмотки в соответствии с рисунками указывается своя схема выпрямления. При выводе результатов работы данный софт приводит не только диаметры проводов, но и во сколько жил должна производиться намотка этими проводами. При наличии двухполярного питания со средней точкой число витков для каждого плеча будет указано через значок «+».
Помимо ExcellentIT и Lite-CalcIT он написал еще несколько других программ для определения моточных компонентов различных устройств: Booster (заточенный на расчет понижающих и повышающих импульсных стабилизаторов), Forward (трансформаторы прямоходовых однотактных преобразователей) и Flyback (дроссель-трансформаторы обратноходовых преобразователей). Автор следит за пожеланиями пользователей и постоянно дорабатывает вышеприведенное ПО. Его программы получили известность не только в странах бывшего СССР, но и за рубежом.
На некоторых полях ввода программы и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.
Расчет первичной обмотки импульсного трансформатора. Расчет и моделирование высокочастотного трансформатора в составе однотактного обратноходового преобразователя. Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора
Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.
На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
D – внешний диаметр кольца.
d – внутренний диаметр кольца.
H – высота кольца.
В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КD xd xH .
Пример: К28х16х9
Вернуться наверх к меню.
Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
Напряжение питания.
Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!
Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:
242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).
Индукция.
Определяем примерную величину индукции по таблице.
Пример: М2000НМ – 0,39Тл.
Частота.
Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.
Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.
Марганец-цинковые ферриты.
Параметр | Марка феррита | |||||
Никель-цинкове ферриты.
Параметр | Марка феррита | |||||
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц | ||||||
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл |
Вернуться наверх к меню.
Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».
Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.
Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.
Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.
импульсных источников питания на ферритовых кольцах http://www. ferrite. /user_files/File/…literature8.zip схема к статье:
Расчёт дросселя (статья) http://valvolodin. na…ms/drossel. html
Рассчет дросселей на резисторах МЛТ (прога) — http://rf.
*****/s3/r-dros. html
Программа для расчёта высокочастотных трансформаторов и дросселей — http://www. /…gramm/5/3.shtml
Программа для расчёта импульсного трансформатора — http://www. /…gramm/5/2.shtml
Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры — http://dmitriks. naro…ooks/dptra. djvu
Рассчёт дросселей и катушек книга — http://depositfiles….files/mcckejoig
Трансформаторы и дроссели 1.1 на archive. ***** —
Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств — http://dmitriks. naro…oks/opsvfu. djvu
«Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре» — http://dmitriks. naro…books1/iip. djvu
на 494 http://focus. /…1d/slva001d. pdf
ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ — http://members. kern….ouz/chokes. html
http://www. /ser2800.cfm
Выбор и расчет конструкции анодного дросселя — http://qrx. *****/hams/r_and. htm
Расчет индуктивности дросселя с магнитным зазором — http://www.
gerelo. dp…ras_indukt. html
Расчёт трансформатора и дросселя — http://enginee-ru. uc…oad/
http://enginee-ru. uc…/load/
автоматическиq on-line калькулятор
http://schmidt-walte…smps_e. html#Abw
.
Расчет маломощных силовых трансформаторов и дросселей фильтров
http://*****/book/krizeSN. zip
характеристики и прога рассчета индуктивностей на металопорошковых
сердечниках Micrometals — http://www. /
Материаллы — http://www. ferrite. /
Прога по катушкам — http://*****/nuke/modules/Downloads/pub…/l_%20meter. zip
Кольцевые сердечники: ферритовые кольца Amidon — http://www. *****/…rrite_Cores. htm
Библиотека знаний: http://www. /library. asp
Расчетные программы: http://www. mag-inc. c…re/software. asp
Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания — http://www. *****/~slash/st8.html
Ещё материаллы и расчёт — http://*****sgates….ocore. php? pg=12
имп сердечники и их расчёт — http://www.
/default. asp
===================================================================================
НАСЫЩЕНИЕ СЕРДЕЧНИКА
Если через катушку с сердечником протекает большой ток, то магнитный материал сердечника может войти в насыщение. При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности. Уменьшившаяся индуктивность вызывает дальнейший ускоренный рост тока через КИ, и т. д. В большинстве ИИП насыщение сердечника крайне нежелательно и может приводить к следующим негативным явлениям:
увеличенный уровень потерь в материале сердечника и увеличенный уровень омических потерь в проводе обмотки приводят к неоправданно низкому КПД ИИП;
дополнительные потери вызывают перегрев КИ, а также расположенных поблизости радиодеталей
сильные магнитные поля в сердечнике в сочетании с его уменьшившейся магнитной проницаемостью являются многократно усиленным по сравнению с нормальным режимом работы источником помех и наводок на малосигнальные цепи ИИП и другие приборы;
ускоренно нарастающий ток через КИ вызывает ударные токовые перегрузки ключей ИИП, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя;
ненормально большие импульсные токи КИ влекут за собой перегрев электролитических конденсаторов фильтров питания, а также увеличенный уровень помех излучаемых проводами и дорожками печатной платы ИИП.
Список можно продолжить, но и так уже ясно, что следует избегать работы сердечника в режиме насыщения. Ферриты входят в насыщение, если величина плотности потока магнитной индукции превышает 300 [мТ] (миллитесла), причем эта величина не так уж сильно зависит от марки феррита. То есть 300 [мТ] является как бы врожденным свойством именно ферритов, другие магнитные материалы имеют другие величины порога насыщения. Например, трансформаторное железо и порошковое железо насыщаются при примерно 1 [Т], то есть могут работать в гораздо более сильных полях. Более точные значения порога насыщения для разных ферритов указаны в таблице 5.
Величина плотности потока магнитной индукции в сердечнике рассчитывается по следующей формуле:
(8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [мТ]
где µ0 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума , 1.257*10-3 [мкГн/мм]
µe — относительная магнитная проницаемость сердечника (не путать с проницаемостью материала сердечника!)
I — ток через обмотку, [А]
N — количество витков в обмотке
le — длина средней магнитной линии сердечника, [мм]
Несложное преобразование формулы (8) поможет найти ответ на практический вопрос — какой максимальный ток может проходить через дроссель до того, как сердечник войдет в насыщение:
(9) Iмакс = 0.
001 * Bмакс * le / (µ0 * µe * N) [A]
где Bмакс — табличное значение для используемого материала сердечника, вместо которого можно использовать значение 300 [мТ] для любых силовых ферритов
Для сердечников с зазором удобно подставить сюда выражение (4), после сокращений получаем:
(10) Iмакс = 0.001 * Bмакс * g / (µ0 * N) [A]
Результат получается на первый взгляд довольно парадоксальный: величина максимального тока через КИ с зазором определяется отношением размера зазора к количеству витков обмотки, и не зависит от размеров и типа сердечника. Однако этот кажущийся парадокс просто объясняется. Ферритовый сердечник настолько хорошо проводит магнитное поле, что все падение напряженности магнитного поля приходится на зазор. При этом величина потока магнитной индукции, одинаковая и для зазора и для сердечника, зависит лишь от толщины зазора, тока через обмотку и количества витков в обмотке, и не должна превышать 300 [мТ] для обычных силовых ферритов.
Для ответа на вопрос, какой величины суммарный зазор g надо ввести в сердечник, чтобы он выдержал без насыщения заданный ток, преобразуем выражение (10) к следующему виду:
(11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bмакс [мм]
Чтобы нагляднее показать влияние зазора, приведем следующий пример.
Возьмем сердечник E30/15/7 без зазора, феррит 3C85, магнитная проницаемость µe = 1700. Рассчитаем количество витков, необходимое для получения индуктивности 500 [мкГн]. Сердечник, согласно таблице, имеет AL = 1.9 [мкГн], воспользовавшись формулой (7) получаем чуть более 16 витков. Зная эффективную длину сердечника le = 67 [мм], по формуле (9) вычислим максимальный рабочий ток, Iмакс = 0.58 [А].
Теперь введем в сердечник прокладку толщиной 1 [мм], зазор составит g = 2 [мм]. Эффективная магнитная проницаемость уменьшится, после несложных расчетов по формулам (5) и (7) находим, что для получения индуктивности 500 [мкГн] надо намотать 125 витков. По формуле (10) определяем максимальный ток КИ, он увеличился до 3.8 [А], то есть более чем в 5 раз!
Отсюда следует и практическая рекомендация для читателей, самостоятельно конструирующих дроссели. Чтобы получить катушку индуктивности, работающую при максимально возможном токе, заполняйте сердечник проводом полностью, а затем вводите в сердечник максимально возможный зазор.
Если при проверочном расчете окажется, что дроссель имеет чрезмерный запас по току, то выбирайте меньший размер сердечника, или, по крайней мере, уменьшайте количество витков в обмотке, чтобы снизить потери в меди, и одновременно уменьшайте зазор в сердечнике. Важно подчеркнуть, что эта рекомендация не относится к трансформаторам, в которых ток через первичную обмотку состоит из двух составляющих: тока, передаваемого во вторичную обмотку, и небольшого тока, намагничивающего сердечник (ток магнетизации).
Как видим, зазор в сердечнике дросселя играет исключительно важную роль. Однако не все сердечники позволяют вводить прокладки. Кольцевые сердечники выполнены неразъемными, и, вместо того чтобы «регулировать» эквивалентную магнитную проницаемость при помощи зазора, приходится выбирать кольцо с определенной магнитной проницаемостью феррита. Этим и объясняется факт большого разнообразия типов магнитных материалов, применяемых промышленностью для изготовления колец, тогда как разъемные сердечники для ИИП, куда легко ввести зазор, почти всегда выполнены из ферритов с высокой магнитной проницаемостью.
Наиболее употребительными для ИИП оказываются два типа колец: с низкой проницаемостью (в пределах 50…200) — для дросселей, и с высокой проницаемостью (1000 и более) — для трансформаторов.
Порошковое железо оказывается наиболее предпочтительным материалом для кольцевых неразъемных сердечников дросселей, работающих при больших токах подмагничивания. Проницаемость порошкового железа обычно находится в пределах 40…125, чаще всего встречаются кольца, выполненные из материалов с проницаемостью 50…80. В таблице 6 приведены справочные данные кольцевых сердечников из порошкового железа фирмы Филипс.
Проверить, входит ли сердечник в насыщение при работе ИИП, несложно, достаточно при помощи осциллографа проконтролировать форму тока, протекающего через КИ. Датчиком тока может служить низкоомный резистор или трансформатор тока. КИ работающая в нормальном режиме будет иметь геометрически правильную треугольную или пилообразную форму тока. В случае же насыщения сердечника форма тока будет искривлена.
2*S/Lср,
где m — магнитная проницаемость феррита,
m0 — магнитная постоянная,
N — число витков,
S — площадь поперечного сечения феррита,
Lср — длина средней линии ферритового кольца.
Активное сопротивление обмотки (без учета скин-эффекта):
R=p*Lп/S,
где p — удельное сопротивление меди (0.017Ом*м),
Lп — длина провода обмотки,
Sп — площадь сечения провода.
Расчет дросселя я провожу в следующем порядке:
1) Выявляем параметры ферритового кольца: магнитную проницаемость m, длину средней линии Lср, площадь сечения S, индукцию насыщения Bm. Последний параметр можно узнать в справочнике по известной марке феррита, либо на сайте производителя феррита.
2) Задаемся необходимой индуктивностью дросселя L.
3) Зная параметры L, m, Lср, S, вычисляем необходимое количество витков N.
4) Определяем максимальное токопотребление нагрузки I и берем с 10-15% запасом.
5) Зная параметры m, Lср, S, I, N рассчитываем индукцию B внутри феррита. Если она оказывается больше, чем 0.
8Bm, значит кольцо для поставленной задачи не подходит, необходимо выбрать кольцо либо бОльшего сечения, либо с бОльшей индукцией насыщения.
6) Если индукция не превышает 0.8Bm, определяем удовлетворяет ли нас дроссель по рассеиваемой мощности. Для этого задаемся максимальной мощностью, рассеиваемой на дросселе (Pm=0.5-2Вт в зависимости от размеров кольца).
7) По заданной мощности Pm и токопотреблении I, определяем активное сопротивление провода обмотки R.
8) Подбираем провод, которым собираемся наматывать (0.8-1мм для намотки в один провод, 0.5-0.6мм для намотки в несколько проводов).
9) Зная сечение провода(ов) Sпр и их активное сопротивление R, вычисляем максимальную длину провода(ов) Lпр.
10) Наматываем один виток провода на кольцо и определяем его длину Lв. Добавляем 1-2мм на угловое смещение провода при намотке.
11) По найденной максимальной длине провода Lпр и длине одного витка Lв вычисляем допустимое количество витков Nдоп.
12) Если Nдоп оказываеся меньше ранее посчитанного числа витков N, необходимо использовать провод с бОльшим сечением, либо наматывать в несколько проводов.
13) Если Nдоп>=N, оцениваем возможность намотки посчитанного числа витков. Для этого измеряем внутренний диаметр кольца d и смотрим выполняется ли неравенство:
pi*(d-Sпр)>=N*dпр,
где Sпр — площаль сечения предполагаемого к намотке провода,
dпр — диаметр предполагаемого к намотке провода.
14) Если неравенство не выполняется, значит необходимо наматывать в 2 или более слоя. Для маленьких колец с внутренним диаметром до 8мм я лично мотать в несколько слоев не советую. В этом случае лучше взять кольцо бОльших размеров, либо с бОльшей магнитной проницаемостью.
С сайта — _http://www. /comment/112509
Советы по проектированию понижающих преобразователей — http://peljou…/enews/2007/8/7
Прога для расчёта трансформаторов и дросселей 6мВ — http://brwbr. /…e=s2-Droselprog
Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению
лежит на сайте — http://www. electrotechnika. info/index.
php?…down&id=177
Ещё статья — http://www. ferrite. /site/page-Trancf…tori_i_drocceli
Проектирование импульсных источников питания (ИИП). — http://megaohm. narod…S/smps_rus. html
Импульсные источники питания, все чаще встречающиеся в радиолюбительской практике благодаря высокому коэффициенту полезного действия, малым габаритам и весу, обычно требуют расчета одного или нескольких (по числу каскадов) трансформаторов. Это продиктовано тем, что приводимые в литературе значения числа витков, их диаметра, зачастую не совпадают с желаемыми выходными данными собираемого или проектируемого источника питания, либо имеющиеся в наличии у радиолюбителя ферритовые кольца или транзисторы не соответствуют приводимым в схеме.
В литературе приводилась упрощенная методика расчета трансформаторов импульсных источников питания. Общий порядок расчета трансформатора импульсного источника питания следующий:
1. Рассчитать (в Вт) используемую мощность трансформатора
Рисп. =1,ЗРн, где Рн — мощность, потребляемая нагрузкой.
2. Выбрать тороидальный ферритовый магнитопровод, удовлетворяющий условию Ргаб>Рисп., где Ргаб. — габаритная мощность трансформатора, Вт, вычисляемая как:
Где D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d— внутренний диаметр; h — высота кольца; f — частота работы преобразователя, Гц; Вmах — максимальное значение индукции (в Тесла), которое зависит от марки феррита и определяется по справочнику.
3. Задавшись напряжением на первичной обмотке трансформатора
U1 определяют с округлением в большую сторону
число ее витков:
Для полумостового преобразователя U1=Uпит/2-UКЭнас, где Uпит — напряжение питания преобразователя, UКЭнас — напряжение насыщения коллектор — эмиттер транзисторов VT1, VT2.
4. Определяют максимальный ток первичной обмотки (в А):
Где η — КПД трансформатора (обычно 0,8).
5. Определяют диаметр провода первичной обмотки (в мм):
6. Находят число витков и диаметр провода выходной (вторичной) обмотки:
М. А. Шустов; «Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения»; «Альтекс-А», 2002г.
И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор . Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП ).
После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.
Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге
Великая битва или какой материал выбрать?Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника» . Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.
Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?
Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким , то есть легко намагничиваться и размагничиваться:
Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл
2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность.
Насыщение
Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.
В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.
3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко
4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности. Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.
Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко ) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше…
Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 о С и это у самый простых и дешевых марок.
Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах
И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения . Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.
Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.
Несколько слов об альсифере и чем он отличается
1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 о С — подходит? Еще лучше чем феррит!
2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.
3) индукция насыщения до 1,2 Тл! , в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.
Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.
Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.
Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».
Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу
Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста , а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.
Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.
Если в кратце — зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост» , там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.
Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:
А)
Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)
Б)
Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа
Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все!
Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.
Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51 . Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1 .
Привожу пример расчета на 2 кВт:
Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий
1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию:
а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов
б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше , то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц
в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут
г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм 2 . Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм 2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм 2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.
2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект
Скин-эффект
Скин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»
3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.
4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.
5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки.
Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.
Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0 . Расчет для нашего трансформатора приведу:
Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя
В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.
Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.
Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!Стадия 1:
Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки
Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.
Стадия 2:
Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку
Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.
Стадия 3:
Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас
Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!
Стадия 4:
Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки
Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.
Стадия 5:
Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена
Стадия 6:
Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке
Киперная лента
Киперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей.
Спасибо википедии.
Стадия 7:
Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора
Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.
Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.
Стадия 1:
Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой
Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!
Стадия 2:
Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем
В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.
ИИП
Добавить метки
И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор . Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП ).
После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.
Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге
Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника» . Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.
Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?
Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким , то есть легко намагничиваться и размагничиваться
Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл
2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность
Насыщение
Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.
В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.
3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко
4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности.
Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.
Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко ) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше…
Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 о С и это у самый простых и дешевых марок.
Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах
И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения . Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.
Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.
Несколько слов об альсифере и чем он отличается
1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 о С — подходит? Еще лучше чем феррит!
2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.
3) индукция насыщения до 1,2 Тл! , в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.
Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.
Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.
Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».
Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу
Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста , а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.
Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.
Если в кратце — зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост» , там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.
Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:
а)
Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)
б)
Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа
Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все!
Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.
Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51 . Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1 .
Привожу пример расчета на 2 кВт:
Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий
1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию:
а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов
б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше , то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц
в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут
г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм 2 . Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм 2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм 2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.
2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0. 6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект
Скин-эффект
Скин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»
3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.
4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.
5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки.
Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.
Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0 . Расчет для нашего трансформатора приведу:
Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя
В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.
Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.
Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!
Стадия 1:
Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки
Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.
Стадия 2:
Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку
Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.
Стадия 3:
Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас
Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!
Стадия 4:
Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки
Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.
Стадия 5:
Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена
Стадия 6:
Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке
Киперная лента
Киперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей.
Спасибо википедии.
Стадия 7:
Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора
Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.
Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.
Стадия 1:
Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой
Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!
Стадия 2:
Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем
В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.
Стадия 3:
Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком
Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается. Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах. И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее.
Продолжение следует…
Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения. Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности.
В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность.
Следующая упрощенная методика позволяет рассчитать основные параметры импульсного трансформатора выполненного на кольцевом магнитопроводе.
- Расчет габаритной мощности трансформатора
где Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2; Sw — площадь окна сердечника, см2; f — f — частота колебаний, Гц; Bмах — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых и никель-цинковых ферритов на частотах до 100 кГц.
Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов
Марганец-цинковые ферриты.
| Параметр | Марка феррита | |||||
| 6000НМ | 4000НМ | 3000НМ | 2000НМ | 1500НМ | 1000НМ | |
| 0,005 | 0,1 | 0,2 | 0,45 | 0,6 | 1,0 | |
| 0,35 | 0,36 | 0,38 | 0,39 | 0,35 | 0,35 | |
Никель-цинкове ферриты.
| Параметр | Марка феррита | |||||
| 200НН | 1000НН | 600НН | 400НН | 200НН | 100НН | |
| Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц | 0,02 | 0,4 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 30 |
| Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл | 0,25 | 0,32 | 0,31 | 0,23 | 0,17 | 0,44 |
Для расчета площади поперечного сечения магнитопровода и площади окна сердечника магнитопровода используются следующие формулы:
Sc = (D — d) ⋅ h / 2 Sw=(d / 2)2 πгде D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d — внутренний диаметр; h — высота кольца;
2. Расчет максимальной мощности трансформатора
Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:
Pмах = 0,8 Pгаб
3. Расчет минимального числа витков первичной обмотки W1
Минимальное число витков первичной обмотки W1 определяется максимальным напряжением на обмотке U1 и допустимой индукцией сердечника Bмах:
4. Расчет эффективного значения тока первичной обмотке:
Эффективное значение тока первичной обмотки рассчитывается по формуле:
I1 = Pмах / UэффПри этом следует учитывать, что Uэфф = U1 / 1,41 = 0,707U1, так как Uэфф это действующее значение напряжения, а U1 максимальное значение напряжения.
5. Расчет диаметра провода в первичной обмотке:
где I1 — эффективное значение тока в первичной обмотке, A ; j — плотность тока, А/мм2;
Плотность тока зависит от мощности трансформатора, рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4..5 кВА плотность тока не превышает 1..2 А/мм².
Для справки в таблице приведены данные плотности тока в зависимости от мощности трансформатора
| Pн, Вт | 1 .. 7 | 8 .. 15 | 16 .. 40 | 41 .. 100 | 101 .. 200 |
| j, А/мм 2 | 7 .. 12 | 6 .. 8 | 5 .. 6 | 4 .. 5 | 4 .. 4,5 |
6. Эффективное значение тока вторичной обмотки (I2), кол-во витков во вторичной обмотке (W2) и диаметр провода во вторичной обмотке (d2) рассчитывается по следующим формулам:
I2 = Pмах / U2эффгде Uвых — выходное напряжение вторичной обмотки, Рмах — максимальная выходная мощность трансформатора, так же следует учитывать, что значение Pмах можно заменить на мощность нагрузки при условии, что мощность нагрузки будет меньше максимальной выходной мощности трансформатора.
W2 = (U2эфф*W1) / Uэфф
Исходя из всех выше перечисленных формул (с учетом плотности тока зависящим от мощности трансформатора) можно примерно рассчитать основные параметры импульсного трансформатора, для удобства рассчетов можно воспользоваться онлайн калькулятором.
Данная статья является упрощенной методикой расчета импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя, все формулы и онлайн-калькулятор позволяют рассчитать примерные намоточные данные импульсного трансформатора , так как трансформатор имеет много взаимозависимых параметров.
При обнаружении ошибок в формулах, методике их применения и другие замечания просьба оставлять в комментариях.
После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией.
Таблица данных обмоточных проводов.
Диаметр без изоляции, мм | Сечение меди, мм² | Диаметр с изоляцией, мм |
| 0,03 | 0,0007 | 0,045 |
| 0,04 | 0,0013 | 0,055 |
| 0,05 | 0,002 | 0,065 |
| 0,06 | 0,0028 | 0,075 |
| 0,07 | 0,0039 | 0,085 |
| 0,08 | 0,005 | 0,095 |
| 0,09 | 0,0064 | 0,105 |
| 0,1 | 0,0079 | 0,12 |
| 0,11 | 0,0095 | 0,13 |
| 0,12 | 0,0113 | 0,14 |
| 0,13 | 0,0133 | 0,15 |
| 0,14 | 0,0154 | 0,16 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,17 |
| 0,16 | 0,0201 | 0,18 |
| 0,17 | 0,0227 | 0,19 |
| 0,18 | 0,0255 | 0,2 |
| 0,19 | 0,0284 | 0,21 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,225 |
| 0,21 | 0,0346 | 0,235 |
| 0,23 | 0,0416 | 0,255 |
| 0,25 | 0,0491 | 0,275 |
| 0,27 | 0,0573 | 0,31 |
| 0,29 | 0,0661 | 0,33 |
| 0,31 | 0,0755 | 0,35 |
| 0,33 | 0,0855 | 0,37 |
| 0,35 | 0,0962 | 0,39 |
| 0,38 | 0,1134 | 0,42 |
| 0,41 | 0,132 | 0,45 |
| 0,44 | 0,1521 | 0,49 |
| 0,47 | 0,1735 | 0,52 |
| 0,49 | 0,1885 | 0,54 |
| 0,51 | 0,2043 | 0,56 |
| 0,53 | 0,2206 | 0,58 |
| 0,55 | 0,2376 | 0,6 |
| 0,57 | 0,2552 | 0,62 |
| 0,59 | 0,2734 | 0,64 |
| 0,62 | 0,3019 | 0,67 |
| 0,64 | 0,3217 | 0,69 |
| 0,67 | 0,3526 | 0,72 |
| 0,69 | 0,3739 | 0,74 |
| 0,72 | 0,4072 | 0,78 |
| 0,74 | 0,4301 | 0,8 |
| 0,77 | 0,4657 | 0,83 |
| 0,8 | 0,5027 | 0,86 |
| 0,83 | 0,5411 | 0,89 |
| 0. 86 | 0,5809 | 0,92 |
| 0,9 | 0,6362 | 0,96 |
| 0,93 | 0,6793 | 0,99 |
| 0,96 | 0,7238 | 1,02 |
| 1 | 0,7854 | 1,07 |
| 1,04 | 0,8495 | 1,12 |
| 1,08 | 0,9161 | 1,16 |
| 1,12 | 0,9852 | 1,2 |
| 1,16 | 1,057 | 1,24 |
| 1,2 | 1,131 | 1,28 |
| 1,25 | 1,227 | 1,33 |
| 1,3 | 1,327 | 1,38 |
| 1,35 | 1,431 | 1,43 |
| 1,4 | 1,539 | 1,48 |
| 1,45 | 1,651 | 1,53 |
| 1,5 | 1,767 | 1,58 |
| 1,56 | 1,911 | 1,64 |
| 1,62 | 2,061 | 1,71 |
| 1,68 | 2,217 | 1,77 |
| 1,74 | 2,378 | 1,83 |
| 1,81 | 2,573 | 1,9 |
| 1,88 | 2,777 | 1,97 |
| 1,95 | 2,987 | 2,04 |
| 2,02 | 3,205 | 2,12 |
| 2,1 | 3,464 | 2,2 |
| 2,26 | 4,012 | 2,36 |
Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником
Расчет ферритового трансформатора — это процесс, в ходе которого инженеры оценивают различные характеристики обмотки и размеры сердечника трансформатора, используя феррит в качестве материала сердечника. Это помогает им создать идеально оптимизированный трансформатор для данного приложения.
В посте представлено подробное объяснение того, как рассчитать и спроектировать индивидуальные трансформаторы с ферритовым сердечником. Содержание легко для понимания и может быть очень полезным для инженеров, работающих в области силовой электроники и производящих инверторы SMPS.
Содержание
Почему ферритовый сердечник используется в высокочастотных преобразователях
Возможно, вы часто задавались вопросом, почему во всех современных импульсных источниках питания или преобразователях SMPS используются ферритовые сердечники. Правильно, для достижения более высокой эффективности и компактности по сравнению с блоками питания с железным сердечником, но было бы интересно узнать, как ферритовые сердечники позволяют нам достичь такой высокой степени эффективности и компактности?
Это связано с тем, что в трансформаторах с железным сердечником железный материал имеет значительно меньшую магнитную проницаемость, чем ферритовый материал. Напротив, ферритовые сердечники обладают очень высокой магнитной проницаемостью.
Это означает, что при воздействии магнитного поля ферритовый материал способен достигать очень высокой степени намагниченности, лучше, чем все другие формы магнитного материала.
Более высокая магнитная проницаемость означает меньшее количество вихревых токов и меньшие коммутационные потери. Магнитный материал обычно имеет тенденцию генерировать вихревые токи в ответ на повышение магнитной частоты.
По мере увеличения частоты вихревые токи также увеличиваются, вызывая нагрев материала и увеличение импеданса катушки, что приводит к дополнительным потерям при переключении.
Ферритовые сердечники, благодаря их высокой магнитной проницаемости, способны более эффективно работать с более высокими частотами благодаря более низким вихревым токам и меньшим потерям при переключении.
Теперь вы можете подумать, почему бы не использовать более низкую частоту, поскольку это, наоборот, помогло бы уменьшить вихревые токи? Это кажется верным, однако более низкая частота также будет означать увеличение числа витков для того же трансформатора.
Поскольку более высокие частоты допускают пропорционально меньшее число витков, в результате трансформатор становится меньше, легче и дешевле. Вот почему SMPS использует высокую частоту.
Топология инвертора
В инверторах с режимом переключения обычно используются два типа топологии: двухтактная и полный мост. В двухтактной схеме используется центральный отвод для первичной обмотки, в то время как полный мост состоит из одной обмотки как для первичной, так и для вторичной обмотки.
На самом деле, обе топологии являются двухтактными. В обеих формах обмотка применяется с непрерывно переключаемым переменным током обратно-прямого тока полевыми МОП-транзисторами, колеблющимися с заданной высокой частотой, имитируя двухтактное действие.
Единственная принципиальная разница между ними заключается в том, что первичная сторона трансформатора с центральным отводом имеет в 2 раза больше витков, чем мостовой трансформатор.
Как рассчитать инверторный трансформатор с ферритовым сердечником
Рассчитать трансформатор с ферритовым сердечником на самом деле довольно просто, если у вас есть все указанные параметры.
Для простоты попробуем решить формулу на примере установки, скажем, для трансформатора мощностью 250 Вт.
Источником питания будет батарея 12 В. Частота переключения трансформатора будет 50 кГц, типичный показатель для большинства инверторов SMPS. Предположим, что выходное напряжение равно 310 В, что обычно является пиковым значением среднеквадратичного значения 220 В.
Здесь напряжение 310 В будет после выпрямления через мостовой выпрямитель с быстрым восстановлением и LC-фильтры. Выбираем ядро как ETD39.
Как мы все знаем, когда используется батарея на 12 В, ее напряжение никогда не бывает постоянным. При полной зарядке значение составляет около 13 В, которое продолжает падать по мере того, как нагрузка инвертора потребляет энергию, пока, наконец, батарея не разрядится до своего нижнего предела, который обычно составляет 10,5 В. Поэтому для наших расчетов мы будем рассматривать 10,5 В в качестве значения питания для В дюйм(мин) .
Первичные витки
Стандартная формула для расчета количества первичных витков приведена ниже:
Н (первичный) = В дюйм(ном.) x 10 4 / 4 900 x B max x A c
Здесь N (штрих) относится к первичным номерам витков. Поскольку в нашем примере мы выбрали двухтактную топологию с центральным отводом, полученный результат будет составлять половину от общего числа требуемых витков.
- Vin (ном.) = Среднее входное напряжение. Поскольку среднее напряжение нашей батареи составляет 12 В, примем Vin (nom) = 12.
- f = 50 кГц или 50 000 Гц. Это предпочтительная частота переключения, выбранная нами.
- B max = Максимальная плотность потока в Гауссах. В этом примере мы предполагаем, что B max находится в диапазоне от 1300 до 2000G. Это стандартное значение для большинства ферритовых сердечников трансформаторов. В этом примере давайте остановимся на 1500G. Итак, у нас есть B max = 1500. Более высокие значения B max не рекомендуются, так как это может привести к достижению трансформатором точки насыщения. И наоборот, более низкие значения B max могут привести к недостаточной загрузке ядра.
- A c = Эффективная площадь поперечного сечения в см 2 . Эту информацию можно получить из спецификаций ферритовых сердечников. Вы также можете найти A c , представленный как A e 9.0048 . Для выбранного номера сердечника ETD39 эффективная площадь поперечного сечения, указанная в листе технических данных, составляет 125 мм 2 . Это равно 1,25 см 2 . Следовательно, мы имеем A c = 1,25 для ETD39.
Приведенные выше цифры дают нам значения всех параметров, необходимых для расчета первичных витков нашего инверторного трансформатора SMPS. Следовательно, подставляя соответствующие значения в приведенную выше формулу, получаем:
N (прим) = V в (NOM) x 10 8 /4 x F x B MAX x A C
N C
N (PRIME)
N (PRIME)
N (PRIME)
N (PRIM. 8 / 4 x 50000 x 1500 x 1,2
N (prime) = 3,2
Поскольку 3,2 является дробным значением и его трудно реализовать на практике, мы округлим его до 3 оборотов. Однако, прежде чем завершить это значение, мы должны выяснить, действительно ли значение B max по-прежнему совместим и находится в допустимом диапазоне для этого нового округленного значения 3.
Поскольку уменьшение числа витков приведет к пропорциональному увеличению B max , поэтому становится обязательным проверьте, находится ли увеличенное B max в допустимом диапазоне для наших 3 первичных витков.
Счетчик проверки B max подставив следующие существующие значения получаем:
Vin (nom) = 12, f = 50000, N pri = 3, A c = 1.25
B max = V in( nom) x 10 8 / 4 x f x N (prim) x A c
B max = 12 x 10 8 / 4 x 50000 x 3 x 1,25
B макс. = 1600
Как видно, новое значение B max для N (pri) = 3 витка выглядит нормально и находится в пределах допустимого диапазона. Это также означает, что если в любое время вам захочется изменить количество витков N (prime) , вы должны убедиться, что оно соответствует соответствующему новому значению B max .
Наоборот, можно сначала определить B макс. для желаемого количества первичных витков, а затем скорректировать количество витков до этого значения, соответствующим образом изменив другие переменные в формуле.
Вторичные витки
Теперь мы знаем, как рассчитать первичную сторону ферритового инверторного трансформатора SMPS, пришло время заглянуть на другую сторону, то есть на вторичную обмотку трансформатора.
Поскольку пиковое значение должно быть 310 В для вторичной обмотки, мы хотели бы, чтобы это значение поддерживалось во всем диапазоне напряжения батареи, начиная с 13 В до 10,5 В.
Без сомнения, нам придется использовать систему обратной связи для поддержания постоянный уровень выходного напряжения для противодействия низкому напряжению батареи или возрастающим изменениям тока нагрузки.
Но для этого должен быть какой-то верхний запас или запас для облегчения этого автоматического управления. Запас +20 В выглядит достаточно хорошо, поэтому мы выбираем максимальное выходное пиковое напряжение как 310 + 20 = 330 В.
Это также означает, что трансформатор должен быть рассчитан на выходное напряжение 310 В при наименьшем напряжении батареи 10,5.
Для управления с обратной связью мы обычно используем саморегулирующуюся схему ШИМ, которая расширяет ширину импульса при низком заряде батареи или высокой нагрузке и пропорционально сужает ее при отсутствии нагрузки или оптимальном состоянии батареи.
Это означает, что при низком заряде батареи ШИМ должен автоматически настроиться на максимальный рабочий цикл для поддержания заданного выходного напряжения 310 В. Можно предположить, что этот максимальный ШИМ составляет 98% от общего рабочего цикла.
Зазор в 2% оставлен на мертвое время. Мертвое время — это промежуток нулевого напряжения между каждой частотой полупериода, в течение которого полевые МОП-транзисторы или определенные силовые устройства остаются полностью отключенными. Это обеспечивает гарантированную безопасность и предотвращает пробой через полевые МОП-транзисторы в переходные периоды двухтактных циклов.
Следовательно, входное питание будет минимальным, когда напряжение батареи достигнет минимального уровня, то есть когда В in = В in(min) = 10,5 В. Это приведет к тому, что рабочий цикл будет максимум 98%.
Приведенные выше данные можно использовать для расчета среднего напряжения (СКЗ постоянного тока), необходимого для того, чтобы первичная сторона трансформатора генерировала 310 В на вторичной обмотке при напряжении батареи не менее 10,5 В. Для этого умножаем 98% на 10,5. , как показано ниже:
0,98 x 10,5 В = 10,29 В, такое номинальное напряжение должно быть у нашего трансформатора.
Теперь мы знаем максимальное вторичное напряжение, равное 330 В, и мы также знаем первичное напряжение, равное 10,29 В. Это позволяет нам получить отношение двух сторон как: 330 : 10,29 = 32,1.
Так как соотношение номинальных напряжений равно 32,1, соотношение витков должно быть того же формата.
Значение, x : 3 = 32,1, где x = вторичные витки, 3 = первичные витки.
Решив это, мы можем быстро получить количество вторичных витков
Следовательно, вторичные витки = 96,3.
Цифра 96.3 — это количество вторичных витков, которое нам нужно для предлагаемого ферритового инверторного трансформатора, который мы проектируем. Как указывалось ранее, поскольку дробные значения трудно реализовать на практике, мы округлим до 96 витков.
На этом наши расчеты заканчиваются, и я надеюсь, что все читатели здесь, должно быть, поняли, как просто рассчитать ферритовый трансформатор для конкретной схемы инвертора SMPS.
Расчет вспомогательной обмотки
Вспомогательная обмотка — это дополнительная обмотка, которая может потребоваться пользователю для какой-либо внешней реализации.
Допустим, кроме 330 В на вторичке нужна еще обмотка для получения 33 В для светодиодной лампы. Сначала мы вычисляем соотношение витков вторичной обмотки : вспомогательная обмотка относительно вторичной обмотки 310 В. Формула:
Н А = В сек / (В доп. + В d )
N A = вторичный : вспомогательный коэффициент, В с = вторичное регулируемое выпрямленное напряжение, В aux = вспомогательное напряжение, В d = значение прямого падения диода для выпрямительного диода. Так как здесь нам нужен быстродействующий диод, мы будем использовать выпрямитель Шоттки с V d = 0,5 В
. Решение дает:
N A = 310 / (33 + 0,5) = 9,25, округлим off to 9.
Теперь давайте вычислим количество витков, необходимых для вспомогательной обмотки, мы получим это, применив формулу:
N aux = N sec / N A
Где N aux = вспомогательные витки, N sec = вторичные витки, N A = вспомогательное отношение
Из наших предыдущих результатов мы имеем N sec = 96 и N A = 9, подставляя их в приведенную выше формулу, мы получаем:
N aux = 96 / 9 = 10,66, округление дает нам 11 оборотов. Итак, для получения 33 В нам потребуется 11 витков на вторичной стороне.
Таким образом, вы можете выбрать размер вспомогательной обмотки по своему усмотрению.
Подведение итоговВ этом посте мы узнали, как рассчитать и спроектировать инверторные трансформаторы на основе ферритовых сердечников, используя следующие шаги:
- Расчет витков первичной обмотки
- Расчет витков вторичной обмотки
- Определение максимального вторичного напряжения для ШИМ-управления с обратной связью
- Найти передаточное число витков первичной и вторичной обмотки
- Рассчитать число витков вторичной обмотки
- Рассчитать витки вспомогательной обмотки
Используя приведенные выше формулы и расчеты, заинтересованный пользователь может легко спроектировать индивидуальный инвертор на основе ферритового сердечника для применения в импульсных источниках питания.
Для вопросов и сомнений, пожалуйста, не стесняйтесь использовать поле для комментариев ниже, я постараюсь решить как можно скорее
Дополнительную информацию можно найти по этой ссылке:
Как рассчитать импульсные источники питания
резонансный преобразователь — Как правильно использовать формулу для расчета воздушного зазора в импульсном трансформаторе?
Спросил
Изменено 6 месяцев назад
Просмотрено 1к раз
\$\начало группы\$
Для достижения определенного значения индуктивности намагничивания (Lm) можно отрегулировать воздушный зазор трансформатора. 92) * 0,328) / 0,00006
Я тоже пытался убрать квадрат из N, но это все равно очень большой пробел.
Вопрос: в чем моя ошибка? Я предположил, что дело в N (непонятно, то ли это число витков первичной обмотки, то ли это коэффициент трансформации (но он обозначается маленькой n))
Возможно есть и другие формулы с что вы можете получить значение воздушного зазора, желаемое значение индуктивности намагничивания?
- трансформатор
- резонансный преобразователь
\$\конечная группа\$
10
\$\начало группы\$
Возможно есть и другие формулы, с помощью которых можно получить Воздушный зазор значение, желаемое значение индуктивности намагничивания?
Итак, у вас есть техническое описание ферритового сердечника и спецификация ферритового материала; 3C95, так что давайте исходить оттуда. Важными формулами, которые нужно знать, являются следующие: — 9где \$\mu_i\$ — относительная магнитная проницаемость 3C95 (2530) без зазора.
Итак, если вы подставите числа сейчас (разрыв 1 мм), вы получите 126,7 мкГн
Учитывая вышеизложенное, я полагаю, что вы сможете вычислить обратный процесс, чтобы получить требуемую индуктивность (около 2 мм).
Резюме
Вы также должны дважды проверить, достаточно ли зазора, чтобы пиковая плотность магнитного потока оставалась значительно меньше 400 мТл. Обычно я стремлюсь к 200 мТл, но в документе Cree, на который вы ссылаетесь, они, кажется, стремятся к 120 мТл. Это довольно легко проверить, помня, что \$B = \mu_0\cdot \mu_e\cdot H\$, где \$H\$ — пиковый ток, умноженный на количество витков и затем разделенный на \$\ell_e\$.
Или \$H = \dfrac{MMF}{\ell_e}\$
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Хотя этот вопрос довольно старый и на него уже есть принятый ответ, я хотел бы опубликовать еще один ответ, чтобы показать, откуда берется формула воздушного зазора, приведенная в ОП, и какая у нее оптимизация, чтобы это могло быть руководством для будущие посетители.
Вот магнитопровод трансформатора с \$N\$ витками вокруг сердечника с зазором:
смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab
Здесь
- \$R_c\$ — магнитное сопротивление сердечника
- \$R_g\$ — магнитное сопротивление воздушного зазора
- \$\Phi\$ — магнитный поток
- \$N \ i(t)\$ — это в основном магнитодвижущая сила (МДС)
В соответствии с приведенной выше моделью мы можем написать, что
$$ N \ i(t) = \Phi (t) \ (R_c + R_g) \\ R_c = \frac{l_e}{\mu_0\mu_i\ A_e}, \ R_g = \frac{l_g}{\mu_0 \ A_e} \\ $$ 92 $$
Теперь из этого окончательного уравнения становится легко найти требуемый воздушный зазор, зная \$A_e\$ и \$l_e\$ из таблицы данных сердечника и \$\mu_i\$ из таблицы данных материала. 2
$$ 92
$$
\$\конечная группа\$
Твой ответ
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
. Расчетвитков ферритового трансформатора на примере
В этой статье вы узнаете, как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора с ферритовым сердечником для высокочастотных импульсных инверторов питания. Трансформаторы с высоким ферритовым сердечником используются почти во всех схемах силовой электроники, таких как инверторы и инверторы с чистой синусоидой . Они используются для повышения низкого постоянного напряжения батареи и других источников постоянного тока, таких как солнечные панели. Трансформаторы с ферритовым сердечником также используются в изолированных преобразователях постоянного тока 9.0324 для увеличения или уменьшения постоянного напряжения. Например, в изолированном понижающем преобразователе он используется для понижения напряжения постоянного тока, а в изолированном повышающем преобразователе они используются для повышения напряжения постоянного тока. В этой статье мы узнаем, как рассчитать коэффициент трансформации высокочастотного трансформатора с ферритовым сердечником на примерах.
Содержание
Расчет соотношения витков ферритового сердечникаНапример, в повышающем каскаде у нас есть два варианта использования преобразователей силовой электроники, двухтактная топология и полный мост. Я объясню оба метода один за другим. Формула и концепция расчета соотношения оборотов остаются одинаковыми для обеих топологий. Единственная разница между двухтактной топологией и мостовой конструкцией трансформатора состоит в том, что двухтактный ферритовый сердечник 9Для трансформатора 0323 требуется отвод посередине первичной обмотки. Другими словами, двухтактный трансформатор имеет первичный виток в два раза больше, чем мостовой трансформатор.
Расчет соотношения витков ферритового сердечника по двухтактной топологии на примере Начнем с примера. Например, мы хотим разработать повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный мощностью 250 Вт. Мы используем двухтактную топологию для этого проекта. Мы используем аккумулятор на 12 вольт. Мы хотим увеличить постоянное напряжение с 12 вольт до 310 вольт. Частота переключения конструкции составляет 50 кГц. Мы используем ETD39.ферритовый сердечник, рассчитанный на 250 Вт. Рассказывать, как выбрать ферритовый сердечник по мощности, выходит за рамки данной темы. Я постараюсь написать об этом отдельную статью. На выходе ферритового сердечника всегда будет высокочастотная прямоугольная волна 50 кГц. Нам нужно использовать полный выпрямитель, чтобы преобразовать его в постоянный ток 310 вольт. Вам также может понадобиться использовать LC-фильтр для подавления гармоник или компонентов переменного тока на выходе.
Расчет первичных витков ферритового трансформатора
Как вы знаете, напряжение батареи не всегда остается одним и тем же. По мере увеличения нагрузки на батарею напряжение батареи будет меньше 12 вольт. Без нагрузки с полностью заряженной батареей напряжение батареи будет около 13,5 вольт. Следовательно, входное напряжение непостоянно, это необходимо учитывать при расчете коэффициента трансформации трансформатора с ферритовым сердечником. Напряжение отсечки для аккумулятора обычно составляет 10,5 вольт. Мы можем принять минимально возможное значение входного напряжения для повышения преобразователя постоянного тока. Теперь у нас есть следующие параметры:
Vinвход = 10,5 вольт
Vвых = 310 вольт
Как мы знаем, формула расчета коэффициента трансформации в трансформаторе:
N = Npri / Nsc = Vin / Vвых
вторичных витков. У нас есть три известные переменные, такие как соотношение оборотов, которое можно рассчитать по приведенному выше уравнению, входное напряжение и выходное напряжение. Но нам нужно рассчитать первичные витки, чтобы найти вторичный виток трансформатора с ферритовым сердечником. Формула для расчета витков первичной обмотки трансформатора с ферритовым сердечником приведена ниже: 94 Гуасс. Значение максимальной плотности потока обычно указывается в паспорте ферритового сердечника. Обычно мы принимаем значение Bmax от 1300G до 2000G. Обычно это приемлемый диапазон для всех трансформаторов с ферритовым сердечником. Примечание: высокое значение плотности потока приведет к насыщению сердечника, а низкое значение плотности потока приведет к перегрузке сердечника. Например, мы возьмем 1500G для примера преобразователя постоянного тока в постоянный.
Отсюда Npri = 3,2 Но мы не можем использовать дробные обороты. Таким образом, нам нужно округлить расчетное значение первичных витков до ближайшего целого числа 3. Ближайшее возможное целое число равно 3. первичное число витков для ферритового сердечника равно 3. Но перед этим необходимо проверить, либо для Npri = 3 Bmax находится в допустимом диапазоне или нет. Как я уже упоминал выше, допустимый диапазон для Бмаза составляет 1300-2000G. Но вопрос в том, зачем нам снова проверять значение Bmax? Потому что мы корректируем значение первичных витков с 3,2 до 3. Итак, давайте рассчитаем значение Bmax для Npri = 3, используя приведенную выше формулу. 98 / 5 * 50000 * 3 * 1,25 = 1600G
Таким образом, расчетное значение Bmax составляет 1600G, что находится в допустимом диапазоне максимальной плотности потока. Это означает, что мы можем принять Npri = 3 для дальнейших расчетов. Первичное число витков двухтактного ферритового трансформатора с центральным отводом составляет 3 витка + 3 витка. В любом дизайне вам нужно будет отрегулировать значение Npri, если оно дробное. Вы можете легко настроить его. Но вам нужно каждый раз проверять значение Bmax. Начнем с предполагаемого значения Bmax и рассчитанного Npri. Но вы также можете начать с предполагаемого значения Npri и проверить значение максимальной плотности потока Bmax. Например, предположим, что значение Npri = 1, проверьте значение Bmax и продолжайте повторять этот процесс, пока оно не окажется в допустимом диапазоне.
Расчет вторичных витков ферритового трансформатора
Теперь перейдем к вторичному витку ферритового сердечника. В нашей конструкции выход преобразователя постоянного тока составляет 310 вольт при любом входном напряжении. Входное напряжение варьируется от 10,5 вольт до 13,5 вольт. Нам нужно будет реализовать обратную связь
, чтобы получить регулируемое выходное напряжение 310. Поэтому мы возьмем немного более высокое значение выходного напряжения, чтобы при минимально возможном входе мы все еще могли получить выходное напряжение 310 вольт, изменив коэффициент заполнения ШИМ. Таким образом, мы должны разработать трансформатор с ферритовым сердечником и вторичной обмоткой на 330 вольт. Обратная связь будет регулировать значение выходного напряжения, изменяя рабочий цикл ШИМ. Вы также должны позаботиться о потерях и падениях напряжения на коммутационных устройствах и учитывать их при проектировании трансформатора.
Таким образом, трансформатор должен обеспечивать выходное напряжение 330 вольт при входном напряжении от 13,5 до 10,5 вольт. Максимальный рабочий цикл для ШИМ составляет 98%, а оставшиеся 2% остаются на мертвое время. При минимально возможном входном напряжении рабочий цикл будет максимальным. При максимальном рабочем цикле 98 % входное напряжение трансформатора составляет 0,98 * 10,5 = 10,29 вольт.
Используя формулу соотношения напряжений трансформатора = отношение напряжений = 330 / 10,29 = 32,1. Соотношение напряжения и отношение витков в трансформаторе равны друг другу. Отсюда N = 32,
Итак, мы знаем все значения для расчета вторичных витков трансформатора с ферритовым сердечником.
N = 32, Npri = 3
Nsec = N * Npri = 32 *3 = 96
Таким образом, количество первичных витков равно 3, а количество вторичных витков равно 96. Таким образом, все дело в соотношении витков расчет высокочастотных трансформаторов. Если у вас есть какие-либо проблемы, дайте мне знать с вашими комментариями.
Введите адрес электронной почты, чтобы подписаться на этот блог и получать уведомления о новых сообщениях по электронной почте.
Адрес электронной почты
Техническая документация
Тип документа
Замечания по применению
Брошюра о залоге
Отчеты о соответствии
Спецификации
Средства проектирования и разработки
Примечания к дизайну
Чертеж: схема применения
Чертеж: Схема соединения
Чертеж: Маркировка Spec
Чертеж: Чертеж упаковки
Чертеж: распиновка
Исправления/дополнение
Оценочная плата: спецификация
Оценочная плата: Gerber
Eval Board: Руководство
Eval Board: Схема
Eval Board: Процедура тестирования
Запуск презентации продукта
Имитационные модели
Чертежи упаковки
Эталонные конструкции
Справочные руководства
Модели Simplis
Технический документ
Учебник
Руководство пользователя
Видео
Белая книга
Таксономия продуктов
Дискретные и силовые модули
Аудиотранзисторы
Диоды для защиты от электростатических разрядов
Диоды переключения слабого сигнала
Радиочастотные диоды
JFET
Выпрямители
МОП-транзисторы
Транзисторы общего назначения и с низким VCE(sat)
Защищенные МОП-транзисторы
Транзисторы Дарлингтона
РЧ транзисторы
БТИЗ
Диоды Шоттки и выпрямители Шоттки
Цифровые транзисторы (БРЦ)
Стабилитроны
Монолитные микроволновые интегральные схемы (MMIC)
Карбид кремния (SiC)
Диоды из карбида кремния (SiC)
Карбид кремния (SiC) МОП-транзисторы
Силовые модули
БТИЗ-модули
МОП-транзисторы
Гибридные модули Si/SiC
Интеллектуальные силовые модули (IPM)
Модули из карбида кремния (SiC)
Управление питанием
Регуляторы терминации DDR
Устройства с питанием от PoE
Защищенные силовые выключатели
Преобразование постоянного тока в постоянный
Зарядные насосы
Контроллеры
Преобразователи
Эталоны напряжения и супервизоры
Источники опорного напряжения
Контролеры напряжения
- Драйверы светодиодов
AC-DC драйверы светодиодов
DC-DC драйверы светодиодов
Линейные драйверы светодиодов
Защита
Защита по току
Защита от напряжения
Фильтры электромагнитных помех
Управление батареями
Встроенный драйвер и МОП-транзистор
Линейные регуляторы (LDO)
Драйверы затвора
Преобразование переменного тока в постоянный
Автономные контроллеры
Автономные регуляторы
Контроллеры коэффициента мощности
Контроллеры вторичной стороны
Контроллеры GFCI
Идеальные диодные контроллеры
Формирование сигналов и управление
Редрайверы
Усилители и компараторы
Усилители измерения тока
Усилители мощности звука
Операционные усилители (ОУ)
Видеоусилители
Компараторы
Микроконтроллеры
Специальные микроконтроллеры
Микроконтроллеры общего назначения
Цифровые потенциометры (POT)
Преобразователи данных (АЦП)
Формирование сигнала датчика
Датчики
Ультразвуковой датчик
Датчики внешней освещенности
Процессоры сигналов изображения (ISP)
Датчики изображения
Модули датчика изображения
Термическое управление
Контроллеры вентиляторов
Датчики температуры
Фотоприемники (SiPM, SPAD)
Управление двигателем
Контроллеры двигателей ecoSpin™
Драйверы двигателей
Драйверы нагрузки и драйверы реле
Моторные драйверы, матовый
Драйверы двигателей, бесщеточные
Драйверы двигателей, шаговый двигатель
Пользовательский и ASSP
Интерфейсы
Аналоговые переключатели
Интерфейсы смарт-карт и SIM-карт
USB Type-C
Высокопроизводительные оптопары
Высокопроизводительные транзисторные оптопары
Высокоскоростные оптопары с логическими вентилями
Низковольтные высокоэффективные оптопары
Оптопары специального назначения
Цифровые изоляторы
Ethernet-контроллеры
Проводные трансиверы и модемы
Драйвер симисторных оптронов
Драйверы затворов IGBT/MOSFET Оптопары
Фототранзисторные оптопары
Изолированные оптопары усилителя ошибки
Выходные оптопары Фото Дарлингтона
Выход фототранзистора — оптопары для измерения постоянного тока
Выход фототранзистора — входные оптопары для измерения переменного тока
Инфракрасный
Беспроводное подключение
Синхронизация, логика и память
Генерация часов
Детекторы фазы/частоты
Тактовые генераторы PLL
Часы с подавлением электромагнитных помех с расширенным спектром
Генераторы, управляемые напряжением (VCO)
Буферы с нулевой задержкой
Часы и распределение данных
Арифметические функции
Драйверы и буферы разветвления
Триггеры, защелки и регистры
Логические элементы
Мультиплексоры и кроссовые коммутаторы
Последовательные/параллельные преобразователи
Управление перекосами
Переводчики
Память
Флэш-память
Память статического ОЗУ
Память EEPROM
Стандартная логика
Арифметико-логические функции
Буферы
Шинные приемопередатчики
D-триггеры и JK-триггеры
Расширители ввода/вывода
Защелки и регистры
Логические элементы
Мультиплексоры
Переводчики уровней
Раствор
Автомобильная промышленность
АДАС
Просмотр
В салоне
Силовой агрегат, безопасность и защита
Модуль управления коробкой передач (TCM)
Модуль управления силовым агрегатом (PCM)
Электроника кузова и светодиодное освещение
Электрификация транспортных средств
Преобразователь постоянного тока высокого напряжения в постоянный
Быстрая зарядка электромобиля постоянным током
48-вольтовый стартер-генератор
Тяговый инвертор
Бортовое зарядное устройство (OBC)
Промышленный
Энергетическая инфраструктура
Быстрая зарядка электромобиля постоянным током
Источник бесперебойного питания (ИБП)
Солнечные энергетические решения
Промышленная автоматизация
5G и облачная мощь
Мощность сервера
Блок питания для стойки
Интернет вещей (IoT)
Медицинский
Аудиологический фокус
Клинический пункт оказания медицинской помощи
Портативные медицинские устройства
Медицинские устройства визуализации
Примечание по применению
Белая книга
Предоставляет информацию, которая поможет вам понять новые рыночные и технологические тенденции.
Примечание разработчика
Предоставляет экспертную информацию о предлагаемых реализациях схем.
Технический паспорт
Краткое описание производительности и других характеристик продукта.
Справочное руководство
Предоставляйте справочную информацию, информацию о приложениях, продуктах и решениях по конкретной предметной области.
Инструмент для проектирования и разработки
Чертеж упаковки
Справочные символы и примеры размеров для габаритных чертежей упаковки.
Ошибки
Предоставьте информацию об аномалиях, связанных с конкретными версиями микросхем.
Дополнительные брошюры
Руководства по выбору продуктов и брошюры, в которых представлены продукты, подходящие для ваших решений.
Руководство пользователя
Руководство по различным режимам работы и возможным конфигурациям продукта или технологии.
СИМПЛИС Модель
Модель моделирования
Имитационные модели, предназначенные для анализа симуляций цепей с использованием программного обеспечения.
Эталонный дизайн
Предлагайте полные технические чертежи для полнофункционального дизайна.
Отчеты о соответствии
Предоставление результатов испытаний и сертификатов соответствия продукции отраслевым стандартам
.Учебники
Информация о технологиях, топологиях, методах и других темах.
Документы оценочной комиссии
Загрузка…
Трансформаторы
Общая информация
Что ж, нет ничего лучше, чем найти правильную интуитивную модель для что-нибудь. Интуиция так быстра, если вы можете не подпускать плохую интуицию.
Теоретические модели трансформаторов
На основе [2]
На вопросы о трансформаторах часто легче ответить, если
вы рассматриваете эквивалентную схему «t». Вы теряете понятие
изоляции с эквивалентом «т», но вы можете получить его обратно
притворяясь, что существует идеальный преобразователь, соединенный между
«т» и нагрузка. Вы также можете указать коэффициент поворота в
идеальный трансформатор, если вы хотите, чтобы все значения были такими, как показано
по первичке.
Пример эквивалентной схемы «t»
Вот эквивалентная схема «t» для звука 1: 1.
Разделительный трансформатор (рассчитан на нагрузку 300 Ом): ------R1---L1-----+----L2----R2------
Первичный | Среднее
Сторона Лм Сторона
|
------------------+------------------
- R1,R2 = сопротивление первичной и вторичной обмотки (медь). Обычно около 50 Ом. Не обязательно равно.
- L1,L2 = первичная и вторичная индуктивности рассеяния. Около 5 мГн. Не обязательно равно.
- Lm = взаимная индуктивность, около 2Гн.
Я назвал Lm взаимной индуктивностью, и это, вероятно, не лучший термин, хотя я думаю что в 1:1 взаимная индуктивность примерно такая же как собственная индуктивность или шунтирующая индуктивность или индуктивность намагничивания или как его лучше всего назвать.
Для упрощения вы можете комбинировать обе индуктивности рассеяния.
в единую индуктивность по обе стороны от Lm.
Описание работы модели
Хорошо, давайте предположим, что на первичной обмотке есть среднеквадратичное значение 1,25 В на частоте 1 кГц. и без нагрузки. На взаимной индуктивности появляются полные 1,25 В. так что есть около 0,1 мА через взаимную индуктивность. Это ток, который вызывает поток в сердечнике. Через индуктивность рассеяния и первичную обмотку проходит 0,1 мА (0,995 мА). сопротивление тоже. Короче через первичную обмотку с сосредоточенным замыканием.
Теперь пусть будет нагрузка 300 Ом. Напряжение на взаимной индуктивности уменьшается очень мало (не нужно делать сложный анализ). Даже если закоротить вторичку, взаимный ток уменьшается лишь примерно в два раза.
Эта схема выше аккуратно разделила ток на два пути. В реальном трансформаторе через каждую обмотку проходит только один проводящий путь. не две, но эта модельная схема ведет себя как реальная из-за эффект отмены.
Эффект компенсации магнитного потока
Но какой ток проходит через первичную обмотку?
Ответ: 0,1 мА + 4,2 мА. Почему этот ток не увеличивает поток в сердечнике?
Потому что ток во вторичной обмотке отменяет его действие.
Энергия уходит в нагрузку, а не в феррит, т.к.
два магнитных поля, противодействующие друг другу, компенсируют друг друга.
Это в основном то, что подразумевается под линейностью электромагнитных уравнений.
Конечно в ближних полях
обмоток это неверно, в чем легко убедиться, просто нарисовав
замкнутая кривая по окружности витков проволоки в одном месте.
Направленный интеграл B-поля вокруг кривой должен быть
пропорциональна току внутри. Но в массе ядра поля
делай отмену. Вы можете думать об этом как о взбрыкивании, если хотите, но эффект Холла
зонд, вставленный в центр, покажет очень низкое поле из-за почти
полная отмена. Интеграл запасенной энергии в магнитном
интеграл поля ( B точка H ) по всему пространству будет намного меньше, чем
интеграл для токов только в одной или другой обмотке, но не в обеих
одновременно.
В любом случае присутствует неизбежный поток намагничивания. трансформатор и первичный ток намагничивающего потока.
Конечно, это
ток проходит через первичную индуктивность и составляет +90 градусов по WRT.
напряжения и не потребляет напрямую никакой энергии.
Однако этот ток вызывает потери сопротивления первичной обмотки.
Величина потока определяется напряжением и частотой на первичной обмотке.
а не по току нагрузки (если есть).
Помните основную формулу трансформатора переменного тока, V = k f N Ac Bm, что говорит нам, какой поток присутствует при любом напряжении. и частота? Это формула, используемая для нахождения Bmax, поэтому мы можем быть уверены. сердечник трансформатора не слишком близок к насыщению, что может ввести еще больше потерь. Обратите внимание, что в формуле нет термина для тока нагрузки.
Ток короткого замыкания трансформатора
Только индуктивность рассеяния ограничивает ток при коротком замыкании.
Кажется, что ток через первичку ограничен
сопротивление обмотки и сопротивление утечки при коротком замыкании вторичной обмотки.
Вторичное падение напряжения
Поле в сердечнике трансформатора на самом деле немного СНИЖАЕТСЯ, когда трансформатор загружен. Это связано с тем, что действующее первичное напряжение уменьшается на (первичный ток * сопротивление первичной обмотки):
Vs = IpRp + BA[omega]Np
куда:
- B среднеквадратичное (не пиковое) значение индукции
- А — площадь поперечного сечения сердечника
- [омега] равно 2[pi]f, конечно
- Np — количество витков.
Другие модели для трансформаторов
Как насчет изоляции?
Настоящий трансформатор обеспечивает изоляцию между входом и выходом. Вышеприведенная модель не показывает изоляцию, но достаточна для большую часть анализа. Где необходима изоляция в модели можно сделать вид, что есть идеальный преобразователь между «т» и нагрузка как на картинке ниже:
Идеальный трансформатор 1:N
------R1---L1-----+----L2----R2-----о о-----
Первичный | 0|| Среднее
Сторона Lm 0||0 Сторона
| 0||
------------------+-----------------о о-----
Одна модель для идеального трансформатора с изоляцией
Эта модель отображает трансформаторы интуитивно, как мы чаще всего о них думаем:
-> Ip -----R1---L1---+---, ,---L2----R2------ Is ->
Первичный | О|| / Среднее
Сторона, Vp Lm O||O Сторона, Vs
| О|| \
---------------+---' '-----------------
идеальное отношение намагничивания
трансформатор индуктивности
Lm – требуемая индуктивность намагничивания. 2).
Характеристики трансформатора
На основе [2]
Что касается того, как мы разберемся, в одном случае, который имеет большое значение мне, мы указываем общие детали обмотки, диапазон для R1 и R2, максимальные значения для L1+L2||Lm (измерено от первичного с закороченной вторичной обмоткой) и L2+L1||Lm (измеряется от вторичная с закороченной первичной), минимальные значения для L1+Lm (измеряется от первичного с открытым вторичным) и L2+Lm. Продавец получает возможность выбрать количество витков (одинаково как для вторичного, так и для первичный), проволока, и начинает играть с ламинированием (смесь из кремнистой стали и стали с высоким содержанием никеля). Затем при входном контроле мы измеряем все эти вещи. На данный момент у нас есть четыре измерения определяя 3 вещи (L1,L2,Lm), так что хотя соотношение оборотов 1:1, Я предполагаю, что соотношение оборотов равно 1:n, что дает мне 4 переменные и четыре уравнения, и я решаю весь беспорядок.
Фаза
если ты
сильно нагрузить трансформатор резистивной нагрузкой, так что потребляемый ток
большой по сравнению с током холостого хода. Вы найдете течения и
напряжения совпадают по фазе. Они должны совпадать по фазе, потому что при фазовом сдвиге 90
между током и напряжением нет передачи полезной мощности (усредненная за один цикл
имеет место).
Как вы хорошо знаете, энергетические компании тратят много сил на то, чтобы
и напряжение в фазе (отсюда коэффициент мощности).
Это правда, что наклон синусоиды для тока и напряжения равен максимум при пересечении нуля. Я вижу, как это сочетается с V=LdI/dt. создается впечатление, что ток и напряжение должны быть 90 вне фазы. НО. Это происходит только для ненагруженного трансформатора, который выглядит как индуктор. Для реактивно нагруженного трансформатора вы уменьшите фазу угол уменьшается с увеличением нагрузки. Это легко для вас попробовать, сделать это!
Причина этого в том, что мы можем только (просто) применить закон Ампера
вокруг контура, охватывающего половину каждой обмотки. В той ситуации, если вы
рассмотрим Vprimary и d( N*Iprimary — Iвторичный)/dt, которые вы придумаете
ситуация, которую вы описали, где разница этих токов и
напряжения 90 градусов не по фазе. НО, (N*Iprimary-Isecondary) намного меньше, чем Iprimary (порядка
1%) для сильно нагруженного трансформатора. В такой ситуации доминирует
токи (самых больших) компонентов могут быть в фазе и обычно так и есть.
Например, возьмем ненагруженный трансформатор 1:1, потребляющий 10 мА при включении. загружен. Назовем этот текущий Iinitial Ток и напряжение не совпадают по фазе на 90. Но если мы добавим 1 ампер к Iпервичная в то же время добавляет 1 ампер к Iвторичной в фазе с напряжением и друг друга (или 180 градусов в зависимости от полярности трансформатора соглашение), тогда d(Iprimary-Isecondary/1)/dt не меняется, это все еще просто ненагруженный ток Iinitial. Однако, если мы посмотрим на общий первичный ток трансформатора, Iprimary+Iinitial = 1cos(wt)+.01sin(wt), то это почти идеально совпадает по фазе с напряжением Vcos(wt)
Обратите внимание, что токи не обязательно должны быть в фазе, если мы нагрузим трансформатор.
на выходе с большим конденсатором или маленькой индуктивностью гораздо большие токи будут
течь, но фаза первичного тока изменится соответственно.
Если входное напряжение и токи не совпадают по фазе на 90 градусов, нет подается питание. Если входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов, то все, о чем все узнали трансформеры совершенно не так.
Далее предполагается идеальный трансформатор: 92*загрузка. Вход мощность может быть рассчитана из Vp*Ip. Для идеального трансформатора эти два числа равны. Если между ними есть разность фаз, то это не может быть правдой. Булавка = Надуться! Не Pout=Pin*cos(theta).
Определения из учебника для идеальных трансформаторов:
Vs=Vp*(Ns/Np) Ip=Is*(Ns/Np) Пин=Выход
Мне кажется вполне ясным, что разностей фаз быть не может (по крайней мере, для идеального трансформатора).
Измерения трансформатора
На основе [2]
Измерение кривой B-H
Вы можете легко отобразить кривую B-H трансформатора на осциллографе, который
может отображать XY с помощью всего нескольких компонентов. Обогреватель
трансформатор (Для тех, кто помнит вентили — или трубки, как местные
скажем) используется в обратном порядке работает хорошо. Подайте на него 6,3 В переменного тока от другого
аналог трансформатора.
R2 определяет ток в первичной обмотке (силу намагничивания) — он должен выбрать, чтобы дать пару вольт для оси X дисплея — a несколько ом.
R1 и C1 действуют как грубый интегратор, так как напряжение на вторичный трансформатор пропорционален скорости изменения магнитного поля а не само поле. Выберите R1, чтобы дать пренебрежимо малую нагрузку на трансформатор. (это могут быть сотни К) и C1 так, чтобы напряжение на нем было менее 5% от напряжения на вторичный трансформатора.
Р1
-------- ----/\/\/\--|-- Область ввода Y
)||( |
)||( 240/120 = С1
6,3 В )||( |
)||(____________|___ Область действия Основание
|
|_________ Область ввода X
|
\
/
\ R2
/
|
------------------ Область применения
Например, вы можете использовать резистор 100 кОм и конденсатор 3 мкФ для этой схемы.
Другие идеи измерения трансформаторов
Вот некоторые основные измерения, чтобы узнать большинство параметров трансформатора:
- 1. Сопротивление обмоток Pri/Sec можно измерить напрямую мультиметром.
- 2. Измерьте вторичное напряжение холостого хода с некоторым известным первичным напряжением. чтобы получить коэффициент поворота.
- 3. Замкните вторичную обмотку амперметром и постройте первичную обмотку V против вторичной обмотки I.
(Осциллограф на амперметре может пригодиться для проверки формы волны сек.
на всякий случай.)
92)——-+
|
|
|
E(t)Rl
|
|
О———————————————————+
Напряжения холостого хода на моем трансформаторе показывают Ns/Np = 8,5.
Другие измеренные значения:Rp = 144,5 Ом Rs = 2,13 Ом E(t) = 14,17 В Rл = 25,20 Ом Напряжение на Rl = 12,20 В 92 = 2, что согласуется с Rs = 2,13 для хорошо продуманный трансформатор. Первичка должна иметь чуть больше обмотки площадь, чем вторичная.
Измеренное реактивное сопротивление рассеяния (3 мГн) немного завышено. но не безосновательно для ламинированного трансформатора. Это слишком высоко для хорошо спроектированного тороида. Во всяком случае в измерениях нравится точность измерений необходимо учитывать.
Текущие формы сигналов должны быть разумно близки синусоидальный в обоих тестах, в отличие от первичного тока холостого хода.
Конструкция трансформатора и выбор для применения
Выбор типа сердечника трансформатора
ПРЕИМУЩЕСТВА ТОРОИДОВ и Э-СЕРДЕЧНИКОВ
Тороиды:
- Более компактный, чем дизайн E-core
- Стоимость материалов ниже благодаря использованию одного компонента
- Более жесткая магнитная муфта - меньше рассеяния потока рассеяния
Электронные ядра:
- Легче автоматизировать процесс намотки
- Может крепиться шпильками на шпульки
- Легче электрически изолировать несколько обмоток
- Сердцевина может быть легко разделена для увеличения емкости накопления энергии
Принципы проектирования силовых трансформаторов
На основе [1]
Я подозревал, что для экономии железа и веса большая часть мощности трансформаторы рассчитаны на работу прямо на грани насыщения, следовательно, все может развалиться (по крайней мере, трансформатор слышит больше) когда вы берете продукт, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, и питаете его частотой 50 Гц.
Проектирование силового трансформатора требует осторожности, если требуется оптимизированная конструкция. нужный. Получить общее представление о конструкции силового трансформатора Я даю вам несколько приблизительных расчетных уравнений для мощности 50 Гц. трансформатор с использованием многослойного железного трансформатора E-core:
первичных витка = 45 * первичное напряжение / площадь ядра вторичные витки = 48 * вторичное напряжение / площадь ядра площадь ядра = 1,1 * кв. м ( P )
Где:
- площадь сердечника = площадь сечения сердечника, проходящего через катушку, в квадратных сантиметрах
- первичное напряжение = переменное напряжение, подаваемое на первичную обмотку, в вольтах
- вторичное напряжение = требуемое напряжение переменного тока на вторичной обмотке в вольтах
- P = мощность трансформатора
Вторичной нужно немного больше витков на напряжение потому что внутри сердечника трансформатора всегда есть какие-то потери и катушка провода.
Больше витков вторичной обмотки компенсировало некоторые из этих потерь.Сечение провода в первичной и вторичной обмотках должно соответствовать допустимые перепады напряжения и нагрев внутри трансформатора. Как эмпирическое правило не пытайтесь протолкнуть более 2,5 ампер тока на квадратный миллиметр провода в катушках внутри трансформатора.
Размер сердечника трансформатора должен определяться исходя из полная мощность трансформатора. Площадь ядра (как используется в уравнении выше) должен, по крайней мере, иметь значение согласно следующему уравнению (можно больше):
площадь ядра = sqrt (мощность трансформатора в ваттах)
Вот таблица размеров проводов для разных токов, подходящих для силовые трансформаторы:
Ток Диаметр провода (мА) (мм) 10 0,05 25 0,13 50 0,17 100 0,25 300 0,37 500 0,48 1000 0,7 3000 1,2 5000 1,54 10000 2,24
Если вы сделаете трансформатор, используя эти уравнения, вы проверьте его перед подключением к сети.
Вообще в наши дни
рекомендуется купить сетевой трансформатор в готовом виде и сделать так, чтобы
уверены, что вы получаете продукт, который безопасен в использовании (выполняет все
правила техники безопасности).Трансформаторы низкочастотные
На основе [1]
Общие формулы
Для маломощных низкочастотных трансформаторов обычно можно определить, что отношение витков определяет коэффициент передачи напряжения. Для данного импеданса circuti необходимо определить минимальное сопротивление для определенного катушки трансформатора по следующей формуле:
L = Z / (2 * пи * f)
Где:
- L = индуктивность первичной обмотки (вторичная разомкнутая цепь)
- Z = полное сопротивление цепи
- пи = 3,14159
- f = самая низкая частота, на которой должен работать трансформатор
Это рекомендуемое значение импеданса. Импеданс катушки может быть выше значения определяется этими уравнениями.
Использование слишком высокой индуктивности
как правило, не было бы особых проблем, но в целом это
не очень хорошая идея, потому что много практических причин
(длиннее первичная катушка, больше сопротивление, больше емкость,
возможно по этим причинам более плохая ВЧ характеристика и т.д.).Фактическое количество витков, необходимое для получения необходимой индуктивности зависит от модели сердечника трансформатора и магнитного материала использовал его. Обратитесь к техническому описанию материала катушки, который вы используют для получения более подробной информации или его. Другой вариант - сначала подключите один тестовый кабель и измерьте его. Использование измерения результаты, вы можете определить, сколько витков необходимо для конкретная индуктивность. Общая приблизительная формула индуктивности (для катушек с сердечниками) для этого пригодится:
Л = Н*Н*а 92)
- L1 = индуктивность первичной обмотки (Гн)
- l = средняя длина силовых линий магнитного потока (см) (длина линии вокруг катушки, проходящей внутри сердечника)
- u = относительная проницаемость магнитного материала (около 500 для обычного железа трансформатора)
Вы можете определить количество витков на вторичной обмотке используя следующую формулу (ожидается КПД трансформатора 90%):
N2 = 1,1 * U2 / U1 = 1,1 * sqrt (Z2 / Z1) =
Где:
- N1 = количество витков в первичной обмотке
- N2 = число витков вторичной обмотки
- U1 = первичное напряжение
- U2 = вторичное напряжение
- Z1 = основное сопротивление
- Z2 = вторичное сопротивление
Для оптимальной работы трансформатора сопротивление катушек
следует держать как можно ниже. 8))
92)
Обратите внимание, что эта формула дает гораздо большее число витков. для первичной обмотки, чем уравнение для трансформатора без воздушный зазор. Другие расчеты для трансформаторов выполнен как с трансформатором без воздушного зазора.
Импульсные трансформаторы
На основе [4]
Выбор согласующего трансформатора полного сопротивления
Согласование требуется для обеспечения максимальной передачи мощности от источник к нагрузке. Условие совпадения существует, когда:
N = N2 / N1 = sqrt (Zl / Zs)
Где:
- N = соотношение витков между первичным и вторичным
- N1 = количество витков в первичной
- N2 = количество витков во вторичной обмотке
- Zs = импеданс источника сигнала
- Zl = полное сопротивление нагрузки трансформатора
В реальном мире согласующий трансформатор будет иметь собственный шунт. импеданс к источнику. Величина этого импеданса будет зависеть от
первичная индуктивность и частота работы. Это должно
быть большим по сравнению с импедансом источника. Коэффициент безопасности 5
должно быть достаточно для большинства приложений. Так что подходящий
значение индуктивности первичной катушки можно рассчитать с помощью
следующая формула:
Lp = 5 * Zs / (2 * пи * fмин)
Где:
- Lp = первичная индуктивность
- Zs = импеданс источника
- fmin = минимальная частота, которую необходимо передать через трансформатор
- пи = 3,14159
Если выбрана слишком высокая первичная индуктивность, паразитные компоненты (шунтирующая емкость, индуктивность утечки и т. д.) снизить высокочастотные характеристики схемы.
Процедуры выбора согласующих трансформаторов импульсов
Необходимо проверить наличие искажений импульса при выборе
трансформатор. Существует максимальная площадь импульса, которую данный трансформатор
может передавать. Это известно как константа Et.
Следующие формулы описывают, как это можно оценить из
известная форма импульса
Et = Vp * tpw Lp = R * tpw / Ln (I - D) D = дельта / Vp = 1 - exp (-R * tt / Lp) 0 < тт < трв
Где:
- tpw = наихудшая (максимальная) длительность передаваемого импульса
- Vp = импульсное напряжение (напряжение сверху вниз)
- дельта = максимально допустимое падение максимума импульса
- tt = время активности вершины импульса (tpw - начальный и конечный наклоны)
- D = провисание (обычно допускается 10&)
- R = параллельная комбинация импеданса источника и отраженной нагрузки (для согласованного случая это половина импеданса источника)
Стоит отметить, что если нельзя установить верхний предел длительности импульса (tpw)
тогда нельзя будет использовать трансформатор в этом приложении
потому что трансформаторы не работают с постоянным током. Если выбрана слишком высокая константа Et, полная ширина импульса не будет
передается, и трансформатор вызовет чрезмерную нагрузку
из-за насыщения. И наоборот, слишком высокая константа Et
принесет сопутствующие высокие паразитные емкости и индуктивности
что приведет к плохому времени нарастания сигнала.
Другим искажением, которое следует проверить, является спад. Падение по отношению к длительности импульса, первичное индуктивность и полное сопротивление системы. Если иначе указанное падение на 10% обычно допустимо. Здесь снова чрезмерная индуктивность приводит к паразитам и их сопутствующие проблемы.
Из предыдущего описания мы можем предложить стратегию что должно позволить нам выбрать правильные компоненты в большинство приложений.
- 1. Определите полное сопротивление системы Zs и Zl.
- 2. Определите минимальную рабочую частоту (fmin)
- 3. Определить максимальную ширину импульса (tpw) и напряжение (Vp)
- 4. Рассчитайте соотношение витков по формуле: N = sqrt (Zl / Zs)
- 5. Рассчитайте минимальную первичную индуктивность по формуле: Lp(min) = 2,5 * Zs / (2 * pi * fmin)
- 6. Рассчитайте минимальную константу Et по формуле: Et(min) = Vp * tpw
- 7. Убедитесь, что падение является приемлемым (вероятно < 10%): D = 1 - exp ( -Zs * tpw / (2*Lp))
- 8. Если отклонение недопустимо, пересчитать Lp из: Lp = - Zs * tpw / (2 * Lp)
- 9. Выберите устройство, соответствующее указанным выше характеристикам, с наименьшими значениями индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости.
Приближения, сделанные в формулах, что стратегия имеет свои ограничения но ошибки обычно незначительны.
Трансформаторы для тиристорных приводов
Трансформаторы используются в тиристорных приводах для обеспечения изоляции
схема управления и преобразование напряжения/тока. Для тиристора
для включения затвор необходимо удерживать на высоком уровне до тех пор, пока ток в тиристоре не превысит
ток удержания устройства. Это время зависит от самого устройства и
характеристики нагрузки. Резистивная нагрузка будет иметь быстрый рост тока
времени и, следовательно, требуют более узкого импульса, чем для индуктивной нагрузки.
К сожалению, большинство приложений предназначено для моторных приводов, и это
часто бывает трудно определить цифру максимальной длительности импульса.
Также важно следить, чтобы тиристор не включался слишком медленно. Это приводит к локальным «горячим точкам» в устройстве и преждевременному отказу устройства. Это требование означает, что трансформатор должен иметь минимальную утечку индуктивность насколько это возможно.
Для приложений, где используются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). устроиться на работу следует помнить, что это очень сложно, если не невозможна работа импульсных трансформаторов и более 60% коэффициента деления. Причина этого в том, что трансформатору требуется время для сброса. между импульсами.
Подробная информация об использовании трансформаторов в электронных конструкциях
На основе [2]
Низкое искажение сигнала
Да, при использовании следует остерегаться искажения нижнего изгиба. трансформаторы с кремниево-железным сердечником для аудиоприложений за пределами их
технические характеристики. В обычном случае используется слишком большой трансформатор, так что
индукция при низких уровнях сигнала минутная. Это также может произойти с
никель-железные сердечники, но только при очень низких индукциях.
Когда учащиеся впервые знакомятся с кривой гистерезиса, S-образная Сначала обычно рисуется «начальная кривая намагничивания», затем петля ЧД. После этого S-образность исходной кривой забывается, но это Нижний изгиб все еще там, ждет, чтобы укусить вас!
Что касается линейности кривой при низкой интенсивности, мы все знаем, что кривая B-H выравнивается вверху, но я думаю, вы обнаружите, что вокруг происхождение также.
Например, это может произойти, когда вы уменьшили первичный сигнал на 80 дБ,
вторичный сигнал может быть уменьшен, например, на 81 дБ. Т
Действительно, кривая BH имеет уплощение около нуля.
Эта проблема может быть уменьшена за счет использования воздушного зазора правильного размера в сердечнике трансформатора, что позволяет получить, например, линейность более 80 дБ.
Информация о трансформаторах, используемых в импульсных источниках питания
Выходное напряжение высокочастотного трансформатора та же форма сигнала (не обязательно напряжение), что и входной сигнал (утечка и т. д. игнорируется). На самом деле вторичный ток может быть «ощущен» или измерен от первичной обмотки, как это обычно бывает для системы управления режимом тока или даже схемы контроллера режима напряжения с защитой от перегрузки. вторичный напряжение и ток полностью совпадают по фазе с первичным напряжением и Текущий.
Ниже приведено то, что, я надеюсь, понятно в виде типичных сигналов напряжения и тока. для двухфазного прямого преобразователя SMPS:
|-------| |------
| | |
Пвольты ---| |---| |---|
| |
|--------|
/| /|
/ | / |
/ | / |
/ | / |
/ | / | /
/ | / | /
/ | / | /
Текущий / | / | /
/ |---/ |---/
Вы, без сомнения, узнаете форму волны тока катушки индуктивности в первичной обмотке. текущая форма волны выше. Все дело в том, что ввод
и формы выходного напряжения и тока полностью совпадают по фазе (игнорируя
утечка L C и т. д. и т. д.).
В чем разница между ламинированным и тороидальным трансформатором?
Принципиальной разницы между тороидальным трансформатором и трансформатором нет. обычный трансформатор. Оба работают одинаково. В принципе разница только в механической форме трансформатора.
Основное отличие состоит в том, что традиционный трансформатор и
тороидальный трансформатор намотан на другой сердечник трансформатора.
В традиционных трансформаторах обычно используются так называемые «E»-сердечники.
которые сделаны из штабелей железа. Трансформатор Toroidla использовал тороидальный
сердечник трансформатора (форма «О»).
торрид сердечник обеспечивает замкнутую магнитную цепь и не теряет магнитного потока
в свободное пространство, как если бы то же самое ядро имело форму стержня. потерял
поток - это потерянная энергия, поэтому торрид обеспечит более высокую индуктивность,
более тесная связь, более высокая эффективность и более высокая добротность, и так далее. Вся концепция заключается в том, чтобы физически сконцентрировать поток там, где он необходим.
Кроме того, поскольку поток концентрируется в сердечнике, компоненты, которые
обычно на них влияет нахождение рядом с катушкой индуктивности/трансформатором,
можно установить ближе к торриду, а торрид, как правило, будет меньше
чем индуктор или трансформатор с более традиционными формами сердечника.
Тороиды обычно изготавливаются из более тонкой полосы кремния более высокого качества. железа, и у них действительно непрерывная магнитная цепь. Это основные характеристики, обеспечивающие меньшие потери и почти нулевые внешнее магнитное поле, которые являются обычными причинами для выбора, часто более дорогостоящий тороидальный трансформатор, чем трансформатор с многослойным сердечником.
В принципе идеальная тороидальная обмотка не имеет внешнего магнитного поля.
и на практике тороидальные трансформаторы имеют более низкие внешние поля,
но разработчики трансформаторов склонны проектировать тороиды так, чтобы они работали ближе к
насыщение, которое увеличивает внешнее поле, в значительной степени устраняя
преимущество.
Тороиды популярны в усилителях Hi-Fi, потому что они позволяют предъявлять претензии. о слабом внешнем поле и, что гораздо важнее, потому что вес намотанного тороидального трансформатора меньше эквивалентного обычный трансформатор.
«Сплющенный» профиль тороидального трансформатора также придает ему площадь поверхности на единицу ВА больше, чем у обычного трансформатора, поэтому он рассеивает больше тепла на единицу повышения температуры, что разработчики используют их, запуская их при более высокой плотности тока.
Детали силового трансформатора
Когда сердечник трансформатора насыщается, он теряет свои индуктивные характеристики; ток первичной обмотки может достигать чрезвычайно высоких значений в течение нескольких циклов переменного тока. Поскольку трансформаторы остаются поляризованными при выключении, возникновение насыщения зависит от полярности и фазового угла цикла переменного тока при включении и выключении цепи.
Насыщение сердечника трансформатора может привести к необъяснимому перегоранию предохранителей, системным сбоям или преждевременному выходу из строя переключателей и реле. Кроме того, по пусковому току насыщения трансформатора от источника питания
также может быть вызван импульсом начального заряда конденсаторов фильтра.
Используя резистор, пусковое устройство или индуктивный входной фильтр во вторичной обмотке, вы можете уменьшить этот пусковой выброс. Другим решением является плавный пуск трансформатора с помощью резистора в первичной обмотке для ограничения пусковых токов и токов насыщения до приемлемого уровня.
Источники информации
- [1] Hannu Miettinen, Kytnnn Elektroniikkaa, Infopress, 1976
- [2] Различные новостные статьи Usenet
- [3] Различные веб-документы
- [4] Книга заметок по применению компонентов Newport
- [5] Интеллектуальный выключатель отключает ток включения трансформатора, EDN 23 апреля 1998 г.
автор: Томи Энгдал
Калькулятор импеданса катушки индуктивности • Электрические, радиочастотные и электронные калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Обратите внимание, что величина импеданса идеальной катушки индуктивности равна ее реактивному сопротивлению. Однако они не идентичны из-за фазового сдвига между напряжением и током в индуктивной цепи. Для расчета используется следующая формула:
Где:
x L является реактивным реактивным сопротивлением в Ом (ω),
Z L - это актарный материал. — угловая частота в рад/с,
f — частота в герцах (Гц),
L — индуктивность в генри (Гн),
Дж — мнимая единица измерения.
Для расчета введите индуктивность и частоту, выберите единицы измерения, и результат будет показан в омах.
Катушка индуктивности представляет собой пассивный электрический компонент с двумя выводами, состоящий в основном из изолированного провода, намотанного на магнитный сердечник или без него (воздушный сердечник) в виде катушки. Катушки индуктивности также называют катушками и дросселями. Магнитопровод обычно изготавливается из ферромагнитного металла, например железа или ферромагнитной керамики (феррита), и используется для усиления магнитного поля и, таким образом, для увеличения индуктивности катушки. Как и конденсаторы, катушки индуктивности используются для накопления энергии. Однако, в отличие от конденсаторов, энергия в катушках индуктивности хранится в магнитном поле, окружающем катушку индуктивности. Одним из применений катушек индуктивности являются фильтры, используемые для устранения пульсаций на выходе постоянного тока или для предотвращения передачи радиочастотных (РЧ) помех по кабелям. Дроссели широко применяются в настроечных схемах радиопередатчиков и приемников, в трансформаторах.
Высокодобротная катушка индуктивности с воздушным сердечником в радиопередатчике
В отличие от конденсаторов, которые препятствуют скорости изменения напряжения на своих пластинах, катушки индуктивности препятствуют скорости изменения тока, протекающего через них. В отличие от конденсаторов, которые не пропускают постоянный ток, катушки индуктивности легко пропускают его через себя. Катушки индуктивности сопротивляются только переменному или переменному току, и эта способность сопротивляться току прямо пропорциональна присущему им свойству, называемому индуктивностью, которая обозначается символом L в честь русского физика Эмиля Ленца и измеряется в генри по имени американского ученого Джозефа Генри.
В отличие от резисторов, которые просто противодействуют протекающему через них электрическому току, создавая напряжение, прямо пропорциональное току, катушки индуктивности противодействуют изменениям тока, протекающего через них. Они создают падение напряжения, прямо пропорциональное скорости изменения тока через них. Полярность этого индуцированного напряжения всегда такова, что напряжение пытается поддерживать изменяющийся ток в его нынешнем состоянии. Например, когда ток увеличивается, напряжение имеет тенденцию противодействовать этому увеличению и поддерживать меньший ток, а когда ток уменьшается, напряжение имеет тенденцию противодействовать этому уменьшению и поддерживать более высокий ток. Более высокая скорость изменения тока всегда приводит к большему обратному напряжению. Из-за этого свойства это напряжение называют «обратной электродвижущей силой» («противо-ЭДС»). Чтобы отличить это свойство катушек от сопротивления, его называют реактивное сопротивление . Если на катушку подается синусоидальное напряжение, более высокие скорости изменения происходят при более высокой частоте, поэтому при более высоких частотах катушка становится более устойчивой к току, и ее реактивное сопротивление также увеличивается, как показано на графике.
График идеального реактивного сопротивления катушки индуктивности X L и тока, протекающего через катушку индуктивности I , в зависимости от частоты f для заданной индуктивности показывает прямую зависимость реактивного сопротивления от частоты и обратную пропорциональную зависимость от тока
Как и реактивное сопротивление, импеданс Z также измеряется в омах (Ом) и состоит из двух составляющих — действительной и мнимой частей. Во-первых, это сопротивление R, которое замедляет ток из-за плохо проводящего электричество материала и его формы. Вторая составляющая — это рассмотренное выше реактивное сопротивление X, которое замедляет ток из-за противодействия электрического и магнитного полей.
Если реальный индуктор подключить к источнику постоянного тока , через индуктор протекает постоянный постоянный ток, который ограничивается только низким сопротивлением провода, из которого изготовлен индуктор. Когда индуктор подключен к постоянному источнику постоянного напряжения, ток будет протекать через катушку и медленно увеличиваться до своего максимального значения, которое определяется внутренним сопротивлением источника питания и внутренним сопротивлением витков катушки. ЭДС самоиндукции на катушке индуктора препятствует быстрому нарастанию тока и «борется» с приложенным напряжением до тех пор, пока ток не поднимется до своего максимального значения.
Если источник постоянного тока отключить от индуктора, ток, протекающий через него, будет неуклонно падать до нуля и снова противо-ЭДС индуктора будет «бороться» с изменением тока и будет пытаться удержать ток неизменным. В конце концов ток постепенно упадет до нуля.
В чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения на π /2 или 90°. 1 — ток имеет отрицательный максимум, скорость его изменения равна нулю, напряжение равно нулю; 2 — ток равен нулю, скорость его изменения максимальна, а напряжение максимально положительно; 3 — ток имеет положительный максимум, скорость его изменения равна нулю, напряжение равно нулю; 4 — ток равен нулю, скорость его изменения максимальна, а напряжение максимально отрицательно
Если на катушку подается переменное синусоидальное напряжение , ток будет отставать от напряжения на некоторый фазовый угол, как показано на рисунке. Для чистого индуктора этот фазовый угол будет равен 90° или ¼ цикла. В точке на оси времени ( ωt = π /2), в которой ток равен нулю, на дросселе имеется положительное максимальное напряжение. С течением времени ток постепенно увеличивается, и вокруг катушки также создается магнитное поле. В этом магнитном поле индуцируется ЭДС, направленная против тока. Эта ЭДС является реакцией на изменение тока через нее, и она максимальна, когда ток равен нулю, потому что в этой точке скорость изменения тока максимальна. Когда ток достигает своего пика (положительного или отрицательного), скорость синусоидального изменения тока равна нулю, и в этих точках противоэдс также равна нулю. Это приводит к тому, что волна напряжения на 90° или π /2 не совпадает по фазе с волной тока. То есть напряжение опережает ток или ток отстает от напряжения.
Возьмем аналогию: Солнце (солнечный свет — напряжение) наиболее мощное в астрономический полдень, однако самая жаркая часть дня (температура — ток) обычно наступает несколькими часами позже. Или зимнее солнцестояние в Северном полушарии (самый короткий день) приходится на конец декабря, а самые холодные месяцы еще впереди — в зависимости от того, где вы живете, это январь или даже февраль. Причиной этого «сезонного отставания» или «фазового сдвига» является поглощение солнечной энергии массивными океанами Земли. Позже они отпускают его медленно — точно так же, как это делают индуктивности.
Зимнее солнцестояние в Северном полушарии (самый короткий день) приходится на конец декабря, а самые холодные месяцы еще впереди — так ведет себя ток в индукторе
Расчетное сопротивление является мерой сопротивления индуктора сопротивление сигналу на определенной частоте , который проходит через него. Индуктивное реактивное сопротивление зависит от изменения частоты приложенного переменного напряжения. Формула и график выше показывают, что реактивное сопротивление катушки индуктивности X L велико на высоких частотах и мало на низких частотах (конденсаторы ведут себя наоборот). На высокой частоте индуктивное сопротивление становится очень большим или полностью противостоит току. Индуктор блокирует высокочастотный ток. С другой стороны, на очень низких частотах или постоянном напряжении индуктор проводит очень хорошо — отсюда правило, которое мы выучили в старшей школе: индукторы блокируют переменный ток и пропускают постоянный. Если частота очень низкая, катушки индуктивности очень хорошо пропускают сигналы. Именно поэтому в кроссоверы ставят катушки индуктивности, чтобы блокировать высокие частоты от драйверов сабвуфера.
Полное сопротивление измеряется в омах, как и сопротивление. Как и сопротивление, импеданс показывает величину сопротивления катушки индуктивности потоку электрического тока.
