Онлайн расчет импульсного трансформатора: методика, формулы и практические рекомендации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как рассчитать параметры импульсного трансформатора. Какие формулы использовать для расчета обмоток и сердечника. Какие особенности нужно учитывать при проектировании импульсного трансформатора. Как правильно намотать обмотки на тороидальный сердечник.

Содержание

Основные принципы расчета импульсного трансформатора

Расчет импульсного трансформатора имеет ряд особенностей по сравнению с расчетом обычных низкочастотных трансформаторов. При проектировании импульсного трансформатора необходимо учитывать следующие ключевые моменты:

Высокая рабочая частота (десятки-сотни кГц)
Импульсный характер передаваемой мощности
Необходимость минимизации паразитных параметров
Выбор оптимального материала и конструкции сердечника
Расчет обмоток с учетом скин-эффекта

Основные этапы расчета импульсного трансформатора включают:

Определение требуемых электрических параметров (мощность, напряжения, токи)
Выбор материала и размеров магнитопровода

Расчет числа витков и сечения проводов обмоток
Проверка соответствия расчетных параметров требуемым
Оптимизация конструкции при необходимости

Выбор сердечника для импульсного трансформатора

Правильный выбор сердечника во многом определяет характеристики импульсного трансформатора. Наиболее распространенные типы сердечников для импульсных трансформаторов:

Ферритовые кольца
Ш-образные магнитопроводы
ETD и EFD сердечники
Планарные сердечники

При выборе сердечника учитываются следующие факторы:

Рабочая частота преобразователя
Передаваемая мощность
Требуемые габариты устройства
Допустимые потери в сердечнике

Для большинства любительских конструкций оптимальным выбором являются ферритовые кольца, обладающие низкой стоимостью и хорошими характеристиками на высоких частотах.

Расчет параметров сердечника импульсного трансформатора

Основные расчетные параметры сердечника импульсного трансформатора:

Эффективная площадь сечения магнитопровода Sэ
Эффективный объем магнитопровода Ve
Длина средней магнитной линии lср

Для тороидального сердечника эти параметры рассчитываются по формулам:

Sэ = h * (D — d) / 2

Ve = π * h * (D2 — d2) / 4

lср = π * (D + d) / 2

где h — высота кольца, D — внешний диаметр, d — внутренний диаметр.

Зная эти параметры, можно рассчитать число витков обмоток и проверить возможность размещения обмоток в окне сердечника.

Расчет числа витков обмоток импульсного трансформатора

Число витков первичной обмотки импульсного трансформатора рассчитывается по формуле:

W1 = (U * t) / (ΔB * Sэ * 10^-4)

где:

U — напряжение на обмотке (В)
t — длительность импульса (с)
ΔB — допустимое изменение индукции (Тл)
Sэ — эффективная площадь сечения сердечника (см2)

Число витков вторичной обмотки определяется через коэффициент трансформации:

W2 = W1 * (U2 / U1)

где U1 и U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

Особенности намотки обмоток импульсного трансформатора

При намотке обмоток импульсного трансформатора необходимо учитывать следующие рекомендации:

Использовать провод с учетом скин-эффекта (литцендрат или фольгу)
Обеспечивать равномерное распределение витков по периметру сердечника
Минимизировать длину выводов обмоток
Применять качественную межслоевую изоляцию
Фиксировать обмотки для предотвращения смещения витков

Правильная намотка обмоток позволяет снизить паразитные параметры и улучшить характеристики трансформатора.

Проверка и оптимизация параметров импульсного трансформатора

После завершения расчетов необходимо проверить следующие параметры импульсного трансформатора:

Индуктивность рассеяния
Межобмоточная емкость
Потери в сердечнике и обмотках
Возможность размещения обмоток в окне сердечника

Если какие-либо параметры не удовлетворяют требованиям, может потребоваться оптимизация конструкции трансформатора:

Изменение числа витков или сечения проводов
Выбор другого типоразмера сердечника
Применение секционирования обмоток
Использование дополнительных мер по снижению паразитных параметров

Процесс оптимизации может потребовать нескольких итераций расчета и корректировки параметров.

Практические рекомендации по изготовлению импульсных трансформаторов

При самостоятельном изготовлении импульсных трансформаторов рекомендуется придерживаться следующих правил:

Использовать качественные ферритовые материалы, рассчитанные на рабочую частоту
Применять провода с учетом скин-эффекта (литцендрат, фольга)
Обеспечивать надежную изоляцию между обмотками и сердечником
Фиксировать обмотки для предотвращения смещения витков
Минимизировать длину выводов обмоток
Проводить измерения параметров готового трансформатора

Соблюдение этих рекомендаций позволит изготовить импульсный трансформатор с хорошими характеристиками даже в любительских условиях.

Расчет трансформаторного блока питания: методика, формула, подбор устройства

Методика расчета импульсного трансформатора

Еще со школьной скамьи любой человек помнит, что эффективность преобразования зависит от количества витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора, а сама работа устройства основана на явлении индуктивности. Но не совсем ясно, как учесть количество витков, соотнести первичную и вторичную обмотку с выбранным типом трансформатора, а так же учесть неизбежные потери напряжения.

Отмечу, что импульсный трансформатор можно считать простейшим представителем устройств. При этом в заводском варианте выпускают следующие типы подобных устройств:

Стержневой.
Броневой.
Тороидальный.
Бронестержневой.

Сразу скажу, что в статье речь пойдет именно о расчете тороидального трансформатора, поскольку именно этот вид устройства прост в изготовлении и расчете. Теоретически дома можно изготовить и стержневое устройство, но для него требуется обустройство катушки. К этому процессу предъявляются повышенные требования в плане аккуратности выполнения работ. Поэтому проще не замахиваться на изготовление заводской продукции в кустарных условиях, тем более что и тороидальные модели прекрасно работают.

Остальные же варианты трансформаторов и вовсе изготовить в условиях домашней мастерской невозможно. Если говорить о расчете, то в качестве исходных данных вам потребуется:

Напряжение на входе. Его можно просто замерить в сети, хотя чаще всего этот параметр равен 220В.
Параметры тока на выходе. Сюда в обязательном порядке относят напряжение и силу тока в сети после преобразователя.

Все остальное рассчитывается.

Вручную

Конечной целью расчета считается определение параметров на первичной и вторичной обмотке. Проблемой является необходимость определения трех параметров, которые простому человеку найти довольно сложно. В силу этой причины в СССР была разработана табличная методика расчета.

P	W1	W2	S	η
Меньше 10 Вт	41/S	38/S	0,8
Меньше 30 Вт	36/S	32/S	0,9
Меньше 50 Вт	33/S	29/S	0,92
Меньше 120 Вт	32/S	28/S	0,95

Стоит просто идти по строке, расчет строится на результатах проведенных в лабораториях опытов. То есть все формулы – чистая практика.

При помощи специального ПО

Существуют различные программы для обработки данных и расчета трансформатора. Сюда входит множество онлайн и оффлайн приложений. В отдельности стоит выделить программу ExcellentIT 8.1. Это бесплатное программное обеспечение от одного из постоянных обитателей форумов об электросиловых установка.

После запуска программы перед вами появится несколько окон с пустыми полями вводных данных. После их заполнения нажимается кнопка «Ок» и компьютер делает все за вас. Результаты вычислений ПО и ручного расчета примерно одинаковы, так как именно на основании табличной методики разработаны практически коды компьютерного обеспечения для расчета трансформаторов.

Какую схему питания УНЧ выбрать?

Для питания микросхемы, я решил использовать двухполярное питание.

При двухполярном питании не требуется бороться с фоном и щелчками при включении. Кроме того, отпадает необходимость в разделительных конденсаторах на выходе усилителя.

Ну, и самое главное, микросхемы, рассчитанные на однополярное питание и имеющие соизмеримый уровень искажений, в несколько раз дороже.

Это схема блока питания. В нём применён двухполярный двухполупериодный выпрямитель, которому требуются трансформатор с двумя совершенно одинаковыми обмотками «III» и «IV» соединёнными последовательно. Далее все основные расчёты будут вестись только для одной из этих обмоток.

Обмотка «II» предназначена для питания электронных регуляторов громкости, тембра и стереобазы, собранных на микросхеме TDA1524. Думаю описать темброблок в одной из будущих статей.

Ток, протекающий через обмотку «II» будет крайне мал, так как микросхема TDA1524 при напряжении питания 8,5 Вольта потребляет ток всего 35мА. Так что потребление здесь ожидается менее одного Ватта и на общей картине сильно не отразится.

Примеры расчета

Порядок вычислений по таблице выглядит следующим образом:

Мощность вторичного пользователя

Определим мощность вторичного пользователя трансформатора. Формулу изучали в 9 классе на уроках физики:

Р = Uн * Iн = 24*1,8 = 43,2 Вт – примем условное напряжение вторичного источника в 24 Вт и силу тока в 1,8 А. В общем и целом это рядовые значения электроники средней сложности

Но вот проблема, в таблице используется габаритная мощность. Для ее нахождения придется использовать КПД, а по таблице КПД определяется в зависимости от используемой габаритной мощности. Поэтому используем предположение, что габаритная мощность находится в том же числовом промежутке, что и вычисленное значение («Меньше 50»).

Габаритная мощность

Тогда мы знаем КПД=0,92 и можем посчитать габаритную мощность трансформатора.

Рг= Р/ η= 43,2 / 0,92 = 48Вт – а вот по этому значению уже можно выбирать дальнейшее решение, но это все та же категория «Меньше 50». Если бы габаритная мощность не попала в предполагаемый интервал, пришлось бы провести повторные вычисления для большего интервала. Если и больший интервал не подойдет, значит можно смело использовать меньший. Вычисления несложные, поэтому любое их количество все равно сэкономит время на поиск сложных параметров расчета.
Определим площадь поперченного сечения. Согласно таблице формула выглядит так:

Результат получаем в см2. Следующим шагом берется любой каталог с выпускаемыми в России сердечниками. В первую очередь нас интересуют сердечники из ферримагнитного железа. Проверяем выбор по соответствию посчитанной площади.

К примеру, нам может подойти модель сердечника – ОЛ50/80 – 40; его площадь поперечного сечения равняется 6, что можно считать практически равной посчитанной.

Количество витков

Посчитаем количество витков на первой обмотке.

w1 = 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Здесь нужно обратить внимание на две вещи. Во-первых, витки посчитаны на 1 вольт, то есть это еще не конечный результат. Во-вторых, для расчета использовалось значение не теоретического сердечника, а реального, подобранного в соответствии с посчитанной величиной поперечной площади.

Остальные витки

Теперь в соответствие с формулами можно найти и оставшиеся значения витков:

W1-1 = w1 * Uс =5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 5,55 * 24 = 133 витка.

Импульсные трансформаторы отличаются тем, что потери в них преодолеваются с помощью активного сопротивления, а не плотности потока. Чтобы уменьшить потери мощности на этот процесс и приблизить расчеты к реальности, количество витков увеличивают на 3 процента. Во всем мире это значение признается достаточным для того, чтобы уменьшить потери.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Диаметр провода обмотки

Окончательным вычисление станет после определения требуемого диаметра провода обмотки:

d = 1,13 √(I / j)

Иначе говоря, сила тока делится на плотность потока, которую ищут по таблице, представленной внизу.

Конструкция трансформатора	Габаритная мощность трансформатора
Конструкция трансформатора	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Кольцевая	4,5-5,0	4,0-4,5	3,5-4,5	3,0-3,5	2,5-3,0

Так как мощность приближается к верхней границе интервала 10-50, выберем значение 4,5. Тогда диаметр можно посчитать как:

D=1,13 √(1,8 / 4,5)=0,71 мм – по заводской таблице выбрать подходящий вариант.

Общая часть

Всем доброго времени суток! Представляю Вашему вниманию типовую работу «Указания по расчету нагрузок трансформаторов тока» №48082-э «Теплоэлектропроект».

Вторичная нагрузка на трансформаторы тока (ТТ) складывается из:

а) сопротивления проводов — rпр;
б) полного сопротивления реле и измерительных приборов — Zр и Zп;
в) переходного сопротивления принимаемого равным — rпер = 0,05 Ом.

Согласно ГОСТ трансформаторы тока должны соответствовать одному из следующих классов точности: 0,5; 1; 3; 5Р; 10Р.

Класс точности 0,5 должен обеспечиваться при питании от трансформатора тока расчетных счетчиков. При питании щитовых измерительных приборов класс точности трансформаторов тока должен быть не ниже 3. При необходимости для измерения иметь более высокий класс точности трансформаторы тока должны выбираться по классу точности на ступень выше, чем соответствующий измерительный прибор.

Например: для приборов класса 1 трансформаторов тока должен обеспечивать класс 0,5; для приборов — 1,5 трансформаторов тока должен обеспечивать класс точности 1,0.

Требования к трансформаторам тока для релейной защиты рассмотрены ниже.

При расчете нагрузки на ТТ в целях упрощения допускается сопротивления элементов вторичной цепи ТТ складывать арифметически, что создает некоторый расчетный запас.

Потребление токовых обмоток релейной и измерительной аппаратуры приведено в разделе «7. Справочные данные по потреблению релейной аппаратуры». Для удобства и упрощения расчета в указанных приложениях потребление дано в Омах. Для тех приборов и реле, для которых в каталогах указано их потребление в ВА, сопротивление в Омах определяется по выражению

где: S – потребляемая мощность по токовым цепям, ВА; I – ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

При расчете сопротивления проводов (кабеля) во вторичных цепях ТТ используется:

где:

rпр — активное сопротивление проводов (жилы кабеля) от трансформатора тока до прибора или реле, Ом;
l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до места установки измерительных приборов или релейной аппаратуры, м;
S – сечение провода или жилы кабеля, мм2;
γ –удельная проводимость, м/Ом. мм2(для меди γ = 57, для алюминия γ =34,5).

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Как подобрать подходящий трансформатор

Выбрать подходящий трансформатор можно большим количеством способов, но львиная доля это безысходность или незнание мастера. Выделим три наиболее простых и применимых в практике метода:

Первый. Взять старый трансформатор, вышедший из строя. Посмотреть маркировку и найти в Интернете аналог. Если вдруг трансформатор требуется для иных целей, придется повозиться.
Второй способ: практический. Для этого следует замерить напряжение и силу тока в сети, а затем посмотреть требуемые параметры устройства, которое планируется подключать через трансформатор. После этого нужно посчитать коэффициент трансформации и, вооружившись этими знаниями, идти выбирать подходящую модель.
Третий способ: аналитический. Воспользоваться приведенным в статье расчетом или программным обеспечением, чтобы определить конкретные параметры модели. Если учесть, что в примере используются реальные сердечники и диаметры проводов, то реально найти устройство, которое будет соответствовать заявленным требованиям.

6.Определение расчетной нагрузки Zн

Расчетная нагрузка для трансформаторов тока релейной защиты определяется по выражениям, приведенным в таблице №1. В расчете принимается Zн=Zдоп.

По значению Zн можно определить сопротивление соединительных проводов (жил кабеля) во вторичных цепях трансформаторов тока.

Таблица 1 – расчетные формулы для определения вторичной нагрузки и сопротивления соединительных проводов трансформаторов тока для релейной защиты

Можно ли использовать планарный трансформатор

Конечно, можно. Но, вопрос в том, нужно ли. Планарным трансформатором зовут устройство на основе распечатанной платы. Использование подобных моделей незаменимо для компактной техники, вроде телефонов, компьютеров и прочего.

Однако, если речь идет о замене или самостоятельном конструировании прибора, то столь инновационная технология не нужна в силу дороговизны и сложности монтажа.

Не нужно изобретать велосипед: есть целый ряд методик расчета, создания и монтажа традиционных трансформаторов, которые готовы выполнить для пользователя практически любую задачу. Использование планарного трансформатора оправдано только при предъявлении к устройству требования особой компактности и мобильности.

Расчёт тороидального трансформатора по сечению сердечника калькулятор

Содержание

Методика расчета – пошаговая инструкция
Расчет сердечника
Определим количество витков первичной обмотки
Расчет сечения применяемых проводов
Как упростить задачу по намотке витков на сердечник

Чтобы рассчитать параметры трансформатора, введите данные мощности и напряжения подключаемого устройства, а также напряжение сети.

Площадь сердечника выражается произведением ширины железной пластины сердечника (или средней части пластины при Ш-образном железе) на толщину всего набора пластин.

При расчётах мощность сети берется равной 1,2 мощности трансформатора (потери трансформатора ≈ 20%).

*Расчёт производится по методике, описанной в руководстве для технических кружков «Техническое Творчество».

«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.
Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.
Вот так я и начал изучать силовую электронику».

А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.
При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один – массогабаритные показатели. Всё остальное – сплошной минус.

Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований.

Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД.
Но самое главное – при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.
Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты.

Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.
А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание «что-то подправить в консерватории». Объясняется это желание просто – существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя. А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора.

А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами.

Рис.1

Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей, так что не работать в ней – просто нечему.

Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или импортных – EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода.

Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного моточного изделия.
Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе:

P_габ>1,25×Р_н .

Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?
Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры.
А не выше, потому что мы пилоты. А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину.

Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.

Результаты сведём в таблицу.

Мощность блока питания, Вт	Размеры кольца, мм ; (габаритная мощность, Вт)	Количество витков первичной обмотки	Индуктивность обмотки, мГн
25	R 20×12×6 2000НМ (33,8 Вт) R 22,1×13,7×6,35 №87 (51,5 Вт)

50R 22,1×13,7×12,5 №87 (100,1 Вт)
R 22,1×13,7×7,9 №87 (63,9 Вт)
R 27×18×6 2000НМ (85,3 Вт)100R 28×16×9 2000НМ (136 Вт)
R 32,0×20,0×6,0 №27 (141 Вт)200R 28×16×18 2000НМ (268 Вт)
R 29,5×19,0×14,9 №87 (297 Вт)
R 30,5×20,0×12,5 №87 (265 Вт)
R 34,0×20,5×10,0 №87 (294 Вт)
R 34,0×20,5×12,5 №87 (371 Вт)
R 38×24×7 2000НМ (278 Вт)

400R 36,0×23,0×15,0 №87 (552 Вт)
R 38×24×14 2000НМ (565 Вт)
R 40×25×11 2000НМ (500 Вт)800R 40×25×22 2000НМ (998 Вт)
R 45×28×16 2000НМ (1036 Вт)
R 45×28×24 2000НМ (1580 Вт)1500R 50,0×30,0×20,0 №87 (1907 Вт)
R 58,3×32,0×18,0 №87 (2570 Вт)

Как следует мотать первичную обмотку трансформатора?

Рис. 2 а) б) в) г) д)

Если используются кольца 2000НМ отечественного производителя, то для начала – посредством наждачной бумаги скругляем наружные острые грани до состояния, приведённого на Рис.2 а).

Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку (Рис.2 б). В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту.

Для буржуйских колец фирмы EPCOS первые два пункта практической ценности не имеют.

Настало время намотать однослойную обмотку «виток к витку» (Рис.2 в). Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру магнитопровода – это важно!

Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра (Рис.2 г). Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре (или два провода по 0,7мм).

Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку – пару слоёв лакоткани или другой изолирующей ленты (Рис.2 д).

А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения.
Казалось бы, расчёты количества витков вторичной обмотки импульсного трансформатора настолько банальны и очевидны, что, как говаривал товарищ Мамин-Сибиряк – «яйца выеденного не стоят».
Да только вот опять – не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом. Поэтому для начала приведём формулу зависимости выходного напряжения от соотношения количества витков обмоток:
W1 (Uвх – Uдм1)/2 – Uнас ,
W2 (Uвых+Uдм2)
где Uвх – значение выпрямленного напряжения сети, равное 1,41×220≈310В,
Uдм1 – падение напряжения на входном диодном мосте ≈ 1В,
Uдм2 – падение напряжения на выходном диодном мосте ≈ 1В,
Uнас – напряжение насыщения на ключевом транзисторе ≈ 1,6В.
Подставив значения, получаем конечную формулу W2 = W1×(Uвых+1)/153.
Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу.
Если же данный параметр нас интересует при максимальном токе нагрузки, то практика показывает, что количество витков вторичной обмотки следует увеличить на 10%.

Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора. Диаметр этот достаточно просто вычисляется по формуле:
D = 1,13×√ I / J ,
где I – ток обмотки, а J – параметр плотности тока, напрямую зависящий от мощности трансформатора и принимающий для кольцевых сердечников значения:
≈4,5 для мощностей до 50Вт; ≈4 для 50-150Вт; ≈3,25 для 150-300Вт и ≈2,75 для 300-1000Вт.

И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора.

Точно так же, как и в случае с первичной обмоткой – вторичная должна быть как можно более равномерно распределена по периметру магнитопровода.

Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода. При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей не должна превышать расчётную мощность трансформатора.

При необходимости поиметь двуполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий – к земле, средней точке, общей шине, корпусу, или совсем на худой конец – к GND-у.

Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины – плавками с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ.
Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу.

Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как выбрать форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого количества витков?

Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:

Равномерное распределение обмоток;
Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
Сниженные токи Х. Х. в 10…20 раз;
Высокий К.П.Д;
Уменьшение полей рассеяния;
Низкий уровень шума.

Если приложить определенные усилия для создания тороидального трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.

Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.

Расчет сердечника

Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:

«P=1,9*Sc*So», где:

P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»

Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим.
«P=1,9*70*70=9310 Ватт»

Определим количество витков первичной обмотки

В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу.
К=35/ Sc, где:

K – количество витков на 1 вольт напряжения.
35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.

Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию.
«K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу.
«W1=U1*K», где:

W1- количество витков в первой обмотке.
U1 – необходимое напряжение в этой точке.
K – количество витков на 1 вольт напряжения.

«W1=220*0,5=110» – витков.
С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим.
«W2=35*0,5=17,5» – витков.

Расчет сечения применяемых проводов

Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора:
«I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера»
С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки.
«I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.

Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.

Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера.
Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:

Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.

Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:

8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.

Как упростить задачу по намотке витков на сердечник

Зная как создать трансформатор во всех подробностях и всеми данными, остается перейти к практической работе, но намотка витков представляет собой достаточно трудоемкий процесс, требующий особой концентрации внимания. Правильность намотки также имеет значение и напрямую влияет на характеристики устройства, которое в итоге получится.

Но для таких случаев в помощь людям существует специальное устройство, станок для намотки тороидальных трансформаторов, цена такого приспособления не высока, но купить его не просто, поэтому на рынке часто встречаются самодельные устройства, и если почитать соответствующую литературу, то можно попробовать сделать этот станок самому.

Online Electric | Веб-сервис в сфере электроэнергетики и электротехники

Начинаете свою деятельность в сфере проектирования электроснабжения? Возникли сложности с расчетами по электроэнергетике и электротехнике? Свяжитесь с репетитором по электроэнергетике!

Бот Яша подскажет как найти нужный онлайн расчет или базу данных на сайте «Онлайн Электрик».
Написать боту.

Сервис «Онлайн Электрик»

Автоматизация решений электротехнических задач, возникающих при проектировании, монтаже, оптимизации и эксплуатации систем электроснабжения.

Подробнее о нас

Возможность

развития систем электроснабжения

Надежность

для всех категорий электропотребителей

Экономичность

на основе энергосбережения

Безопасность

электрических сетей и электрооборудования

События, новости и факты

Следите за новостями в сфере электроэнергетики.

	07.12.2022-09.12.2022 Четвертая международная промышленная выставка «EXPO-RUSSIA VIETNAM 2022» и Российско-Вьетнамский межрегиональный бизнес-форум
	05.11.2022-07.11.2022 IX международная промышленная выставка «EXPO-RUSSIA ARMENIA 2022» и VII Ереванский бизнес-форум
	12.10.2022-14.10.2022 Промышленный форум в Ижевске
	28.09.2022-30.09.2022 Юбилейная Казахстанская международная выставка «Энергетика, электротехника и энергетическое машиностроение»
	14. 09.2022 V Международная научно-техническая конференция «Современные задачи автоматизации энергетики»

Все события

27.01.2022
Боевая степень готовности

31.03.2021
Всероссийский конкурс по энергосбережению и повышению энергоэффективности «Энергия России»

19.01.2020
Участники конференции «Даунстрим Россия 2020»

30.12.2019
Информация для электромонтеров — как увеличить свой доход

25.11.2019
Топ-10 нефтеперерабатывающих предприятий России

Все новости

09.11.2021
Компания LG Electronics (LG) выпустила на Европейский рынок новый тепловой насос воздух-вода (AWHP) Therma V R32 Monobloc S

24.05.2018
Актуальность энергосбережения и повышения энергоэффективности — существующий фактор влияющих на оптимальную работу промышленных предприятий

23.

04.2018
Разработка программы по выбору режима нейтрали 6-35 кВ

31.03.2018
Математическая модель оценки расхода ресурса автотрансформатора атдцтн-200 000/220 (220/100/10 кв) с учетом режимов его работы

21.12.2017
Анализ путей и средств оптимизации режимов сельских электрических сетей

Больше статей

Сервисы

Мы разработали большое количество инструментов для укрощения электрической энергии.

Интерактивные модули

для расчетов на этапах проектирования, оптимизации, монтажа и эксплуатации систем электроснабжения

База данных

по электрическим сетям и электрооборудованию

Виртуальная лаборатория

школьнику, студенту и специалисту

Вызов электрика

ближайшего к вам по геопозиции

Пользователей нашими сервисами

Онлайн расчета для автоматизации ваших процессов

Академических часов ежегодно, включая дистанционное обучение

Электриков в нашей команде, готовых прийти к вам на помощь

Мы всегда на связи

Возникли вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом!

Свяжитесь с нами

Проекты,

которые мы реализовали.

Все
Онлайн расчеты
Обучение
Симуляторы
Геосервисы

Библиографическая ссылка на ресурс «Онлайн Электрик»:

Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. — Режим доступа: http://online-electric.ru

толщина обмотки и сечения сердечника, сопротивление

Содержание

Как рассчитать мощность трансформатора
По сечению сердечника
По нагрузке
СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.
Расчет
Формула закона трансформации
Площадь сердечника
Количество витков в первичной обмотке
Сечение провода
Примеры реальных расчетов
Примеры реальных расчетов
Расчёт параметров прибора
Определение мощности
Вычисление сечения сердечника
Расчёт количества витков
Токи в обмотках
Диаметр провода
Плотность тока можно выбрать по таблице
Видео: Расчет сечения провода в силовом трансформаторе. Excel
Типы магнитопроводов
Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку
Сайт для радиолюбителей
Как измерить диаметр провода.
Таблица данных обмоточных проводов.
Принцип работы устройства
Возможные схематические решения
Формулы и измерение
Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
Как правильно мотать
Принцип действия аппарата

Как рассчитать мощность трансформатора

Особенность работы стандартного трансформатора представлена процессом преобразования электроэнергии переменного тока в показатели переменного магнитного поля и наоборот. Самостоятельный расчет трансформаторной мощности может быть выполнен в соответствии с сечением сердечника и в зависимости от уровня нагрузки.

Расчет обмотки преобразователя напряжения и его мощности

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.

Расчетная формула такой взаимосвязи:

S_о х S_с = 100 х Р_г / (2,22 х В_с х А х F х К_о х К_c), где

S_о — показатели площади окна сердечника;
S_с — площадь поперечного сечения сердечника;
Р_г — габаритная мощность;
B_с — магнитная индукция внутри сердечника;
А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
F — показатели частоты переменного тока;
К_о— коэффициент наполненности окна;
К_с — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

Самые распространенные разновидности трансформаторов производятся с применением Ш —образного и П — образного сердечников.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

категорией электрического снабжения;
перегрузочной способностью;
шкалой стандартных мощностей приборов;
графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.

Варианты трансформаторов

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

В системах электрического снабжения показатели трансформаторной мощности приборов должны позволить обеспечивать стабильное питание всех потребителей электроэнергии.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60
ватт

Где:Р_2
– мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт
;

U
_2
– напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт
;

I
_2
– ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт
обычно равно не более η = 0,8
.КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт
.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения
Р_1

, мощности потребляемой от сети 220
вольт,
зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S
.

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:S
– площадь в квадратных сантиметрах,
P
_1 – мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S
определяется число витков w
на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8
витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4. 8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков
,

округляем до 173 витка
.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера
.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока,
для медного провода,

принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I
.

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм
.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА,
то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где
: d – диаметр провода
.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1
мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1
мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм²
.

Округлим до 1,0
мм².

Из
таблицы
выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1. 0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм
. и площадью по0,5 мм²
.

Или два провода: – первый диаметром 1,0 мм
. и площадью сечения 0,79 мм²
,
– второй диаметром 0,5 мм
. и площадью сечения 0,196 мм²
.что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:
– «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
– «Как изготовить каркас для Ш – образного сердечника».

Электрический аппарат – трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое – исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Трансформатор позволяет понизить напряжение до необходимых параметров.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

U1/U2=n1/n2, где:

U1 – напряжение на первичной обмотке,
U2 – на вторичной,
n1 – количество витков на первичной обмотке,
n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт. То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

S=1,15 * √P

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Разновидности сердечников для трансформатора.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче

Здесь важно, чтобы количество обмоток уместилось

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» – сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока

Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц

Обозначение трансформатора на схеме.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Примеры реальных расчетов

В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:

напряжение сети – 220В;
выходное напряжение – 14В;
ток вторичной обмотки – 10А;

Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт

Габаритная мощность: P=1. 25∙ 140=175 Вт.

Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см2

Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см2.

Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт

Для обмоток общее количество витков равняется:

первичная обмотка n₁=220∙3.6= 792 витка;
вторичная обмотка n₂=14∙3.6=50 витков.

Определяем диаметр обмоточных проводов: d₂=0.7√10=2.2 мм.

Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.

Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0.8А.

Данному току соответствует диаметр: d₁=0.7√0.8=0.63 мм.

Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.

Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.

Примеры реальных расчетов

В качестве примера можно выбрать питающую подстанцию жилого района. Нагрузка подстанции является III категории, поэтому коэффициент загрузки допустимо выбирать из большего значения – 0.9-0.95.

Характер потребления тока бытового сектора зависит от времени суток и сезона, но с учетом высокого коэффициента загрузки допустимо учитывать среднее значение потребляемой мощности. Для повышения надежности работы в период максимального потребления рекомендуется использование маслонаполненных трансформаторов, которые отличаются большой перегрузочной способностью в течение длительного периода времени (30% перегрузки в течение 2-х часов).

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Плотность тока можно выбрать по таблице

Конструкция трансформатора	Плотность тока (а/мм2) при мощности трансформатора (Вт)
5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Однокаркасная	3,0-4,0	2,5-3,0	2,0-2,5	1,7-2,0	1,4-1,7
Двухкаркасная	3,5-4,0	2,7-3,5	2,4-2,7	2,0-2,5	1,7-2,3
Кольцевая	4,5-5,0	4,0-4,5	3,5-4,5	3,0-3,5	2,5-3,0

Пример:

Ток, протекающий через катушки «III» и «IV» – 1,2 Ампера.

А плотность тока я выбрал – 2,5 А/ мм².

1,13√ (1,2 / 2,5) = 0,78 мм

У меня нет провода диаметром 0,78 мм, но зато есть провод диаметром 1,0мм. Поэтому, я на всякий случай посчитаю, хватит ли мне места для этих катушек.

На картинке два варианта конструкции каркаса: А – обычная, В– секционная.

Количество витков в одном слое.
Количество слоёв.

Ширина моего не секционированного каркаса 40мм.

Мне нужно намотать 124 витка проводом 1,0 мм, у которого диаметр с изоляцией равен 1,08 мм. Таких обмоток требуется две.

124 * 1,08 * 1,1 : 40 ≈ 3,68 слоя

1,1 – коэффициент. На практике, при расчёте заполнения нужно прибавить 10 – 20% к полученному результату. Я буду мотать аккуратно, виток к витку, поэтому добавил 10%.

Получилось 4 слоя провода диаметром 1,08мм. Хотя, последний, четвёртый слой заполнен только на несколько процентов.

Определяем толщину обмотки:

1,08 * 4 ≈ 4,5 мм

У меня в распоряжении 9мм глубины каркаса, а значит, обмотка влезет и ещё останется свободное место.

Ток катушки «II» вряд ли будет больше чем – 100мА.

1,13√ (0,1 / 2,5) = 0,23 мм

Диметр провода катушки «II» – 0,23мм.

Это малюсенькая по заполнению окна обмоточка и её можно даже не принимать в расчёт, когда остаётся так много свободного места.

Конечно, на практике у радиолюбителя выбор проводов невелик. Если нет провода подходящего сечения, то можно намотать обмотку сразу несколькими проводами меньшего диаметра. Только, чтобы не возникло перетоков, мотать нужно одновременно двумя, тремя или даже четырьмя проводами. Перетоки, возникают тогда, когда есть даже незначительные отклонения в длине обмоток соединённых параллельно. При этом, из-за разности напряжений, возникает ток, который греет обмотки и создаёт лишние потери.

Перед намоткой в несколько проводов, сначала нужно посчитать длину провода обмотки, а затем разрезать провод на требуемые куски.

Длина проводов будет равна:

L – длина провода,

p – периметр каркаса в середине намотки,

ω – количество витков,

1,2* – коэффициент.

Толстый провод необходимо мотать виток к витку, а более тонкие провода можно намотать и в навал. Главное, чтобы обмотка поместилась в окно магнитопровода.

Если намотка производится аккуратно без повреждения изоляции, то никаких прокладок между слоями можно не применять, так как, при постройке УНЧ средней мощности, большие напряжения не используются. Изоляция же обмоточного провода рассчитана на напряжение в сотни вольт. Чем толще провод, тем выше пробивное напряжение изоляции провода. У тонкого провода пробивное напряжение изоляции около 400 Вольт, а у толстого может достигать 2000 Вольт.

Закрепить конец провода можно обычными нитками.

Если при удалении вторичной обмотки повредилась межобмоточная изоляция, защищающая первичную обмотку, то её нужно обязательно восстановить. Тут можно применить плотную бумагу или тонкий картон. Не рекомендуется использовать всякие синтетические материалы вроде скотча, изоленты и им подобные.

Если катушка разделена на секции для первичных и вторичных обмоток трансформатора, то тогда и вовсе можно обойтись без изоляционных прокладок.

Видео: Расчет сечения провода в силовом трансформаторе. Excel

Пример использования Excel в качестве универсального калькулятора для расчета диаметра провода в импульсном трансформаторе. Произведен расчет зависимости максимального тока от сечения проводника.

Типы магнитопроводов

Основой трансформатора переменного тока является магнитопровод, который должен обладать определенными магнитными свойствами. В трансформаторах используется сталь особого состава и со специфической обработкой (трансформаторное железо). В процессе работы трансформатора в магнитопроводе образуются вихревые токи, которые нагревают сердечник и ведут к снижению КПД трансформатора. Для снижения вихревых токов сердечник выполняют не монолитным, а собранным из тонких стальных пластин или лент, покрытых непроводящим оксидным слоем.

По типу используемого металла сердечники разделяют на:

Пластинчатые;
Ленточные.

Первый тип сердечников собирается в виде пакета из отдельных пластин соответствующей формы, а второй – наматывается из ленты. В дальнейшем ленточный сердечник может быть разрезан на отдельные сегменты для удобства намотки провода.

По типу магнитопровода различают сердечники:

Броневые;
Стержневые.

Каждый из перечисленных типов может различаться формой пластин или сегментов:

Броневый;
Ш образный;
Кольцевой.

Форма и тип сердечника в теории не влияют на методику расчета, но на практике это следует учитывать при определении КПД и количества витков обмоток.

Типы сердечников

Кольцевой (тороидальный) сердечник отличается наилучшими свойствами. Трансформатор, выполненный на таком магнитопроводе, будет иметь максимальный КПД и минимальный ток холостого хода. Это оправдывает самую большую трудоемкость выполнения обмоток, поскольку в домашних условиях эта работа выполняется исключительно вручную, без использования намоточного станка.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.

Мультиметр следует перевести в режим омметра. Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп – к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

Сайт для радиолюбителей

Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.

Первым делом необходимо рассчитать площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).

Для тороидального трансформатора:

Sc = H * (D – d)/2
S = π * d 2 / 4

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

η — КПД трансформатора,
Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см 2 ,
So — площадь поперечного сечения окна, см 2 ,
f — рабочая частота трансформатора, Гц,
B — магнитная индукция, T,
j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм 2 ,
Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Как измерить диаметр провода.

Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.

Провод сначала лучше прогреть на пламени спички и лишь потом скальпелем удалить ослабленную изоляцию. Если этого не сделать, то вместе с изоляцией можно удалить и часть меди, что снизит точность измерения особенно для тонкого провода.

Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке.
Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.

Пример.

Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.

39 / 100 = 0,39 мм

По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.

Таблица данных обмоточных проводов.

Диаметр без изоляции, мм	Сечение меди, мм²	Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом	Допустимая нагрузка при плотности тока 2А/мм²	Диаметр с изоляцией, мм	Вес 100м с изоляцией, гр
0,03	0,0007	24,704	0,0014	0,045	0,8
0,04	0,0013	13,92	0,0026	0,055	1,3
0,05	0,002	9,29	0,004	0,065	1,9
0,06	0,0028	6,44	0,0057	0,075	2,7
0,07	0,0039	4,73	0,0077	0,085	3,6
0,08	0,005	3,63	0,0101	0,095	4,7
0,09	0,0064	2,86	0,0127	0,105	5,9
0,1	0,0079	2,23	0,0157	0,12	7,3
0,11	0,0095	1,85	0,019	0,13	8,8
0,12	0,0113	1,55	0,0226	0,14	10,4
0,13	0,0133	1,32	0,0266	0,15	12,2
0,14	0,0154	1,14	0,0308	0,16	14,1
0,15	0,0177	0,99	0,0354	0,17	16,2
0,16	0,0201	0,873	0,0402	0,18	18,4
0,17	0,0227	0,773	0,0454	0,19	20,8
0,18	0,0255	0,688	0,051	0,2	23,3
0,19	0,0284	0,618	0,0568	0,21	25,9
0,2	0,0314	0,558	0,0628	0,225	28,7
0,21	0,0346	0,507	0,0692	0,235	31,6
0,23	0,0416	0,423	0,0832	0,255	37,8
0,25	0,0491	0,357	0,0982	0,275	44,6
0,27	0,0573	0,306	0,115	0,31	52,2
0,29	0,0661	0,2бб	0,132	0,33	60,1
0,31	0,0755	0,233	0,151	0,35	68,9
0,33	0,0855	0,205	0,171	0,37	78
0,35	0,0962	0,182	0,192	0,39	87,6
0,38	0,1134	0,155	0,226	0,42	103
0,41	0,132	0,133	0,264	0,45	120
0,44	0,1521	0,115	0,304	0,49	138
0,47	0,1735	0,101	0,346	0,52	157
0,49	0,1885	0,0931	0,378	0,54	171
0,51	0,2043	0,0859	0,408	0,56	185
0,53	0,2206	0,0795	0,441	0,58	200
0,55	0,2376	0,0737	0,476	0,6	216
0,57	0,2552	0,0687	0,51	0,62	230
0,59	0,2734	0,0641	0,547	0,64	248
0,62	0,3019	0,058	0,604	0,67	273
0,64	0,3217	0,0545	0,644	0,69	291
0,67	0,3526	0,0497	0,705	0,72	319
0,69	0,3739	0,0469	0,748	0,74	338
0,72	0,4072	0,043	0,814	0,78	367
0,74	0,4301	0,0407	0,86	0,8	390
0,77	0,4657	0,0376	0,93	0,83	421
0,8	0,5027	0,0348	1,005	0,86	455
0,83	0,5411	0,0324	1,082	0,89	489
0. 86	0,5809	0,0301	1,16	0,92	525
0,9	0,6362	0,0275	1,27	0,96	574
0,93	0,6793	0,0258	1,36	0,99	613
0,96	0,7238	0,0242	1,45	1,02	653
1	0,7854	0,0224	1,57	1,07	710
1,04	0,8495	0,0206	1,7	1,12	764
1,08	0,9161	0,0191	1,83	1,16	827
1,12	0,9852	0,0178	1,97	1,2	886
1,16	1,057	0,0166	2,114	1,24	953
1,2	1,131	0,0155	2,26	1,28	1020
1,25	1,227	0,0143	2,45	1,33	1110
1,3	1,327	0,0132	2,654	1,38	1190
1,35	1,431	0,0123	2,86	1,43	1290
1,4	1,539	0,0113	3,078	1,48	1390
1,45	1,651	0,0106	3,3	1,53	1490
1,5	1,767	0,0098	3,534	1,58	1590
1,56	1,911	0,0092	3,822	1,64	1720
1,62	2,061	0,0085	4,122	1,71	1850
1,68	2,217	0,0079	4,433	1,77	1990
1,74	2,378	0,0074	4,756	1,83	2140
1,81	2,573	0,0068	5,146	1,9	2310
1,88	2,777	0,0063	5,555	1,97	2490
1,95	2,987	0,0059	5,98	2,04	2680
2,02	3,205	0,0055	6,409	2,12	2890
2,1	3,464	0,0051	6,92	2,2	3110
2,26	4,012	0,0044	8,023	2,36	3620
2,44	4,676	0,0037	9,352	2,54	4220

Принцип работы устройства

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. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

сердечника;
обмотки;
каркаса для расположения обмоток;
изолятора;
дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Формулы и измерение

Формулы для расчета индуктивности катушек довольно сложны и имеет различный вид для различных типов исполнения обмоток:

линейный проводник;
одновитковая катушка;
плоская катушка;
соленоидальная обмотка;
тороидальная форма.

Наибольшие сложности возникают при расчетах многовитковых многослойных катушек, то есть тех, которые составляют обмотку трансформаторов.

Формулы для расчета индуктивности трансформатора основаны на расчетах соленоида:

L=µµN2S/l, где

µ0 – магнитная постоянная;

µ – магнитная проницаемость сердечника;

N – количество витков;

S – площадь одного витка;

l – длина обмотки.

Для измерения индуктивности существует несколько методик и приборов, созданных на их основе. В большинстве случаев измерение производится путем вычислений индуктивного сопротивления катушки при подаче образцового напряжения заданной частоты и измеренного значения тока через обмотку.

В специализированных приборах вычисления производятся автоматически, и пользователь только считывает показания шкалы прибора, выраженные в единицах индуктивности – Гн, мГн или мкГн.

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 .

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.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Как правильно мотать

Получив большинство технических данных, определив точное назначение и сферу использования будущего устройства, элементов обмоток катушки трансформатора, получив заводские шаблоны для выбранного вида обмотки приступают к практической реализации намоточных процессов.

Здесь большую роль будет играть опытность исполнения таких работ, наличие инструментов для такой работы, а также терпение.

Требуется использовать обязательный алгоритм действий в таком формате работ и приготовится к нескольким неудачам заблаговременно, если опыта проведения намотки витков катушки трансформатора ранее не было. В настоящее время как электронных, так и бумажных обучающих источников по всем правилам намотки обмотки трансформатора достаточно много для того, чтобы новичок через некоторое время в этих работах смог стать профессионалом.

Принцип действия аппарата

Принцип действия устройства основан на импульсной подачи энергии. Оборудование разделяется на две обширных группы: с сигмамодуляцией и импульсной модуляцией. Первые отличаются тем, что они изменяются соотношения продолжительности импульсов с их частотой. Момент выбирается, когда закончится подача энергии и включится транзистор.

Продолжительность функционирования зависит от характеристик выходного напряжения. Если говорить о вариантах с широтно-импульсной модуляцией, то тут частота идентичная и постоянная. Напряжение — характеристика стабильная, определяется оно длительностью импульса к периоду его прохождения.

Также принцип работы определяется тем непрерывный или прерывистый поток магнитного поля установлен. Нельзя сказать, что какой-то из них лучше, просто это определяет вариативность использования.

Любой одноходовый импульсный трансформатор имеет как достоинства, так и недостатки. Среди преимуществ использования выделяют:

минимальный вес и размеры, если сравнивать с другим видом оборудования, предназначенным для работы с частотой около 50 Гц;
не нужна защита от короткого замыкания, так как оно произойти теоретически не может;
сокращение использования меди, в результате чего трансформатор имеет минимальную цену;
изменение показателей в зависимости от характеристик питающей цепи;
нет помех, передача туда и обратно исключена из-за конструктивных особенностей.

Но, как и любое другое оборудование, обратноходовый импульсный трансформатор имеет и недостатки. К их числу относятся:

максимальный запас энергии составляет 200 Вт — показатель ограничен работой дросселя;
нет возможности работы на холостом ходу, то есть нагрузка подключается в обязательном порядке;
возникают электромагнитные помехи и передаются, так как они есть в нагрузке, а она нужна.

Расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника

Перед конструкторами радиоэлектронной аппаратуры часто ставится задача создания таких устройств, которые отличались бы небольшими размерами и минимальным весом.

Практика показала, что лучше всего применять силовые трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмотки и повышенным к.п.д. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов,

В связи с тем, что полный расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника сложен, приводим таблицу, с помощью которой радиолюбителю будет легче произвести расчет тороидального трансформатора мощностью до 120 вт.

Точность расчета вполне достаточна для любительских целей.

Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформаторов на Ш-образном сердечнике.

Таблицей можно пользоваться при расчете трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э310, Э320, Э380 с толщиной ленты 0,35—0, 5 мм. и стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0*05—0,1 мм. при частоте питающей сети 50 Гц.

При намотке трансформаторов допустимо применять лишь меж обмоточную и наружную изоляции: хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01— 0,02 мм. лакоткань ЛШСС толщиной 0,06—0,12 мм. или батистовая лента.

Пример расчета трансформатора:
Дано: напряжение питающей сети U_c= 220 в,
выходное напряжение U_н= 24 в,
ток нагрузки I_н= 1,8 а.

Расчет мощности тороидального трансформатора. Определяют мощность вторичной обмотки P = U_н*I_н= 24*1,8 = 43,2 вт.
определяют габаритную мощность трансформатора P_г= p/η = 43,2 / 0,92 = 48 вт. Величину к. п. д. и другие необходимые для расчета данные выбирают по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.
Определяют площадь сечения сердечника тороидальной катушки

S_расч.= √(P_г/ 1,2) = 5,8 см².

P_гВт.	W₁	W₂	S_см²	Δ _А/мм²	η
до 10	41/S	38/S	√P_г	4,5	0,8
10-30	36/S	32/S	√P_г/1,1	4,0	0,9
30-50	33,3/S	29/S	√P_г/1,2	3,5	0,92
50-120	32/S	28/S	√P_г/1,25	3,0	0,95

Примечание. Р_г, — габаритная мощность трансформатора, w₁, — число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330, w₂— число витков на вольт для стали Э340, Э359, ЭЗ60, S — площадь сечения сердечника см², Δ — допустимая плотность тока в обмотках, η — к. п. д. трансформатора.

4. Подбирают размеры сердечника D_c, d_c и h_c

S = ((D_c— d_c) / 2) * h_c

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ 50/80-40, площадь сечения которого равна 6 см² (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие: d_c ≥ d`_c,то есть 5 ≥3,8.

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяют по формуле;

w₁= 33,3 / S = 33,3 / 6 = 5,55 витков / вольт.

7. Находят расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток W_1-1 =w₁* U_c = 5,55 * 220 = 1221 виток. W_1-2= w₂* U_c= 5,55*24 = 133 витка.

Так как в тороидальных трансформаторах магнитный поток рассеяния весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше* чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обметки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

W_1-2= 133 * 1,03 = 137 витков.

8. Определяют диаметры проводов обмоток d₁ = 1,13 * √(I1 / Δ) , где I₁ ток первичной обмотки трансформатора, определяемый иэ формулы:

I₁= 1,1 * (Р_г/ U_c) = 1,1 * (48 / 220) = 0,24 а

d₁ =1,13 * √(0,24 / 3,5) = 0,299 мм.

Выбирают ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0*31 мм)

d₂ = 1,13 * √(I₂/ Δ) = 1,13 * √(1,8 / 3,5) = 0,8 мм.

Трансформаторы, рассчитанные с помощью приводимой таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали хорошие результаты.

Видео: Расчет тороидального трансформатора

Видео посвящено вопросу расчета тороидального трансформатора. При расчете используется классическая методика определения количества витков для первичной и вторичной катушек трансформатора.

Как выполнить расчет трансформатора в полном объеме

Как бы ни развивалась электроника, но всё же отказаться от такого устройства, как трансформатор пока не удаётся. Каждый надёжный блок питания и преобразователь напряжения содержит этот электромагнитный аппарат с гальванической развязкой обмоток. Они применяются широко и на производстве, и в быту, и представляют собой статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу взаимоиндукции. Состоят такие устройства из двух основных элементов:

замкнутого магнитопровода;
двух и более обмоток.

Обмотки трансформаторов не имеют между собой никакой связи, кроме индуктивной. Предназначен он для преобразования только переменного напряжения, частота которого, после передачи по магнитопроводу, будет неизменна.

Расчет параметров трансформатора необходим для того, чтобы на вход этого устройства было подано одно напряжение, а на выходе генерировалось пониженное или повышенное напряжение другой заданной величины. При этом нужно учесть токи, протекающие во всех обмотках, а также мощность устройства, которая зависит от подключаемой нагрузки и от назначения.

Любой даже простейший расчет трансформатора состоит из электрической и конструктивной составляющей. Электрическая часть включает в себя:

Определение напряжений и токов, протекающих по обмоткам;
Определение коэффициента трансформации.

К конструктивным относятся:

Размеры сердечника и тип устройства;
Выбор материала сердечника трансформатора;
Возможные варианты закрывающего корпуса и вентиляции.

Через один квадратный сантиметр сечения магнитопровода протекает магнитная индукция, единица измерения её — Тесла. Тесла, в свою очередь, выдающийся физик, в честь которого и она и названа. Это значение напрямую зависит от частоты тока. И так при частоте 50 Гц и, допустим, 400 Гц величины индукция (тесла) будет разной, а значит и габариты устройства с увеличением частоты снижаются.

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно. Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания. Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке. Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет однофазного трансформатора

Особенности применения и устройства сварочных трансформаторов

Рассчитывая понижающие трансформаторы однофазного тока, как самые распространенные в быту, для начала нужно выяснить его мощность. Конечно, понизить напряжение можно и другими способами, но этот самый эффективный и даёт ещё вдобавок гальваническую развязку, а значит возможность подключения силовой нагрузки.

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему. Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

Примерная мощность будет равна произведению тока на напряжение. Стоит учесть также и КПД. Для силовых аппаратов он составляет примерно 0,8–0,85. Тогда с учётом этого коэффициента полезного действия расчётная мощность будет составлять:

Ррасч= P*КПД

Именно эта мощность и ложится в основу расчёта поперечного сечения сердечника, на котором будут произведены намотки обмоток. Кстати, видов этих сердечников магнитопровода может быть несколько, как показано на рисунке снизу.

Далее, по этой формуле определяем сечение

S (см2) = (1,0 ÷1,3) √Р

Коэффициент 1–1,3 зависит от качества электротехнической стали. К электротехнической стали относится чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1–8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.

После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.

N = (50 ÷70)/S (см2)

Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток. Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции. Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

Ток в обмотке равен

I=P/U

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

D= (0,7÷0,9)√I

где 0,7-0,9 это коэффициент плотности тока в проводнике. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе.

Существует множество методов расчёта характеристик и параметров, этот же самый простой, но и примерный (неточный). Более точный расчет обмоток трансформатора применяется для производственных и промышленных нужд.

Как измерить диаметр провода.

Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.

Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке. Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.

Пример.

Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.

39 / 100 = 0,39 мм

По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.

Таблица данных обмоточных проводов.

Диаметр без изоляции, мм	Сечение меди, мм²	Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом	Допустимая нагрузка при плотности тока 2А/мм²	Диаметр с изоляцией, мм	Вес 100м с изоляцией, гр
0,03	0,0007	24,704	0,0014	0,045	0,8
0,04	0,0013	13,92	0,0026	0,055	1,3
0,05	0,002	9,29	0,004	0,065	1,9
0,06	0,0028	6,44	0,0057	0,075	2,7
0,07	0,0039	4,73	0,0077	0,085	3,6
0,08	0,005	3,63	0,0101	0,095	4,7
0,09	0,0064	2,86	0,0127	0,105	5,9
0,1	0,0079	2,23	0,0157	0,12	7,3
0,11	0,0095	1,85	0,019	0,13	8,8
0,12	0,0113	1,55	0,0226	0,14	10,4
0,13	0,0133	1,32	0,0266	0,15	12,2
0,14	0,0154	1,14	0,0308	0,16	14,1
0,15	0,0177	0,99	0,0354	0,17	16,2
0,16	0,0201	0,873	0,0402	0,18	18,4
0,17	0,0227	0,773	0,0454	0,19	20,8
0,18	0,0255	0,688	0,051	0,2	23,3
0,19	0,0284	0,618	0,0568	0,21	25,9
0,2	0,0314	0,558	0,0628	0,225	28,7
0,21	0,0346	0,507	0,0692	0,235	31,6
0,23	0,0416	0,423	0,0832	0,255	37,8
0,25	0,0491	0,357	0,0982	0,275	44,6
0,27	0,0573	0,306	0,115	0,31	52,2
0,29	0,0661	0,2бб	0,132	0,33	60,1
0,31	0,0755	0,233	0,151	0,35	68,9
0,33	0,0855	0,205	0,171	0,37	78
0,35	0,0962	0,182	0,192	0,39	87,6
0,38	0,1134	0,155	0,226	0,42	103
0,41	0,132	0,133	0,264	0,45	120
0,44	0,1521	0,115	0,304	0,49	138
0,47	0,1735	0,101	0,346	0,52	157
0,49	0,1885	0,0931	0,378	0,54	171
0,51	0,2043	0,0859	0,408	0,56	185
0,53	0,2206	0,0795	0,441	0,58	200
0,55	0,2376	0,0737	0,476	0,6	216
0,57	0,2552	0,0687	0,51	0,62	230
0,59	0,2734	0,0641	0,547	0,64	248
0,62	0,3019	0,058	0,604	0,67	273
0,64	0,3217	0,0545	0,644	0,69	291
0,67	0,3526	0,0497	0,705	0,72	319
0,69	0,3739	0,0469	0,748	0,74	338
0,72	0,4072	0,043	0,814	0,78	367
0,74	0,4301	0,0407	0,86	0,8	390
0,77	0,4657	0,0376	0,93	0,83	421
0,8	0,5027	0,0348	1,005	0,86	455
0,83	0,5411	0,0324	1,082	0,89	489
0. 86	0,5809	0,0301	1,16	0,92	525
0,9	0,6362	0,0275	1,27	0,96	574
0,93	0,6793	0,0258	1,36	0,99	613
0,96	0,7238	0,0242	1,45	1,02	653
1	0,7854	0,0224	1,57	1,07	710
1,04	0,8495	0,0206	1,7	1,12	764
1,08	0,9161	0,0191	1,83	1,16	827
1,12	0,9852	0,0178	1,97	1,2	886
1,16	1,057	0,0166	2,114	1,24	953
1,2	1,131	0,0155	2,26	1,28	1020
1,25	1,227	0,0143	2,45	1,33	1110
1,3	1,327	0,0132	2,654	1,38	1190
1,35	1,431	0,0123	2,86	1,43	1290
1,4	1,539	0,0113	3,078	1,48	1390
1,45	1,651	0,0106	3,3	1,53	1490
1,5	1,767	0,0098	3,534	1,58	1590
1,56	1,911	0,0092	3,822	1,64	1720
1,62	2,061	0,0085	4,122	1,71	1850
1,68	2,217	0,0079	4,433	1,77	1990
1,74	2,378	0,0074	4,756	1,83	2140
1,81	2,573	0,0068	5,146	1,9	2310
1,88	2,777	0,0063	5,555	1,97	2490
1,95	2,987	0,0059	5,98	2,04	2680
2,02	3,205	0,0055	6,409	2,12	2890
2,1	3,464	0,0051	6,92	2,2	3110
2,26	4,012	0,0044	8,023	2,36	3620
2,44	4,676	0,0037	9,352	2,54	4220

Вернуться наверх к меню

Расчёт трехфазного трансформатора

Особенности применения и выбора измерительных трансформаторов тока

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Надежность измерительных трансформаторов напряжения в сети с изолированной нейтралью

Простой измерительный аппарат предназначен для понижения номиналов напряжения, которое подается на измерители и защитные реле, подключенные к сети 6-10 кВ.

Трансформатор исправно работает только в условиях заземления нейтрали.

При феррорезонансных реакциях (обрыв фазы ЛЭП, прикосновение ветвями, стекание капель росы по проводам, некорректная коммутация) существуют риски поломок трансформаторов напряжения. Частота сбоев составляет 17 и 25 Гц. В этих условиях через первичную обмотку протекает сверхток и она перегорает.

Если используется схема «Звезда-Звезда», в условиях повышения напряжения повышается индукция магнитопровода. Прибор перегорает. Предотвратить этот процесс можно при помощи:

уменьшения показателей рабочей индукции;
подключения в сети устройств, демпфирующих сопротивление;
создания трехфазного устройства с общей магнитной пятистержневой системой;
эксплуатации аппаратов, подключенный в сеть при размыкании треугольника;
заземления нейтрали посредством реактора-токоограничителя.

Простейший вариант – использовать специальные обмотки или релейные схемы.

Расчет тороидального трансформатора

Задача и особенности заземления трансформаторов.

Такая конструкция трансформаторов используется в радиоэлектронной аппаратуре, они обладают меньшими габаритами, весом, а также повышенным значением КПД. За счёт применения ферритового стержня помехи практически отсутствует, это даёт возможность не экранировать данные устройства.

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
Площадь сечения сердечника и его размеры

Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.

Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Для чего нужны устройства

При организации бесперебойной работы любой промышленной организации активно задействуются трансформаторы тока нулевой последовательности. Посредством данных приборов удается проводить без каких-либо помех сварочные работы. Это обусловлено тем, что трансформаторы способны нормализовать мощность тока в сети, благодаря чему не происходит скачков напряжения. Соответственно владельцы промышленных объектов могут не переживать по поводу сохранности дорогостоящего оборудования, так как даже при работе сварочных агрегатов не будет происходить замыканий и больших перепадов в электрической сети.

Многие владельцы городских квартир и загородных домов не однократно сталкивались со скачками напряжения, из-за которых выходила из строя бытовая техника. Чтобы защитить свое имущество от повреждений, собственники таких объектов недвижимости используют трансформаторы тока, которые для каждого жилища выбирается по мощности.

При организации бесперебойной работы любой промышленной организации активно задействуются трансформаторы тока нулевой последовательности.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор. Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное. Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

Напряжение и силу одного витка измеряют в вольтах и оно будет равно E=Pдл0.095+0.55. Зная эти величины можно приступить и к полному расчёту.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

Упростить варианты расчета трансформатора можно применяя специальные калькуляторы расчета, которые предлагают некоторые интернет-ресурсы. Стоит только внести желаемые данные, и автомат выдаст нужные параметры планируемого электромагнитного устройства.

Импульсный трансформатор

Рабочий пример подходящих испытаний

Обзор импульсов и сигналов

Импульсные трансформаторы представляют собой разнообразное семейство трансформаторов, предназначенных для передачи цифрового управляющего сигнала от цепи управления к нагрузке.
Они обеспечивают гальваническую развязку цепи, позволяя быстро передавать управляющие сигналы без искажения формы сигнала.
Входной и выходной сигнал обычно представляет собой прямоугольную волну в несколько вольт с частотой выше 100 кГц, а не синусоидальную волну, как у обычных трансформаторов

Импульсные трансформаторы имеют малое количество обмоток (чтобы свести к минимуму утечку потока) и малую межобмоточную емкость (чтобы гарантировать максимально чистое сохранение профиля сигнала на вторичной обмотке. )
Поскольку они работают с высокочастотными сигналами , материал сердечника должен выдерживать многократное и быстрое намагничивание и размагничивание.
Соотношение витков обычно составляет 1:1, так как их основная цель заключается не в увеличении или преобразовании напряжения, а в поддержании его на изоляционном барьере.

Импульсные трансформаторы

Хорошим примером импульсного трансформатора являются устройства серии Murata 786.

Серия Murata 786 доступна с различными схемами обмотки, с центральными отводами на обмотках или без них. Для целей этого примера мы сосредоточимся на 78601/1C, который имеет 1 первичный и 1 вторичный

78601/1C производит схему

Предлагаемое тестирование импульсов и сигналов

Импульс — схема редактора AT

Приведенную выше схему можно легко преобразовать в программу тестирования AT с помощью программного обеспечения AT EDITOR.
Здесь показана простая схема

Схема редактора AT

Pulse — AT Fixturing

Импульсные трансформаторы серии 786 можно легко подключить с помощью крепления на штырьках Кельвина.
Поскольку сопротивление обмотки низкое (<1 Ом), при проведении испытаний будет повышена точность, обеспечиваемая 4-проводными измерениями.

Простое крепление штифта Кельвина

Импульс — программа испытаний AT

Сначала проверяется сопротивление двух катушек, чтобы оно было ниже указанного максимума в 0,6 Ом для каждой обмотки.
Затем проверяется индуктивность для проверки работы ядра.
Пределы здесь определяют минимальную индуктивность, а не номинал и допуск, поэтому выполняется только проверка для более 2 мГн (хотя AT в любом случае запишет фактическое измеренное значение)

Получить PDF тестовой программы Получить в редакторе файл ATP для программы Получить программное обеспечение AT Series Editor

Затем проверяется соотношение оборотов, чтобы проверить соотношение 1:1 в пределах +/- 1%.
Если фактическое число витков известно, то рекомендуется использовать его в качестве номинального с допуском +/- 0,5 витка.

Далее проверяются межобмоточная емкость и индуктивность рассеяния, опять же в соответствии с опубликованными данными.
Поскольку и то, и другое в значительной степени определяется дизайном, некоторые пользователи могут предпочесть запускать эти тесты в качестве периодических контрольных тестов, чтобы сэкономить время тестирования, сохраняя при этом качество аудита.

Наконец, изоляция проверяется с помощью стандартного теста AC HI-POT.

Серия

#	Тест	Описание	Контакты и условия	Причина
1	Р	Сопротивление постоянному току	Контакты 1–3, проверьте < 600 мОм	Проверить сопротивление обмотки ниже максимального значения. Также действует как проверка правильного сечения провода и правильности подключения.
2	Р	Сопротивление постоянному току	Контакты 6–4, проверьте < 600 мОм	Проверить сопротивление обмотки ниже максимального значения. Также действует как проверка правильного сечения провода и правильности подключения.
3	ЛС	Индуктивность	Контакты 4–6, 1 кГц, 100 мВ, проверка предельных значений L >2 мГн	Для проверки правильного количества витков и правильной работы материала сердечника
4	ТР	Коэффициент поворота	Подайте питание на первичные контакты 1 и 3 на частоте 1 кГц, 100 мВ, на вторичные контакты 4 и 6, проверьте соотношение 1:1, +/- 1%, положительная полярность.	Для проверки правильности поворотов и фазировки от первичного к вторичному
5	С	Межобмоточная емкость	5 В, 100 кГц, контакты 1 и 3 Hi, контакты 4 и 6 Lo, пределы 49 пФ +/-10%	Емкость обычно зависит от конструкции, расположения и топологии обмотки, поэтому обычно определяется конструкцией. Тем не менее, вы можете иногда захотеть проверить это во время производства.
6	ЛЛ	Индуктивность рассеяния	50 мА, 300 кГц Контакты 1–3 с закороченными контактами 6–4, пределы ; лучше 470 нГн	Проверяет, чтобы соединение между обмотками не приводило к чрезмерной потере передачи магнитного потока
7	HPAC	AC Hi-Pot	1 кВ 50 Гц переменного тока, 1 секунда, контакты 1 и 6 High, контакты 2,3,4 и 5 Lo. Проверить ток <1 мА	Для проверки изоляции от основного к вторичному.
				Время работы AT5600 1,77 с
				(время работы AT3600 3,68 с)

ПРИМЕЧАНИЕ:
Многие импульсные трансформаторы также определяют «произведение напряжения на время», чтобы определить энергоемкость трансформатора.
Это эффективно уже проверено в приведенной выше схеме испытаний, так как на это влияют следующие факторы:
а) сердечник, площадь сердечника и плотность потока насыщения материала сердечника (проверяется испытанием индуктивности)
б) количество витков (проверено тестом ТР)

Результаты испытаний импульсных трансформаторов

Импульсные и сигнальные линии / ссылки

Домашняя страница Мураты

Спецификация Murata 78601/1C

Общая статья об импульсных трансформаторах

Крепление для штифтовых трансформаторов

Примечание нашего приложения о 4-проводных соединениях Кевина

Наша техническая заметка по тестированию ферритовых трансформаторов

Расчет габаритной мощности сердечника трансформатора онлайн. Расчет трансформатора с бронированным магнитопроводом

Хрипченко Виктор село Октябрь Белгородская область

Занимаясь расчетами мощного источника питания столкнулся с проблемой — нужен был трансформатор тока который бы точно измерял ток. Литературы на эту тему не так много. А в интернете только запросы — где найти такой расчет. Читать статью; Зная, что могут присутствовать ошибки, я досконально разобрался в этой теме. Ошибки, конечно, присутствовали: отсутствует согласующий резистор Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (не рассчитывался) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитывается как обычно для трансформатора напряжения (устанавливается нужное напряжение на вторичной обмотке и производится расчет).

Немного теории

Итак, сначала немного теории. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, так как его сопротивление при нагрузке, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической цепи. Это обстоятельство отличает работу трансформатора тока от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, намотанных на магнитопроводе в одном направлении (I1 — первичный ток, I2 — ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2, пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагнитить магнитопровод.

Стрелки указывают направление токов. Поэтому, если принять за начало верхний конец первичной обмотки, то начало вторичной обмотки n является также ее верхним концом. Принятое правило маркировки соответствует одному и тому же направлению токов с учетом знака. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 — I 2 x W 2 = 0 (без учета малого тока намагничивания), где W 1 — число витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — число витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, учитывая ток первичной обмотки 16 А, сделали расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитали. Задаете ток вторичной обмотки, например, 0,1 А и по приведенной выше формуле I 1 x W 1 = I 2 x W 2 вычисляете количество витков вторичной обмотки трансформатора.

Вт 2 = I 1 х Вт 1 / I 2

Далее путем расчета индуктивности L2 вторичной обмотки, ее сопротивления XL1 вычисляем U2 и затем Rc. Но это чуть позже. То есть вы видите, что задав ток во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только потом подсчитываете количество витков. Вторичный ток трансформатора тока I2 может быть установлен любым – отсюда будет рассчитываться Rc. И -I2 должно быть больше нагрузки, которую вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для использования в цепях защиты, то такими тонкостями, как направление намотки, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это будет уже не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту ошибку можно устранить, только создав нагрузку на устройство (я имею в виду блок питания, где пользователь собирается установить защиту с помощью трансформатора тока) и схему защиты, задающую порог ее срабатывания по току. Если пользователю нужна схема измерения тока, то необходимо соблюдать эти детали.

На рис. 2 (точки — начало обмоток) показан резистор Rc, являющийся составной частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмоток. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно использовать резистор, можно поставить амперметр, реле, но должно быть соблюдено необходимое условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равно расчетному Rc.

Если нагрузка не соответствует току — будет генератор повышенного напряжения. Я объясняю почему. Как уже было сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. А вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не соответствует току или отсутствует, то первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнитопровода из-за увеличения потерь в стали. ЭДС, индуцируемая в обмотке, будет определяться скоростью изменения потока во времени, имеющей наибольшее значение при переходе трапецеидального (из-за насыщения магнитного потока) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и, в конечном итоге, выход его из строя.

Типы магнитопроводов показаны на рис. 3

Витой или ленточный магнитопровод — это одно и то же понятие, как и выражение круглый или тороидальный магнитопровод: оба встречаются в литературе.

Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образная трансформаторная железа, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно используются на повышенных частотах — 400 Гц и выше, в связи с тем, что они работают в слабых и средних магнитных полях (W = 0,3 Тл максимум). А так как ферриты, как правило, обладают высокой магнитной проницаемостью μ и узкой петлей гистерезиса, то они быстро входят в область насыщения. Выходное напряжение при f = 50 Гц на вторичной обмотке составляет несколько вольт или меньше. Как правило, на ферритовые сердечники наносится маркировка их магнитных свойств (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, в связи с чем необходимо определять их магнитные свойства экспериментально, и работают они в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от марки применяемой электротехнической стали — 1,5 .. .2 Тл и более) и используются на частотах 50 Гц. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы также работают на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади поперечного сечения тороидального магнитопровода рекомендуется для большей точности результат умножать на коэффициент k = 0,7…0,75. Это связано с конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что такое ленточный разъемный магнитопровод (рис. 3)? Стальные ленты толщиной 0,08 мм и более наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400. ..500 °С для улучшения их магнитных свойств. Затем эти формы вырезаются, кромки шлифуются и собирается магнитопровод. Кольцевые (сплошные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01….0,05 мм) при намотке покрывают электроизоляционным материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000…1100 °С.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов необходимо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет магнитная проницаемость сердечника) на сердечник магнитопровода и измерьте L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Рассчитать S — площадь поперечного сечения сердечника трансформатора (мм2), lm — среднюю магнитную длину линии электропередач (мм) И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника:

(1) µ = ( 800 х Д х п.м.) / (Н2 х Ш) — для ленты и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500 * L (D + d) / W2 x C (D — d) — для кольцевого (тороидального) сердечника.

При расчете трансформатора на большие токи в первичной обмотке используется провод большого диаметра, и здесь вам понадобится витой сердечник (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тор.

Если кто-то держал в руках трансформатор тока большой мощности, то видел, что на магнитопровод не намотана первичная обмотка, а через магнитопровод проходит широкая алюминиевая шина.

Об этом я напомнил тогда, что трансформатор тока можно рассчитать, либо задав W — магнитная индукция в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется помучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо необходимо вычислить магнитную индукцию поля W, создаваемого проводником с током в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы .

Вы спрашиваете ток первичной обмотки трансформатора тока, то есть ток, которым будете управлять в цепи.

Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Взять ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематически изображенный на рис. четыре.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, C = 10 мм.

Далее два расчета с подробными пояснениями, как именно рассчитывается трансформатор тока, но слишком много формул затрудняет размещение расчетов на странице сайта. По этой причине полная статья о том, как рассчитать трансформатор тока, была преобразована в PDF и может быть загружена с помощью

Определение мощности трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим однофазный силовой трансформатор, понижающий переменное напряжение 220 вольт электроэнергии до необходимых 12-30 вольт, который затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором. Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, для которых обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающим радиолюбителям необходимо найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно найти на страницах старых книг по электронике.

Но теперь проще найти или купить готовый трансформатор и сделать из него блок питания своими руками.

Полный расчет и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя достаточно сложная задача. Но есть и другой способ. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций достаточно и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Вт.

Если трансформатор куплен в магазине, то особых проблем с выбором нужного трансформатора обычно не возникает. Новинка имеет все свои основные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

А если у вас в руках трансформатор, который уже работал в каком-либо устройстве и вы хотите использовать его снова для построения своего блока питания? Как хотя бы приблизительно определить мощность трансформатора? Мощность трансформатора – очень важный параметр, ведь от него будет напрямую зависеть надежность блока питания или другого собранного вами устройства. Как известно, мощность, потребляемая электронным устройством, зависит от потребляемого им тока и напряжения, что требуется для его нормальной работы. Приблизительно эту мощность можно определить, умножив ток, потребляемый устройством ( In на напряжение питания устройства ( U n ). Думаю, многие знакомы с этой формулой еще со школы.

P = U n * I n

Где U n — Напряжение в вольтах; I n — сила тока в амперах; P — мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных W-образных и прямых пластин. Следует отметить, что трансформаторы этого типа не являются лучшими в плане КПД ( КПД ). Но хорошо, что такие трансформаторы широко распространены, часто используются в электронике и их легко найти на полках радиомагазинов или в старой и неисправной радиоаппаратуре. Кроме того, они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, обладающих высоким КПД и применяемых в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, у нас есть трансформатор ТП114-163М. Попробуем примерно определить его мощность. За основу расчетов возьмем рекомендации из популярных книг В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М магнитопровод представляет собой набор штампованных Ш-образных и прямых пластин из электротехнической стали. Итак, для определения сечения необходимо толщину набора пластин (см. фото) умножить на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При расчете необходимо соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше измерять в сантиметрах. Расчеты также необходимо производить в сантиметрах. Итак, толщина комплекта исследуемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Затем линейкой измерьте ширину центральной доли. Это более сложная задача. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластиковый каркас. Поэтому центральная доля W-образной пластинки практически не видна, она закрыта пластинкой, и определить ее ширину довольно сложно.

Ширину центрального лепестка можно измерить сбоку, у самой первой W-образной пластины в зазоре между пластиковой рамкой. Первая пластина не дополнена прямой пластиной, поэтому виден край центрального лепестка W-образной пластины. Его ширина составляла около 1,7 сантиметра. Хотя этот расчет равен показательно , но все же желательно снять мерки как можно точнее.

Умножьте толщину комплекта магнитопровода ( 2 см ) и ширину центрального лепестка пластины ( 1,7 см ). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобится следующая формула.

Где S — площадь сечения магнитопровода; П тр — трансформатор силовой; 1,3 — средний коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощенную формулу расчета мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставляем в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 которое мы получили ранее.

В результате расчетов получаем примерное значение мощности трансформатора ~7 Вт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звука мощностью 3-5 ватт, например, на микросхеме усилителя TDA2003.

Вот еще один из трансформеров. Обозначается как PDPC24-35. Это один из представителей трансформеров — «малыш». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центральной доли W-образной пластинки всего 6 миллиметров (0,6 см).

Толщина комплекта пластин всего магнитопровода — 2 сантиметра. По формуле мощность этого мини-трансформатора получается равной примерно 1 Вт.

Этот трансформатор имеет две вторичные обмотки, допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только для питания цепей с малым потреблением тока.

Трансформатор — это тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одного значения в другое, пропорционально потребляемой входной и выходной мощности. Этот элемент силового оборудования обычно может содержать одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных.

Будучи достаточно сложным устройством, расчет трансформатора иногда занимает много времени и не каждый может сделать это качественно. Но многое зависит от правильности процесса. Стабильность работы Готовое устройство, эффективность, энергопотребление. Кроме того, при неправильном расчете устройства обмотки могут происходить разные непонятные вещи:

перегрев;
издают звонкие звуки при работе;
потребляют большое количество энергии с низкой эффективностью и так далее.

В более серьезных ситуациях он вообще может загореться, доставив дополнительные неприятности. Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы он выдавал необходимое количество электроэнергии и КПД был максимально близок к 1 .

Но сразу стоит вас уверить, что КПД равный 1 — это нереальный коэффициент, т.к. потери всегда присутствуют, поэтому выполняя расчет онлайн или традиционным методом, видя при расчете силового трансформатора показатель равный 40% железо это уже хорошо. Для импульсных устройств программа расчета даст не менее 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство максимально эффективным, то выбирайте трансформатор импульсного типа, а если хотите сделать надежный блок питания, где не важна потребляемая мощность, то, конечно же, учитываем трансформаторное железо. .

Порядок расчета трансформаторов

Все программы расчета трансформаторов обрабатывают данные по формулам, известным нам из научных публикаций, поэтому правильность своей программы всегда можно проверить. Но потребность в знании табличных значений может ввести вас в заблуждение . Поэтому сейчас разберем некоторые детали расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или феррите.

Тороид обладает лучшими качествами по сравнению со всеми остальными типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и как следствие минимизируются потери на вихревые токи. Поэтому КПД таких трансформаторов значительно выше, так что если вы хотите сделать качественный прибор, то используйте именно такой тип сердечника, хоть на него и сложнее намотать обмотку, но оно того стоит.

Этапы определения параметров

Прежде всего, для правильного расчета потребуется определить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся:

напряжение и ток на первичной обмотке;
те же индикаторы на вторичной обмотке.

Далее выполняется расчет количества витков на каждой из обмоток, тип провода выбирается по таблице и результатам расчета тока, но предварительно необходимо измерить размеры сердечника, если они есть . Или, наоборот, запросить требуемую мощность и рассчитать параметры кольца. Это то, что предлагают все онлайн-программы для расчета трансформаторов.

Выбирая число витков на первичной обмотке, необходимо помнить, что при недостаточном их количестве она будет сильно нагреваться, а в итоге сгорит. А при достаточно большом напряжении на вторичке будет мало, поэтому необходимо пользоваться строго справочными данными и формулами из учебников.

Рассмотрим пример расчета трансформатора, намотанного на сердечнике тороидального типа и питающегося от сети частотой 50 Гц.

Для упрощения процесса расчета устройства можно использовать табличные данные, в которых указаны формулы и переменные, используемые для определения параметров намоточных изделий, сведенных в таблицу ниже:

Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов Используются 2 вида стали:

Э310-330 холоднокатаный тип и толщина листа в пределах 0,35-0,5 мм;
Сталь обыкновенная Э340-360 толщиной 0,05 — 0,1 мм.

Следует понимать, что количество витков для каждого вида стали может быть разным, в связи с магнитной проницаемостью сердечника, другими показателями. В таблице ω 1 и ω 2 — количество витков для холоднокатаной и обычной стали соответственно. Пр — габаритная мощность трансформатора; S – параметры сердечника (площадь сечения), ∆ – максимально допустимая плотность тока в обмотках; η — КПД устройства.

Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является то, что в нем используется внешняя и межобмоточная изоляция, поэтому жилы должны быть с достаточно эластичным покрытием. В связи с этим часто выбирают ПЭЛШО или ПЭШО , также популярный ПЭВ-2. В качестве внешнего утеплителя применяются следующие виды материалов:

лакоткань;
батистовая лента;
триацетатная пленка;
ПТФЭ пленка.

Преимущества использования программ

Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости учета всех вышеперечисленных нюансов. Но результат приблизительный , поэтому важно помнить об использовании той или иной программы. Конечно, есть более качественные проекты с расчетом трансформаторов, в которых учитывают толщину изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

Основные формулы и порядок их применения

Далее необходимо задать основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся сетевое напряжение Uc и выходное напряжение вторичной обмотки Un. Также задаем ток в нагрузке В, этот показатель зачастую является самым важным, определяющим характеристики устройства.

Некоторые калькуляторы, наряду с вводом данных в форму, также показывают основные формулы, по которым определялось результирующее значение. Это значительно упрощает процесс и в то же время позволяет более глубоко понять принцип расчета. В любом случае, при вводе исходных данных в форму программа в первую очередь определяет мощность вторичной обмотки нВ по известной формуле:

Следующим этапом расчета параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника. Рассчитывается по формуле:

S расч = √Pg/1,2.

Для правильного выбора жилы необходимо использовать следующую формулу расчета сечения:

S = (Dc — dc) hc / 2.

После этого, используя справочную таблицу параметров жил, подбираем наиболее в характеристиках. Необходимо подобрать магнитопровод большей мощности, чем рассчитанная по формуле.

Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50 Гц , является определение количества витков на 1 вольт. Для этого необходимо использовать постоянные значения, взятые из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника существует константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 он равен 33,3, а формула следующая:

Вт 1-1 = ω 1 х Uc;

Вт 1-2 = ω 1 x U н.

При расчете числа витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора необходимо учитывать рассеиваемую мощность, из-за чего выходное напряжение будет занижено на 3%. Поэтому для правильных расчетов рекомендуется увеличивать число витков вторичной обмотки именно на эту разницу.

Следующим шагом будет определение диаметра провода обе обмотки. Для этого рассчитайте значение тока в первичной обмотке:

I 1 = 1,1 (P2/Uc). А по формуле:

d 1 = 1,13√ I 1 / ∆ определяет параметр провода.

Этот расчет действителен для всех типов трансформаторов, как силовых, так и сварочных с напряжением сети 50 Гц. Программа расчета выполняет те же операции, что и выше. Только она может обрабатывать данные в любом порядке. Например, указав количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, введя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

Расчет импульсного трансформатора

Как и в случае обычного силового трансформатора, импульсы также можно рассчитать с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ. Формулы будут аналогичны, но нужно будет учитывать магнитную проницаемость и другие параметры ферритового сердечника. Потому что от его свойств напрямую зависит качество и правильность работы готового устройства.

При расчете сварочных импульсных трансформаторов с помощью программ многие из них дают подсказки, представляют схемы мостовых выпрямителей и так далее. Все это значительно облегчает процесс, так как усложняется традиционными методами. Но, в целом, принцип остается прежним. Что касается программ-калькуляторов, то их большое количество можно найти в Интернете для выполнения расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

Трансформаторы

постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, цепях управления питанием и другом электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется рассчитать параметры устройства в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей можно использовать специально разработанный онлайн-калькулятор расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходных данных в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн-калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн выдаются результаты в виде мощности, тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотках.

Есть, позволяющие быстро производить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при расчетах. Чтобы избежать подобных неприятностей, воспользуйтесь программой онлайн-калькулятор. Полученные результаты позволяют конструировать трансформаторы различной мощности и напряжения. С помощью калькулятора проводятся не только расчеты трансформатора. Есть возможность изучить его устройство и основные функции. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн-калькулятору не требуется проводить никаких самостоятельных расчетов. Полученные результаты позволяют перемотать трансформатор своими руками. Большинство необходимых расчетов проводится в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор упрощает и ускоряет все расчеты. Необходимые пояснения можно получить из инструкций и в дальнейшем следовать их указаниям.

Конструкция магнитопроводов трансформаторов представлена тремя основными вариантами — броневой, шкворневой и . Другие модификации встречаются гораздо реже. Для расчета каждого типа необходимы исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

Links — Ness Engineering Inc.

Импульсная мощность и
Связанные с высоким напряжением. Реле высокого напряжения Выключатели высокого напряжения Диагностика высокого напряжения (датчики напряжения/тока, датчики температуры, каналы F/O) Другие компоненты высокого напряжения (предохранители, генераторы импульсов/триггеров, импульсные XFMR и т. д.) Оборудование для управления температурным режимом (холодные пластины, радиаторы и т. д.) Программное обеспечение (МКЭ и моделирование цепей) Университеты, занимающиеся исследованиями в области высокого напряжения/импульсной энергии Другие ссылки, связанные с высоковольтной/импульсной мощностью Связанные с высоковольтной/импульсной мощностью Конференции Другое Разное. Веб-сайты, представляющие интерес
Целью этой страницы было предоставить общее место для поиска ссылок на различных поставщиков и организации, которые могут быть интересны тем, кто работает в области импульсной энергии, высокого напряжения или силовой электроники.
Отказ от ответственности: Ness Engineering не поддерживает и не рекомендует продукты и производителей, перечисленных здесь, и не является представителем или агентом любого из этих производителей. Эти веб-ссылки предоставляются только в качестве любезности для посетителей нашего сайта. Если ваша компания желает быть включенной в этот список или у вас есть другие предложения, отправьте сообщение электронной почты, указав свое имя, название компании и URL-адрес, на адрес richard. [email protected].
H Линии питания высокого напряжения
Excelitas Technologies (ранее Kaiser Systems — высоковольтные источники питания, зарядные устройства для конденсаторов)
TDK Lambda (ранее ALE — высоковольтные источники питания, зарядные устройства для конденсаторов)
Spellman (высоковольтные источники питания)
XP Power (ранее Glassman — высоковольтные устройства расходные материалы)
MKS Instruments (ранее ASTeX/Converter Power — высоковольтные источники питания, конденсаторные зарядные устройства)
Hipotronics HV (высоковольтные источники питания, испытательное оборудование)
Unipower Inc. (ранее Universal Voltronics — высоковольтные источники питания)
Advanced Energy (ранее Ultravolt — высоковольтные источники питания)
CPS (высоковольтные источники питания, высоковольтные датчики, высоковольтные кабели и т. д.)
XP Power (ранее Glassman — высоковольтные источники питания)
J. Schneider Elektrotechnik (высоковольтные источники расходные материалы)
American High Voltage (высоковольтные источники питания)
Technix (высоковольтные источники питания)
Back to Top
H высоковольтные конденсаторы
Murata (керамические конденсаторы HV 900TD05) Керамические конденсаторы)
AVX Corporation (высоковольтные керамические конденсаторы)
General Atomics Energy Products (высоковольтные пленочные конденсаторы)
Aerovox (высоковольтные пленочные конденсаторы)
CSI конденсаторы (высоковольтные пленочные конденсаторы)
пластиковые пленочные конденсаторы (высоковольтные пленочные конденсаторы) Конденсаторы, источники питания высокого напряжения)
Polyflon (пленочные конденсаторы высокого напряжения)
Vishay / Roederstein (пленочные конденсаторы высокого напряжения)
Wima (пленочные конденсаторы высокого напряжения)
Электронные пленочные конденсаторы (пленочные конденсаторы высокого напряжения)
Продукция для конденсаторов (высоковольтные пленочные конденсаторы)
Cornell-Dubilier (высоковольтные пленочные и слюдяные конденсаторы)
Teledyne Reynolds Industries (высоковольтные слюдяные конденсаторы, искровые разрядники)
Custom Electronics Technologies (высоковольтные слюдяные конденсаторы)
R Calamic (керамические)
R 9000 конденсаторы)
Morgan Electro Ceramics (высоковольтные керамические конденсаторы)
TPL Inc. (высоковольтные керамические конденсаторы)
Circuit Functions Inc. (высоковольтные керамические конденсаторы)
SB Electronics Inc. (высоковольтные пленочные конденсаторы)
High Energy Corp. (высоковольтные пленочные и керамические конденсаторы)
Api Capacitors Ltd. (высоковольтные пленочные конденсаторы)
NWL Capacitors (теперь часть Cornell Dubilier)
Вернуться к началу
Резисторы напряжения H4 9
Kanthal Globar (ранее Cesiwid или Carborundum — высоковольтные резисторы)
EBG (высоковольтные резисторы)
Caddock (высоковольтные резисторы)
Ohmite (высоковольтные резисторы)
высоковольтные силовые резисторы (высоковольтные резисторы)0005
Резистор США (резисторы HV)
Electronics Stackpole (резисторы с высокой мощностью)
Riedon (резисторы HV)
Ohmweve (резисторы HV)
Back
Diode Links
HV Assocenties Assocenties Assocenties Assopines Assocenties Assomiates Assopines Assocentries Assocenties Assopines Assocentries Assocenties Assocentries Assopines Assopines Assocenties Assopines. высоковольтные диоды)
Voltage Multipliers Inc. (высоковольтные диоды)
Microsemi (высоковольтные диоды)
High Voltage Power Systems (высоковольтные диоды в сборе)
Electronic Devices Inc. (высоковольтные диоды)
IXYS (9 высоковольтных диодных модулей)0005
Semikron (модули высоковольтных диодов)
Dynex Semiconductor (диоды высокого напряжения)
VR Electronics (диоды высокого напряжения/импульсной мощности)
Вернуться к началу
Высоковольтные магнитные сердечники
и порошковые сердечники)
Micrometals Iron and Alloy Powder Powder (порошковые сердечники)
Honeywell (Metglas Amorphous Metal Cores)
Ceramic Magnetics (ферритовые сердечники)
Hitachi Metals (аморфные и нанокристаллические металлические сердечники)
Vacuumschmelze (аморфные и нанокристаллические металлические сердечники)
MK Magnetics (ленточные сердечники)
Magnetic Metals (ленточные сердечники)
Trans-Tech (ферритовые сердечники)
Back to Top
2 Высоковольтный кабель и разъем 9 Links
Caton (высоковольтные кабели и разъемы)
Fischer Connectors (высоковольтные разъемы)
Lemo (высоковольтные разъемы)
GES High Voltage, Inc. (высоковольтные разъемы)
Dielectric Sciences (высоковольтные кабели и разъемы)
Okonite (высоковольтный кабель)
Belden (высоковольтный провод)
MWS Wire (литцендратный провод)
Cooner Wire (литцендратный провод)
Wiretronic Inc.
Times Microwave (коаксиальный кабель)
Multi-Contact (материал сильноточных контактов Multilam)
Tyco Electronics (материал сильноточных контактов Louvertac)
Вернуться к началу
Высоковольтные релейные перемычки
Ross Engineering (высоковольтные реле и т. д.)
TE Connectivity (ранее Kilovac — высоковольтные реле)
Gigavac (высоковольтные реле и т. д.)
Jennings Technology (теперь часть ABB — высоковольтные реле)
Вернуться к началу
Высоковольтные переключатели
Teledyne E2V (ранее EEV – Thyratrons)
Triton Electron Technology Division (ранее ITT – Thyratrons)
L-3 (ранее Litton Devices Electron Devices (ранее Litton Devices – High Energy Thyratrons) 900Spark2
5) Зазоры)
Excelitas Technologies (ранее Perkin Elmer и EG&G Optoelectronics – тиратроны, искровые разрядники, вакуумные разрядники)
L-3 Pulse Sciences (искровые разрядники, триггерные генераторы)
Richardson Electronics (дистрибьютор Ignitron)
Richardson Electronics (дистрибьютор искровых разрядников) )
Richardson Electronics (дистрибьютор Thyratron)
Richardson Electronics (дистрибьютор электронных ламп)
ABB Semiconductor (тиристоры, диоды)
CPI Eimac (сетчатые вакуумные лампы – тетроды, триоды, пентоды и т. д.)
E2V Technologies (триоды, тетроды)
Teledyne E2V (искровые разрядники)
MPD Components Inc. (искровые разрядники и малые триоды)
Powerex Semiconductor (IGBT, тиристоры, диоды)
Infineon, Thyristor, Thyristor, Semiconductor диоды)
Dynex Semiconductor (тиристоры, диоды)
Behlke Electronic (полупроводниковые переключатели)
Analog Modules OmniPulse Technology (драйверы лазерных диодов)
Pulsed Technologies Ltd. (псевдоискровые переключатели)
Silicon Power (твердотельные коммутаторы)
IXYS (твердотельные коммутаторы)
Wolfspeed (твердотельные коммутаторы SiC)
GeneSiC (твердотельные коммутаторы SiC)
Вернуться к началу
Датчики тока, датчики температуры, каналы F/O)
Ross Engineering (датчики напряжения высокого напряжения)
Northstar High Voltage (датчики напряжения высокого напряжения)
Pearson Electronics (мониторы тока, емкостные датчики напряжения)
Stangenes Industries (мониторы тока, емкостные датчики напряжения)
Ion Physics (мониторы тока)
T&M Research Products (токовые шунты)
Prodyn Technologies (сенсоры B-dot, D-dot и т. д.)
Power Electronic Измерения (датчики Роговского)
Barth Electronics (делители напряжения, аттенюаторы и т. д.)
GMW (трансформаторы тока, датчики Холла и т. д.)
Montena (датчики B-точки, D-точки и т. д.)
PPM (аналоговые оптоволоконные каналы, датчики и т. д.)
FISO (оптические датчики температуры)
Opsens (оптические датчики температуры)
Optocon (оптические датчики температуры)
Вернуться к началу
Другие линии высоковольтных компонентов
General Atomics Energy Products (высоковольтные предохранители)
Stangenes Industries (импульсные трансформаторы, изолирующие трансформаторы, магниты)
Pearson Electronics (импульсные трансформаторы)
Northstar High Voltage (триггерные генераторы, импульсные генераторы)
Avtech Electrosystems (генераторы импульсов)
Berkeley Nucleonics (генераторы импульсов)
Directed Energy (генераторы импульсов, генераторы триггеров)
Kentech Instruments (генераторы импульсов)
Ion Physics Corp (генераторы импульсов)
5 Inc. (высоковольтные источники питания/импульсные модуляторы)
High Voltage Inc. (высоковольтное испытательное оборудование)
Von Corp (высоковольтное испытательное оборудование)
Sensorlink Corp (высоковольтные датчики)
Espey (высоковольтные системы электропитания, Custom Magnetics)
Glastic (стойки высоковольтного изолятора; лист, стержень, квадрат, швеллер)
Lapp Insulator (стойки высоковольтного изолятора)
Behlke Electronic (полупроводниковые импульсные генераторы и т. д.)
IXYS Colorado Directed Energy (полупроводниковые импульсные генераторы) и т. д.)
Вернуться к началу
Ссылки для управления температурным режимом (холодные пластины, радиаторы и т. д.)
CGR Technologies (нестандартные холодные пластины, пайка)
Wakefield-Vette (радиаторы, охлаждающие пластины и т. д.) .)
Lytron (холодные пластины, теплообменники)
Amulaire (нестандартные охлаждающие пластины, радиаторы)
Thermacore (нестандартные охлаждающие пластины, тепловые трубки)
Dau (нестандартные охлаждающие пластины, тепловые трубки, радиаторы)
Max Technology (Стандартные и нестандартные холодные плиты)
Mikros Technology (Пользовательские холодные плиты)
Вернуться к началу
Программное обеспечение (МКЭ и моделирование цепей)
QuickField (программное обеспечение для моделирования полей)
CST Studio Suite (моделирование полей E) Программное обеспечение)
EMWorks EMS (ПО для моделирования полей)
ANSYS Maxwell (ПО для моделирования полей)
Field Precision (ПО для моделирования полей)
Vector Fields (ПО для моделирования полей)
Integrated Engineering Software (ПО для моделирования полей) )
Программное обеспечение Spectrum Micro-Cap 12 (теперь бесплатно — программное обеспечение для моделирования схем)
Cadence PSpice (программное обеспечение для моделирования схем)
Linear Technology LTSpice IV (бесплатное программное обеспечение для моделирования схем)
Back Top
Университеты с высоким уровнем напряжения / импульсной энергетики
Техасский технический университет
Университет Калифорнии в Ирвине
Университет Нью -Мексико
Университет Миссиури в Колумбии
Университет Университета
Миссис Миссис. Государственный университет
Обернский университет
Институт передовых технологий (Техасский университет)
Университет Южной Калифорнии
Вернуться к началу
Прочие ссылки по теме импульсной энергии и организации, выполняющие работы с импульсной энергией / высоковольтным оборудованием
L-3 Communications Applied Technologies (симуляторы рентгеновского излучения, электрические пушки, высоковольтные источники питания, конденсаторные батареи, силовая электроника)
General Atomics Fusion Group (эксперименты по термоядерному синтезу, преобразование энергии и т. д.)
Europulse (высоковольтные импульсные генераторы)
Applied Physical Electronics LC (системы компактных генераторов Marx)
Lawrence Livermore National Laboratories
Национальные лаборатории Лос-Аламоса
Исследовательская лаборатория ВВС
Военно-морская исследовательская лаборатория Отделение физики импульсной энергии
Национальные лаборатории Сандия
Департамент преобразования энергии SLAC
IEEE Nuclear and Technology Plasma Sciences and Pulsed Society 0EE5 Science and Pulsed Power
9000
IEEE Power Electronics Society
IEEE Dielectrics and Insulation Society
Морской центр надводных вооружений Dahlgren Division (рейлган и т. д.)
Информация о высоком напряжении (Руководство по покупке высоковольтного оборудования, статьи, блог и т. д.)
NRL Plasma Formulary
Справочник экспериментатора по высоковольтному оборудованию (технические данные высоковольтного оборудования и т. д.)
Портал импульсной энергии (множество калькуляторов)
Центр of Excellence for Electrical Safety (сайт DOE по электробезопасности, особенно связанный с исследованиями и разработками)
Журнал Electronics Cooling Magazine
Журнал Power Electronics Technology Magazine
Веб-сайт совместных конференций по ускорителям (Центральный репозиторий статей по ускорению)
Веб-сайт программы DOD SBIR/STTR
Веб-сайт программы DOE SBIR/STTR>
Профессиональное общество направленной энергии
Захваченная молния (фигуры Лихтенберга, катушки Тесла и т. д.)
Наверх
Энергетика / высоковольтная / силовая электроника
2009 Конференция по ускорителям частиц (PAC09), 4–8 мая 2009 г. , Ванкувер, Канада
36-я Международная конференция по науке о плазме (ICOPS) и 23-й симпозиум по термоядерной технике, 31 мая — 5 июня , 2009 г., Сан-Диего, Калифорния
17-я Международная конференция IEEE по импульсной энергетике, 29 июня – 2 июля 2009 г., Вашингтон, округ Колумбия
Конгресс и выставка IEEE по преобразованию энергии (ECCE 2009), 20 – 24 сентября 2009 г., Сан-Хосе, Калифорния
Европейская конференция IET по импульсной энергетике 2009 г., 21–25 сентября 2009 г., Женева, Швейцария
15-й Международный симпозиум по технологии электромагнитных запусков (EML2010), 17–20 мая 2010 г., Брюссель, Бельгия
2010 Международный модулятор мощности и высокое напряжение Конференция, 23 – 27 мая 2010 г., Атланта, Джорджия
1-я Международная конференция по ускорителям частиц (IPAC), 23–28 мая 2010 г., Киото, Япония
Международный симпозиум IEEE по электроизоляции (ISEI), 6–9 июня 2010 г., Сан-Диего, Калифорния Наука о плазме (ICOPS), 20–24 июня 2010 г. , Норфолк, Вирджиния
Международная конференция по силовой электронике (IPEC), 21–24 июня 2010 г., Саппоро, Япония
Конференция и выставка по прикладной силовой электронике (APEC), 6 марта – 10, 2011, фут. Стоит, Техас
PAC Eleven 2011 Конференция по ускорителям частиц, 28 марта – 1 апреля 2011 г., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк
18-я Международная конференция IEEE по импульсной энергии, 19–23 июня 2011 г., Чикаго, Иллинойс
38-я Международная конференция по науке о плазме (ICOPS) ), 26–30 июня 2011 г., Чикаго, Иллинойс
2-я Международная конференция по ускорителям частиц (IPAC 2011), 4–9 сентября 2011 г., Сан-Себастьян, Испания
Конференция и выставка прикладной силовой электроники (APEC), 5 февраля – 9, 2012, Мир Диснея, Флорида
3-я Международная конференция по ускорителям частиц (IPAC 2012), 20–26 мая 2012 г., Новый Орлеан, Лос-Анджелес , CA
39-я Международная конференция по науке о плазме (ICOPS), 8–12 июля 2012 г., Эдинбург, Великобритания
Конференция и выставка прикладной силовой электроники (APEC), 17–21 марта 2013 г. , Лонг-Бич, Калифорния
IEEE Симпозиум по технологиям электрических кораблей (ESTS 2013), 22–24 апреля 2013 г., Арлингтон, Вирджиния
PPPS 2013 Научная конференция по импульсной энергии и плазме, 16–21 июня 2013 г., Сан-Франциско, Калифорния
Североамериканская конференция по ускорителям частиц (PAC), 29 сентября – 4 октября 2013 г., Пасадена, Калифорния
41-я Международная конференция по Наука о плазме (ICOPS) и 20-я Международная конференция по пучкам частиц высокой мощности (BEAMS), 25–29 мая 2014 г., Вашингтон, округ Колумбия
2014 Международная конференция по модуляторам мощности и высоким напряжениям, 1–5 июня 2014 г., Санта-Фе, Нью-Мексико
5-я Международная конференция по ускорителям частиц (IPAC 2014), 15–20 июня 2014 г., Дрезден, Германия
6-я Международная конференция по ускорителям частиц (IPAC 2015), 3–15 мая 2015 г., Ричмонд, Вирджиния
Дополнительные списки конференций могут быть Можно найти на следующих веб-сайтах:
IEEE Nuclear and Plasma Sciences (NPS) Society Conferences
Каталог конференций Plasma IEEE NPS
Конференции и симпозиумы IEEE Dielectrics and Insulation Society (DEIS)
Наверх
Другое Разное. Интересующие веб-сайты
Indeed.com (веб-сайт со списком вакансий, который выполняет поиск по нескольким веб-сайтам)
Bookfinder4u (поисковая система книжного магазина находит новые и подержанные книги)
LabX.com (новое и подержанное лабораторное оборудование)
Used-Line.com (новое и подержанное лабораторное оборудование)
TekNet Electronics (новое и подержанное лабораторное оборудование)
Switching PS Design (учебники, схемы и т. д.)
Калькулятор ширины дорожки печатной платы (на основе IPC 222-1)
EEWeb Toolbox (различные калькуляторы для проектирования печатных плат/микрополосок и т. д.)
FindChips.com (найти электронику на складе)
MegaConverter 2 (онлайн-конвертер единиц измерения)
Mil-Specs для коаксиальных кабелей
Вернуться к началу
Консультационные запросы, комментарии и предложения направляйте по адресу [email protected]
Правильная обмотка импульсного трансформатора
Приветствую!
Как известно, трансформатор является основным элементом любого источника питания. Начинающие радиолюбители довольно часто задают себе вопрос: как правильно намотать трансформатор самостоятельно? Поэтому данная инструкция полностью посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.
Итак, начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Часто бывает так, что люди берут любой попавшийся под руку трансформатор и начинают наматывать на него свои обмотки, не задумываясь об одной маленькой, но очень важной детали, которая называется зазором.
Существует 2 основных типа схем управления трансформатором: однотактный и двухтактный.
Из рисунка выше видно, что к двухтактным относятся: мост, полумост и пуш-пул. В этих схемах не должно быть разрыва сердечника, и это касается не только силового трансформатора, но и ТГР.
Что касается однотактных схем, то они бывают прямоточные и обратноточные, поэтому у них обязательно должен быть зазор в сердечнике, поэтому первым делом всегда нужно досконально разбираться в том, что делаешь.
Для более наглядного примера в данной статье рассмотрим обмотку 2-х разных трансформаторов, один для двухтактной схемы, второй для однотактной соответственно.
Автор решил намотать трансформатор для готовых проектов. Первый это блок на SG3525. Схема представлена ниже.
Как видно из схемы, это полумост. Таким образом, данный тип относится к разряду двухтактных схем, поэтому, как было сказано в начале статьи, зазор в сердечнике не нужен.
С этим мы определились, но это еще не все. Перед намоткой необходимо произвести специальные расчеты (рассчитать трансформатор). К счастью, в Интернете можно легко найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.
Благодаря автору этих программ, а у него далеко не одна, количество самодельных блоков питания постоянно растет. Вы можете ознакомиться со всеми программами этого автора, но в примере мы разберем только две из них. Первый — «Lite-CalcIT Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» (Версия 4.1).
Не будем вдаваться в подробности, коснемся лишь важных моментов. Первый это выбор схемы преобразователя: пуш-пул, полумост или мост. Далее у нас идет строка выбора напряжения питания, его также необходимо указать, можно указать либо уже выпрямленное напряжение (постоянное ) или просто сеть (чередование). Ниже расположено поле для ввода частоты преобразования. Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор задает частоту в районе 40-50Гц, выше поднимать не нужно. Далее указываем характеристики преобразователя. В соответствующих столбцах укажите напряжение, мощность и провод, который будет намотан. Не забудьте указать схему выпрямления и поставить галочку «Использовать нужные параметры».
Кроме того, в программе есть еще 2 важных поля для заполнения. Первый – это наличие или отсутствие стабилизации.
При включенной галочке программа автоматически накидывает пару витков на вторичку для сброса работы ШИМ.
Второе поле охлаждается. Если он присутствует, то из трансформатора можно выжать больше мощности.
И последнее, но самое главное, необходимо указать, какой сердечник будет использоваться при намотке этого трансформатора.
Большинство стандартных номиналов уже введены в программу, осталось только выбрать нужный.
И теперь, когда все поля заполнены, можно нажать кнопку «Рассчитать».
В итоге получаем данные для обмотки нашего трансформатора, а именно количество витков первички и вторички вместе с количеством сердечников.
Необходимые расчеты сделаны, можно приступать к намотке.
Важный момент! Все обмотки мотаем в одну сторону, но начало и конец обмотки начинаем строго по схеме. Пример: допустим мы положили сюда начало обмотки (подробнее на изображении ниже), намотали нужное количество витков и сделали вывод.

Давайте представим, как течет ток. Допустим, он течет так:
Тогда он будет течь по проводу в указанном направлении. А теперь просто меняем местами начало и конец обмотки.
Хотя обмотку делали справа, ток будет течь в обратном направлении и это будет равносильно тому, что мы намотали обмотку слева. Таким образом, фазирование может быть легко выполнено в точках схемы; главное мотать все обмотки в одну сторону.
Разобравшись с примером, приступаем к реальной обмотке. Начало намотки находится в этой точке (см. изображение ниже), а значит отсюда и будем мотать.

Стараемся ровно укладывать витки, также необходимо избегать пересечения провода и различных узлов, петель и тому подобного. От того, как вы намотаете трансформатор, зависит дальнейшая работа всего блока питания.
Мотаем ровно половину первички и втягиваем, не прямо к штырю трансформатора, а вверх. Далее намотаем вторичку, а поверх нее оставшуюся первичку.
Таким образом, увеличивается магнитная связь обмоток и уменьшается индуктивность рассеяния.
Между обмотками должна использоваться изоляция. Это идеальная термолента.
А для самого последнего слоя утепления можно для красоты использовать лавсановую ленту.
Вторичная обмотка наматывается так же, как и первичная.
Припаиваем к началу обмотки и равномерно наматываем на катушку. При этом желательно, чтобы вторичка укладывалась в один слой. Но если вы рассчитывали на большее натяжение, то необходимо натянуть второй слой равномерно по всему каркасу.
Когда слой намотан, то снова делаем отвод вверх и начинаем наматывать вторую часть вторички. Наматывается так же, как и первый.
Здесь уже стоит как-то отметить, где у вас первая половина второстепенной, а где вторая.
Следующий этап — домашняя работа первичной обмотки. В этом случае автор обычно оставляет себе на плате пустой штырь, чтобы можно было подключить среднюю точку первички.
Вот этим пином начинаем мотать оставшуюся первичку, тоже все равномерно.
Здесь уже не надо откидывать вверх конец провода, можно сразу поставить на место.
Затем такую же операцию проводим для остальных выводов.
Когда основные обмотки закончены, можно приступать к намотке дополнительных, в данном случае это обмотка автоподзавода. С ним все точно так же, начало и конец указаны на печатной плате, изолируйте и встряхните.
Верхний слой, как было сказано ранее, покрыт майларовой лентой. Вот, теперь трансформатор выглядит как промышленный образец.
Примечание для начинающих! Как правило, начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания нестабильными на микросхемах типа IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: мол намотали одно напряжение, а на выходе получили другое. Перемотка не дает результатов. Какая разница? Но дело в том, что проводить замеры необходимо при нагрузке не менее 15% от номинальной. И получается, что выходной конденсатор заряжен до амплитудного значения, реально измеряешь, и не можешь понять, что не так.
Обмотка обратноходового трансформатора питания ничем не отличается от предыдущей, только для расчета воспользуемся другой программой из того же пакета программ — «Flyback — Программа расчета трансформатора обратноходового преобразователя» (Версия 8.1).
Указываем необходимые параметры: частоту, выходные напряжения и так далее, это не так важно. Единственный момент, заслуживающий особого внимания, это зазор в сердечнике и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры нужно будет соблюдать максимально точно.

Вот и все. Спасибо за внимание. До скорого!
Авторское видео:
<noscript><img loading='lazy' src='/800/600/http/uk-parkovaya.ru/wp-content/uploads/8/6/9/8695e1cfbaf5905c33a3804dd57388b0.png' /></noscript> com/embed/DP3k_uNOdSQ» allowfullscreen=»» frameborder=»0″>
Гибридное хранение энергии и приложения на основе зарядки мощных импульсных трансформаторов
Авторская панель Войти
Что такое открытый доступ?
Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.
Наши авторы и редакторы
Мы представляем собой сообщество из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах мира, включая лауреатов Нобелевской премии и самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.
Оповещения о содержимом
Краткое введение в этот раздел, описывающий открытый доступ, особенно с точки зрения IntechOpen
Как это работаетУправление предпочтениями
Контакты
Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:
Карьера:
Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.
Открытый доступ.1320. DOI: 10.5772/52217. 4 073 загрузки глав
Посмотреть полные показатели
СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО
Рекламное объявление
1.
Введение
1.1. ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора
В области электротехники, силовой электроники и технологии импульсной энергии обычно используемые способы передачи и хранения энергии включают механическое накопление энергии (MES), химическое накопление энергии (CHES), емкостное накопление энергии (CES), индуктивное накопление энергии. (IES) и гибридный накопитель энергии (HES) [1-3]. MES и CHES являются важными способами хранения энергии, используемыми людьми с давних времен. MES преобразует механическую энергию в импульсную электромагнитную энергию, а типичные устройства MES включают в себя генератор электроэнергии. Устройства CHES, такие как батареи, преобразуют химическую энергию в электрическую. Вышеупомянутые режимы накопления энергии обычно объединяются друг с другом, образуя режим HES. В нашей повседневной жизни MES и CHES обычно нуждаются в помощи других режимов для доставки или передачи энергии для управления оконечными нагрузками. В результате CES, IES и HES становятся наиболее важными распространенными режимами хранения энергии для пользователей. Итак, эти три режима накопления энергии подробно проанализированы как центральные темы в этой главе.
CES — это режим накопления энергии, использующий конденсаторы для хранения электроэнергии [3-5]. Как показано на рис. 1(а), C ₀ является компонентом накопления энергии в CES, а нагрузкой C ₀ могут быть катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы соответственно. Определим диэлектрическую проницаемость диэлектрика в конденсаторе C ₀ как ε , напряженность электрического поля запасенной электрической энергии в C ₀ как E . The energy density W _E of CES is as
WE=12εE2 .E1
Usually, W _E which is restricted to ε and the breakdown electric field intensity of C ₀ составляет около 10 ⁴ ~10 ⁵ J / м ³ . Традиционные генераторы Маркса находятся в режиме CES [4-5].
IES — это еще один способ накопления энергии, использующий катушки индуктивности для создания магнитных полей для накопления энергии. Как показано на рис. 1(b), базовая ячейка IES нуждается в согласованных операциях размыкающего переключателя ( S _{открыть} ) и замыкающий переключатель ( S _{закрыть} ) [6-7], а L ₀ является компонентом накопления энергии. Когда зарядный ток L ₀ достигает своего пика, S _{открывается,} становится открытым, а S _{закрывается,} одновременно закрывается. Поскольку мгновенное индуцированное напряжение на L ₀ быстро растет, запасенная ранее магнитная энергия в магнитном поле быстро доставляется в нагрузку через S _{закрыть} . Нагрузкой L ₀ также могут быть катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы соответственно. Типовым устройством ИЭС является взрывной компрессионный генератор магнитного потока [7]. Обмотка катушки импульсного трансформатора, использовавшегося в установке «Токамак», является еще одним важным элементом ИЭУ [8]. Определим магнитную проницаемость среды внутри обмоток катушек как мк , напряженность магнитной индукции запасенной магнитной энергии как В . Плотность энергии W _B из IES составляет
WB = 12B2μ .E2
Обычно, W _B Ограничен Z и B — около
9 μ и B — около
9 μ и B . м ³ . КЭС обладает многими передовыми качествами, такими как высокая плотность накопления энергии, компактность, малый вес и малый объем в отличие от КЭС. Однако очевидны и недостатки ИЭС, такие как потребность в мощных размыкающих выключателях, низкая эффективность передачи энергии и невозможность повторяющихся операций.
Рисунок 1.
Схемы трех видов часто используемых режимов накопления энергии. а) емкостной режим накопления энергии; (b) Индуктивный режим накопления энергии; c) типичный гибридный режим накопления энергии; (г) Гибридный накопитель энергии на основе импульсного трансформатора.
Во многих приложениях CES в сочетании с IES используется для хранения энергии в качестве режима HES. На рис. 1(c) показан типичный режим HES на основе CES и IES. Во-первых, источник энергии заряжает C ₁ в режиме CES. Во-вторых, S _close1 закрывается, и энергия, накопленная в C ₁, передается на L ₀ через резонансный контур в режиме IES. В-третьих, ранее замкнутый переключатель S _open размыкается, а S _close2 закрывается одновременно. Накопленная магнитная энергия в L ₀ снова быстро передается конденсатору C ₂ в режиме CES. Наконец, S _{закрыть3} закрывается, и энергия, накопленная в C ₂, подается на оконечную нагрузку. Так, в режиме HES, показанном на рис. 1(c), ячейка HES упорядоченно работает в режимах CES, IES и CES для получения энергии импульса большой мощности. Кроме того, часто используемый режим HES на основе CES и IES, показанный на рис. 1 (d), является производным от режима на рис. 1 (c). В этом режиме ГЭС используется импульсный трансформатор, а обмотки трансформатора играют роль элементов ИЭС. На рис. 1(d), если S _{открыть} и S _close1 работают нормально, ячейка HES также исправно работает в режимах CES, IES и CES. Конечно, переключатель S _close1 на рис. 1(d) также можно игнорировать во многих приложениях для упрощения.
Вообще говоря, система может называться модулем HES, если в систему включены два или более двух режимов накопления энергии. В этой главе основные темы сосредоточены только на CES, IES и HES, основанных на CES и IES, поскольку они имеют широкое применение в нашей повседневной жизни. И CES, и IES имеют свои преимущества и недостатки, но режим HES, основанный на этих двух, одновременно обеспечивает эти индивидуальные преимущества. В приложениях многие устройства могут быть упрощены в виде модуля ГЭС, включающего два конденсатора и трансформатор, показанный на рис. 2 [9].-16]. Выключатель S ₁ имеет возможность замыкания и размыкания в разное время. Этот тип модуля HES на основе зарядки трансформатора может нормально работать в режимах CES, IES и CES. И он имеет много улучшенных характеристик для одновременного применения, таких как высокая эффективность передачи энергии, высокая плотность хранения энергии и компактность.
Рис. 2.
w3.org/2012/symbol»> Схема распространенного гибридного накопителя энергии на основе конденсаторов и импульсного трансформатора
1.2. Применение ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора
ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора является важной технологией для повышения напряжения, сжатия мощного импульса, модификации импульса, запуска мощного импульса, интенсивного ускорителя электронного пучка и источника плазмы. Ячейка HES имеет широкое применение в таких областях, как оборона, промышленность, защита окружающей среды, медицина, физика, клеточная биология и технология импульсной энергии.
ГЭС на основе заряда импульсного трансформатора является важным способом сжатия импульсов большой мощности. На рис. 3(а) показана установка сжатия импульсов высокой мощности на базе ГЭС в Технологическом университете Нагаока в Японии[9].], а его структура показана на рис. 3(б). Линия формирования импульсов Блюмляйна играет роль нагрузочного конденсатора в ячейке HES, а два магнитных переключателя соответственно контролируют передачу энергии. Система сжатия импульсов может сжимать импульс низкого напряжения в миллисекундном диапазоне для формирования импульса высокого напряжения в диапазоне 50 нс/480 кВ.
Рис. 3.
Типовой высокомощный импульсный компрессор с трансформаторным модулем HES. а) система импульсного компрессора; (б) схема и схема системы импульсного компрессора
ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора является важным способом запуска мощных импульсов. На рис. 4(а) показан твердотельный импульсный триггер с полупроводниковыми размыкающими выключателями (SOS) в ИЭФ РАН [10-11]. На рис. 4(б) представлена схема импульсного триггера, которая показывает типичный режим ГЭС, основанный на зарядке импульсного трансформатора. Переключатель SOS и IGBT используются в качестве переключателей, управляющих передачей энергии. Импульсный триггер выдает высоковольтный триггерный импульс с шириной импульса 70 нс и напряжением от 20 до 80 кВ при частоте повторения 100 Гц. А средняя отдаваемая мощность составляет около 50кВт.
Рис. 4.
Типовой высоковольтный триггер узкого импульса с модулем HES на основе трансформатора. (а) Импульсный триггер с переключателями SOS; (b) Схема системы запуска мощных импульсов
Ячейка HES на основе зарядки импульсного трансформатора также является важным компонентом ускорителя интенсивных электронных пучков для мощных импульсных электронных пучков, которые используются в области мощных микроволновая печь, плазма, мощный лазер и энергия инерционного синтеза (IFE). На рис. 5(а) показан ускоритель типа «Синус» в России[12], а также он соответствует режиму ГЭС на основе трансформаторной зарядки, показанному на рис. 2. Импульсный трансформатор ускорителя представляет собой трансформатор Тесла с открытым магнитопроводом. , в то время как переключатель искрового промежутка управляет передачей энергии. Ускоритель использовался для привода СВЧ-генератора для мощных СВЧ. На рис. 5(б) представлена мощная KrF-лазерная система в Военно-морской исследовательской лаборатории США, а важные компоненты накопителя энергии в системе как раз образуют ячейку ГЭС на основе трансформаторной зарядки [13-14]. Ячейка HES управляет диодом для импульсных электронных пучков для накачки лазера, а лазерная система подает импульсный лазер с пиковой мощностью 5 ГВт/100 нс на установку IFE.
Рис. 5.
Типовой интенсивный ускоритель электронных пучков с трансформаторным модулем HES. а) Импульсный ускоритель электронных пучков на основе ГЭС для мощных СВЧ-приложений в России; (b) Импульсный ускоритель электронного луча на основе ГЭК для применения мощных лазеров в Военно-морской исследовательской лаборатории, США
ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора также имеет важные применения в сверхширокополосном (СШП) электромагнитном излучении и рентгеновском излучении. рентгенография. На рис. 6 показан генератор сверхширокополосных импульсов на основе режима HES в Университете Лафборо, Великобритания [15]. Трансформатор Тесла с воздушным сердечником заряжает линию формирования импульсов (ИФЛ) до 500 кВ, а переключатель искрового разрядника управляет передачей энергии от ИФЛ к антенне. Генераторы импульсов серии «РАДАН», представленные на рис. 7, представляют собой портативные импульсные генераторы большой мощности российского производства для рентгенографии [16]. Импульсный генератор «РАДАН», состоящий из трансформатора Тесла и ИФЛ, также основан на режиме ГЭС, показанном на рис. 2. Управляющими ключами являются тиристоры и разрядник.
Кроме того, ячейка HES также используется в генераторе ударных волн [17], диэлектрическом барьерном разряде [18], промышленной обработке выхлопных газов [19], обработке поверхности материала [20], производстве озона [21], стерилизации пищевых продуктов [22], обработка клеток и клеточная мутация [23].
Рис.
6.
Компактный генератор импульсов 500 кВ на основе ГЭС для СШП излучения в Университете Лафборо, Великобритания
Рис. 7.
Компактные генераторы импульсов «РАДАН» для рентгенографии в России
Объявление
2. Параметрический анализ импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом в ГЭС
Конденсатор и катушка индуктивности являются основными элементами накопителя энергии для ЕНЭ и ИЭС соответственно, и зарядка импульсного трансформатора важна для режима ГЭС, показанного на рис. 2. Таким образом, важно проанализировать характерные параметры широко используемого мощного импульсного трансформатора и предоставить теоретические инструкции для лучшего понимания ГЭС, основанной на зарядке трансформатора.
Рис. 8.
Часто используемые импульсные трансформаторы с закрытыми тороидальными магнитопроводами
Существует много видов стандартов для классификации широко используемых импульсных трансформаторов. С точки зрения магнитного сердечника импульсные трансформаторы можно разделить на два типа, такие как трансформатор с магнитным сердечником [24-25] и трансформатор с воздушным сердечником [26]. Импульсный трансформатор с учетом геометрического строения обмоток можно разделить на несколько типов, таких как импульсный трансформатор с замкнутым магнитопроводом, трансформатор с соленоидной обмоткой, трансформатор с спиральной обмоткой [26], трансформатор Тесла с конической обмоткой [16, 27] и так далее. Трансформатор с магнитным сердечником предпочтительнее во многих приложениях из-за его преимуществ, таких как низкая индуктивность рассеяния, высокий коэффициент связи, высокий коэффициент повышения и высокая эффективность передачи энергии. Российские исследователи создали своего рода трансформатор Тесла с конусообразными обмотками и открытым магнитным сердечником, и трансформатор с высоким коэффициентом связи может выдавать высокое напряжение в среднем диапазоне при повторяющихся операциях [27]. Обычно импульсный трансформатор с замкнутым магнитным сердечником, как показано на рис.8, является типичным широко используемым трансформатором, который имеет больший коэффициент связи, чем у трансформатора Тесла. Магнитопровод может быть изготовлен из феррита, электротехнической стали, аморфного сплава на основе железа, нанокристаллизационного сплава и т.д. Магнитный сердечник также является проводящим, поэтому сердечник должен быть заключен в изолированную капсулу, чтобы сохранить изоляцию от обмоток трансформатора.
В статье [28] представлен метод расчета индуктивности рассеяния и взаимной индуктивности импульсного трансформатора. В этой главе для теоретической справки будет подробно проанализирован часто используемый импульсный трансформатор с тороидальным магнитным сердечником. А для лучшего понимания импульсного трансформатора будет представлен более удобный и простой метод анализа и расчета [24-25].
Типовая геометрическая структура импульсного трансформатора с тороидальным магнитопроводом показана на рис. 9(а). Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, изолированной оболочки сердечника и обмоток трансформатора. Поперечное сечение активной зоны и капсулы показано на рис. 9(б). Обмотки трансформатора образованы высоковольтными выдерживающими проводами, навитыми вокруг капсулы, а номера витков первичной и вторичной обмоток N ₁ и N ₂ соответственно. Обычно обмотки трансформатора имеют схему только одного слоя проводов, как показано на рис. 9 (а), что соответствует простой структуре. Другими словами, эту простую структуру можно рассматривать как однослойный соленоид с круговой симметричной осью в азимутальном направлении. Трансформатор обычно погружается в трансформаторное масло для хорошего теплоотвода и изоляции.
Рис. 9.
Типовая конструкция импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом и изолированной капсулой. (а) Структура сборки импульсного трансформатора; (б) Геометрическая структура поперечного сечения импульсного трансформатора.
Определите геометрические параметры на рис. 9(b) следующим образом. Высота, наружный диаметр и внутренний диаметр замкнутого магнитопровода определяются как l _m , D ₄ и D ₃ соответственно. Высота, наружный диаметр и внутренний диаметр изолированной капсулы определяются как l ₀, D ₂ и D ₁ соответственно. Толщины внешней стенки, внутренней стенки и боковой стенки изолированной капсулы определяются как d ₁ , d ₂ и d ₅ по порядку. Расстояния между боковыми поверхностями капсулы и магнитопровода d ₃ и d ₄ показаны на рис. 9(b). Диаметры проводов первичных обмоток и вторичных обмоток определите как d _p и d _s соответственно. Интенсивно намотанные первичные обмотки с витками N ₁ имеют ширину около N ₁ d _p .
2.1. Анализ индуктивности обмоток импульсных трансформаторов с замкнутым магнитопроводом
2.1.1. Расчет индуктивности намагничивания
Define the permittivity and permeability of free space as ε ₀ and µ ₀ , relative permeability of magnetic core as µ _r , the saturated magnetic induction intensity of core as B _s , остаточная интенсивность магнитной индукции сердечника как B _r и коэффициент заполнения магнитного сердечника как K _T . Площадь поперечного сечения S сердечника как
S=(D4−D3)lm/2.E3
Определим внутреннюю и внешнюю окружности магнитопровода как l ₁ и l ₂ , затем
l88 1 = π D ₃ и l ₂ = π D ₄ . Первичная и вторичная обмотки плотно закручены вокруг изолированной капсулы на отдельных участках в азимутальном направлении. Для того, чтобы получить высокое передаточное отношение, виток номер N ₁ первичных обмоток обычно мало, поэтому однослойная компоновка первичных обмоток получила широкое распространение. Определим ток, протекающий через первичные обмотки, как i _p, полный магнитный поток в магнитопроводе как Φ ₀, а индуктивность намагничивания трансформатора как L _µ. Согласно круговому закону Ампера
Φ0=ipμ0μrN12SKTln(l2/l1)/(l2−l1)E4
As Φ ₀ = L _μ I _P, L _µ получен как
Lμ = µ0Crn12SKTLN (L2/L215. Индуктивность рассеяния первичных обмоток
Индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток также вносят вклад в общую индуктивность обмоток. Индуктивность рассеяния L _{l p} первичных обмоток вызвана рассеянием магнитного потока вне магнитопровода. Если µ _r магнитного сердечника достаточно велико, можно использовать приближение соленоида. Из-за пренебрежения потоком рассеяния во внешнем пространстве первичных обмоток магнитная энергия рассеяния в основном существует в двух объемах. Как видно из рис.10, первый объем, определенный как В ₁, соответствует сегменту изолированной капсулы только между первичными обмотками и магнитопроводом, а второй объем, определенный как В ₂, занят сами провода первичной обмотки. Магнитное поле рассеяния в объеме, ограниченном обмотками трансформатора, можно наблюдать в равномерном распределении. Магнитная энергия утечки, запасенная в В ₁ и В ₂ аналогичны Вт _м1 и Вт _м2 соответственно.
Рис. 10.
Структура первичных обмоток импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом.
Определить напряженность магнитного поля, создаваемого i _p из N ₁ -витков первичной обмотки как H _p в V
4 9153 913 Согласно окружному закону Ампера, H _p ≈ i _p /d _p . Из рис. 10,
V1=N1l0dp(d1+d2)+(D4−D3)N1dp(d4+d3)/2.E6
При работе магнитопровода в линейном районе своей петли гистерезиса магнитная энергия W _M1, хранящийся в V ₁, как
WM1 = μ02HP2V1 = μ02 (IPDP) 2V1.E7
в VAILIN px можно оценить как
Hpx=ipdpxdp, 0≤x≤dp .E8
Из геометрической структуры на рис. V ₂ is as
Wm2=12μ0∫0dpd(V2Hpx2)=μ0V22ip23dp2.E9
So, the total leakage magnetic energy W _mp stored in V ₁ and V ₂ представлен как
Wmp=Wm1+Wm2=Llpip2/2E10
In (10), L _{l p} – индуктивность рассеяния первичных обмоток, а L _lp можно рассчитать как
2.1.3. Индуктивность рассеяния вторичных обмоток
Обычно простая и типичная компоновка вторичных обмоток трансформатора также представляет собой однослойную структуру, как показано на рис. 11(а). Обмотки выполнены в однослойном исполнении как на внутренней, так и на внешней стенке изолированной капсулы. Как D ₂ значительно больше, чем D ₁ , плотность проводов на внутренней стенке больше, чем на внешней. Однако, если число витков N ₂ становится достаточно большим для более высокого передаточного отношения, внутренняя стенка капсулы не может обеспечить достаточно места для однослойной укладки проводов, в то время как внешняя стенка все еще поддерживает предыдущую разводку, как показано на рис. 11(б). Мы называем эту ситуацию «квазиоднослойной» компоновкой. В «квазиоднослойной» схеме, показанной на рис. 11 (б), провода у внутренней стенки капсулы расположены в два слоя. После того, как проволока 2 закручена во внутреннем слое, проволока 3 закручена во внешнем слое рядом с проволокой 2, и проволока 4 снова закручена во внутреннем слое рядом с проволокой 3, затем проволока 5 закручена снова во внешнем слое рядом с проволокой 4, и скоро. Этот вид специальной компоновки имеет много преимуществ, таких как меньшее напряжение между соседними витками катушки, равномерное распределение напряжения между двумя слоями, хорошие изоляционные свойства и меньшая распределенная емкость обмоток.
В этой главе анализируются однослойная схема и «квазиоднослойная» схема, показанные на рис. 11 (a) и (b) соответственно, чтобы обеспечить справку для модуля HES. А многослойную компоновку [29] также можно проанализировать способом, представленным в этой главе.
Рис. 11.
w3.org/1999/xlink» xmlns:mml=»http://www.w3.org/1998/Math/MathML» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance» xmlns:sym=»http://www.w3.org/2012/symbol»> Структуры вторичных обмоток импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом. (a) Однослойное распределение вторичных обмоток трансформатора; (b) Межвитковое «квазиоднослойное» распределение вторичных обмоток
Определим ток, протекающий через вторичные обмотки, как i _s , два объема, хранящие магнитную энергию утечки, как В _a и В _b , соответствующую магнитную энергию утечки как _Вт
ma и W _mb , общая магнитная энергия рассеяния как W _ms , диаметр провода вторичной обмотки как d _s , и индуктивность рассеяния вторичных обмоток как л _{л с} .
Сначала будет проанализирована однослойная компоновка, показанная на рис. 11 (а). Аналитическая модель аналогична модели, проанализированной на рис. 10. Если ( D ₂ — D ₁ )<< D ₁ , то длина магнитного прохода рассеяния, охваченного вторичными обмотками имеет вид lms=N2ds(D2+D1)/2(D1−ds). Интенсивность магнитного поля рассеяния определяется как H _с in V _a представляется как H _s = N ₂ i _s / l
3 мс 9. В _а и Вт _мА можно оценить как В объеме В _б который занимают сами провода вторичной обмотки, Вт _мб можно оценить как
Wmb=12µ0∫0ds(Hsxds)2lms(2l0+4ds+D2−D1)dx=µ0dsN22is23lms[l0+2ds+(D2−D1)/2].E13
Ввиду того, что Wms=Wma+Wmb=Llsis2/ 2, индуктивность рассеяния однослойной компоновки вторичных обмоток равна на рис. 11 (b), его также можно проанализировать, сначала рассчитав магнитную энергию рассеяния. При этом условии длина магнитного прохода рассеяния, окруженного вторичными обмотками, пересматривается как lms≈N2ds(D2+D1)/4(D1−ds). Утечка магнитной энергии W _ma и W _mb можно оценить как )(l0+2ds)++π(D1−3ds)(l0+2ds)+π(D22−D12)/2]dx} =µ0πN22is2ds3ds2[(l02+2ds6ds2[)102+2ds6ds2[(l02+2ds6ds2[)102+2ds6ds2[(l02+2ds6ds2] D12)/2].E15
Наконец, индуктивность рассеяния «квазиоднослойной» схемы получается тем же способом (14), что и
Lls=μ0N22lms2Va+μ0πN22ds2ds2[(l0+2ds)(D2 +2D1−3ds)+(D22−D12)/2].E16
2.1.4. Индуктивности обмоток импульсного трансформатора
Суммарные индуктивности первичной и вторичной обмоток определим как L ₁ и L ₂ соответственно, взаимную индуктивность первичной и вторичной обмоток как M , а эффективный коэффициент связи трансформатора как К _эфф . Из (5), (11), (14) или (16),
{L1=Lµ+LpsL2=Lµ(N2/N1)2+LssE17
Когда µ _r >>1, M и К _eff представлены как
{M=LμN2/N1Keff=ML1L2=1−Lps+Lss(N1/N2)2LμE18
2.
2. Анализ распределенной емкости обмоток импульсного трансформатора
Распределенная емкость импульсного трансформатора включает распределенную емкость относительно земли [30], емкость между соседними витками или слоями обмоток [29-32] и емкость между первичной и вторичной обмотками [32-32]. 33]. Очень сложно точно рассчитать каждую распределенную емкость. Даже если мы сможем это сделать, результаты не подлежат анализу, чтобы сбрасывать со счетов референтную ценность. При некоторых разумных приближениях можно использовать сосредоточенные емкости вместо соответствующих распределенных емкостей для упрощения, и можно получить более полезные и поучительные результаты [29].]. Конечно, теория электромагнитной дисперсии может быть использована для анализа сосредоточенной индуктивности и сосредоточенной емкости однослойного соленоида при различных сложных граничных условиях [34-35]. В этом разделе представлен более простой способ анализа и оценки сосредоточенных емкостей обмоток трансформатора.
2.2.1. Анализ распределенной емкости обмоток однослойного трансформатора
В однослойной компоновке обмоток трансформатора, показанной на рис. 11(а), эквивалентная схема трансформатора с распределенными емкостями показана на рис. 12. C _Dpi — распределенная емкость между двумя соседними витками первичной обмотки, а C _Dsi — соответствующая емкость вторичных обмоток. C _psi — распределенная емкость между первичной и вторичной обмотками. Обычные трансформаторы имеют распределенную емкость относительно земли, но этим емкостным эффектом можно пренебречь, если расстояние между трансформатором и землей велико. Если рассматривать первичную и вторичную обмотки как две совокупности, сосредоточенные параметры C _DP, C _DS и C _PS можно использовать для замены «Эффекты суммы» C _DPI S, C _DPI S, C _DPI S, C _DPI S, C _DPI S, C _{DPI C C _DPI S, C _DPI. _{фунтов на квадратный дюйм} с в порядке соответственно. На рис. 12 также показана сосредоточенная схема импульсного трансформатора. C _ps уменьшается при увеличении расстояния между первичной и вторичной обмотками. Чтобы сохранить хорошую изоляцию для мощного импульсного трансформатора, это расстояние обычно велико, так что C _ps также можно игнорировать. Наконец, только сосредоточенные емкости, такие как C _Dp и C _Ds, оказывают сильное влияние на импульсный трансформатор.}
Рис. 12.
Распределенные емкости однослойного импульсного трансформатора с проволочной обмоткой и эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами в первичной и вторичной обмотках по l _s1 and l _s2 respectively, the face-to-face areas between two adjacent coil turns in primary and secondary windings as S _w1 and S _w2 соответственно, а расстояния между двумя соседними витками катушки в первичной и вторичной обмотках как Δ d _p и Δ d _s соответственно. Согласно геометрическим структурам, показанным на рис. 10 и рис. 11(а), l _s1 =2 l ₀ +4 d _p + D ₂ — D ₁ ， l _s2 =2 l ₀ +4 d _s + D ₂ — D ₁ , S _w1 = d _p l _s1 and S _w2 = д _с л _с2 . Поскольку обмотки катушки распределяются по секторам, Δ d _p и Δ d _s увеличиваются, когда расстояние от центральной точки сектора увеличивается в радиальном направлении. Δ d _p и Δ d _s можно оценить как D1−ds), D12
Если относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика между соседними витками катушки равна ε _R, C _DPI и C _DSI можно оценить как
{DPI = ∫D12D2222222222222222222222222222222 (N1-1). D1−dp)(D2−D1)N1D1D2CDsi=∫D12D22ε0εrSw2(N2−1)(D1−ds)2N2dsdrr2=ε0εrls2(N2−1)(D1−ds)(D2−D1)N2D1D2.E20
длинный провод катушки, который образует первичную или вторичную обмотку трансформатора, можно рассматривать как единое целое. Распределенные емкости между соседними витками как раз и формируются передней поверхностью и задней поверхностью самой совокупности проводов. В связи с этим сосредоточенные емкости C _Dp и C _Ds можно использовать для описания общего распределенного емкостного эффекта. В результате C _Dp и C _Ds вычисляются как −1)2(D1−dp)(D2−D1)N1D1D2 =(N1−1)CDPiCDs=∫0(N2−1)ls2dsdls2∫D12D22ε0εr(N2−1)(D1−ds)2N2ds−drr2=εN2εrls2 )2(D1−ds)(D2−D1)N2D1D2 =(N2−1)CDsi.E21
Из (21), C _Dp или C _Ds пропорционально длине провода l _s1 или l _s2 , в то время как большее число витков и меньшее расстояние между соседними витками катушки или C _Ds
2.
2.2. Анализ распределенной емкости межвитковых «квазиоднослойных» обмоток
Обычно большое число витков N ₂ соответствует «квазиоднослойной» схеме расположения проводов, показанной на рис. 13(а). В этой ситуации, очевидно, существуют распределенные емкости между двумя слоями проводов на внутренней стенке капсулы. Конечно, сосредоточенная емкость C _Ls можно использовать для описания емкостного эффекта, когда два слоя рассматриваются как две совокупности, как показано на рис. 13(b). Определите C _DS1 и C _DS2 В качестве сосредоточенных емкостей между соседними катушками из этих двух общей суммы, а C _DS — сумма, когда C _DS — сумма, когда C _DS — сумма, когда C _DS — сумма, когда C _DS — это сумма, когда C _DS — это сумма C _DS. идут серийно. В результате сосредоточенные емкости, оказывающие сильное влияние на импульсный трансформатор, составляют 9.
Рис. 13.
Распределенные емкости «квазиоднослойного» импульсного трансформатора и эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами. (a) Двухслойное внутреннее распределение вторичных обмоток; (b) Эквивалентная схема трансформатора с распределенными емкостями и сосредоточенными параметрами
Если витки катушки намотаны плотно, среднее расстояние между двумя соседними витками катушки равно д _с . Внутренний слой и внешний слой на внутренней стенке капсулы имеют номера витков 1+ N ₂/2 и N ₂ /2-1 соответственно. Аналогично для (21) C _Ds1 и C _Ds2 получаются как
{CDs1=ε0εrls2(N2/2+1)2(D1−ds)(D2−D1) (N2/2)D1D2CDs2=ε0εr(ls2+3ds)(N2/2−1)2(D1−ds)(D2−D1)(N2/2)D1D2. E22
Несоседние витки катушки имеют большое расстояние так что емкостные эффекты экранируются соседними витками катушки. В азимутальном направлении проволок внутреннего слоя малый угол d θ соответствует азимутальной ширине проводов как d l и распределенной емкости как dC _Ls . Тогда dCLs=ε0εr(D2−D1+5ds+2l0)2dsdl. Если напряжение между ( n -1)-м и n -м витками катушки ( n ≤ N ₂ ) равно Δ U ₀ межвиткового метода Вышеупомянутые слои сохраняют напряжение между двумя слоями примерно на уровне 2Δ U ₀ . Итак, электрическая энергия W _Ls хранится в C _Ls между двумя слоями как
WLs=12∫l(2ΔU0)2dCLs=ΔU02ε0εrN2(D2−D1+5ds+2l0)/2.005 In view
/
из этого W _LS = C _LS (2Δ U ₀) ²/2, C _LS CAN BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE AS BE BE BE BE BE BE BE AS BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE BE. 5ds+2l0)N24.E24
Согласно эквивалентной сосредоточенной схеме на рис. 13(b), общая сосредоточенная емкость C _Ds можно оценить как
CDs=11/CDs1+1/CDs2+CLs.E25
2.3. Динамическое сопротивление обмоток трансформатора
Паразитное сопротивление и переходное сопротивление обмоток трансформатора вызывают потери в ячейке ГЭС. Определим удельное сопротивление проводов обмоток при комнатной температуре (20 ^o С) как ρ ₀ , рабочую температуру как Тл _w , удельное сопротивление проводов обмоток при T w
8 ρ ( T _w ), радиус токопроводящего сечения провода как r _w , общая длина провода как l _w , а статическое паразитное сопротивление 9019 R проводов обмотки как r 9018 R _w0 . Эмпирическая оценка для R _w0 выглядит следующим образом: становится очевидным скин-эффект» тока, протекающего по поперечному сечению провода, который оказывает большое влияние на R _w0 . Определим глубину «скин-эффекта» как Δ d _w , а динамическое паразитное сопротивление проводов обмотки как R _w (f, T _w ). AS Δ D _W = ( ρ / π Fμ ₀) ^0,5, R _W (F, T _{53 W}. ,Tw)={lw(2rw−ρ(Tw)πfµ0)πfµ0ρ(Tw), rw>ΔdwRw0=ρ(Tw)lwπrw2, rw≤Δdw .E27
Реклама
3. Анализ импульсной характеристики импульсного трансформатора большой мощности в ГЭС
В ячейке ГЭС, основанной на зарядке импульсного трансформатора, высокочастотные импульсные характеристики трансформатора показывают большое влияние на передачу и накопление энергии. Импульсная характеристика и частотная характеристика импульсного трансформатора являются очень важными вопросами. Распределенные емкости, индуктивности рассеяния и индуктивность намагничивания оказывают большое влияние на импульс отклика трансформатора с замкнутым магнитопроводом [36-39]. ]. В этом разделе обсуждаются такие важные темы, как частотная характеристика и характеристики импульсного отклика на прямоугольный импульс, посредством анализа импульсного трансформатора с замкнутым магнитным сердечником.
3.1. Анализ АЧХ импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом
Эквивалентная схема идеальной цепи импульсного трансформатора показана на рис. 14(а). L _lp и L _ls — индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора, рассчитанные по (11), (14) и (16). Сосредоточенные емкости C _ps , C _DP and C _DS represent the “total effect” of the distributed capacitances of transformer, while C _DP and C _DS are calculated in (21) и (25). L _µ – индуктивность намагничивания импульсного трансформатора, рассчитанная по (5). Определить сумму сопротивления проводов первичной обмотки и сопротивления перехода в первичной цепи как R _p , сопротивление во вторичной цепи как R _s , сопротивление нагрузки как R _L , эквивалентное сопротивление потерь магнитопровода как R _c , и источник синусоидального/прямоугольного импульса как U ₁ .
Рис. 14.
Эквивалентная схема импульсного трансформатора на магнитопроводе с источником прямоугольных импульсов и нагрузочным резистором. (а) Эквивалентная схема импульсного трансформатора со всеми распределенными параметрами; (б) Упрощенная схема импульсного трансформатора, когда вторичная цепь приравнена к первичной цепи.
Обычно C _ps настолько мал, что им можно пренебречь из-за достаточного изоляционного расстояния между первичной и вторичной обмотками. Для упрощения схемы трансформатора на рис. 14(а) параметры вторичной цепи, такие как C _Ds , L _{l s} , R _{s 9 R
4 и
4 _L , можно приравнять в первичный контур как C _Ds0 , L _ls0, R _s0 и R _L0 соответственно. И закон приравнивания имеет вид}
{Lls0=Lls(N1N2)2, CDs0=CDs(N2N1)2Rs0=Rs(N1N2)2, RL0=RL(N1N2)2.E28
3.1.1. Характеристики низкочастотной характеристики
Задайте частоту и угловую частоту источника импульсов как f и ω ₀ . Когда трансформатор реагирует на низкочастотный импульсный сигнал ( f <10 ³ Гц), рис. 14(б) также можно упростить. На рис. 14(б) C _Dp подключен параллельно с C _Ds0 , а емкость параллельной комбинации этих двух составляет около 10 ^-6 ~ 10 ^-9 Ф, так что реактивное сопротивление может достигать 10 кОм ~ 1 МОм. Между тем реактивное сопротивление L _μ невелико. В результате C _Dp и C _Ds0 также можно игнорировать. Реактивные сопротивления L _ls0 и L _lp (10 ^-7 H) также малы в условиях низких частот, и ими также можно пренебречь. Обычно удельное сопротивление магнитопровода намного больше, чем у обычных проводников, чтобы ограничить вихревые токи. С учетом этого R _S0 << R _L0 << R _C, комбинация R _S0, R
_S0, R
5333 S0 , R
533 S0 , R
533. можно заменить на Р ₀ . Кроме того, R ₀ R _L0 . Наконец, эквивалентная схема импульсного трансформатора в условиях низкой частоты показана на рис. 15 (а).
Рис. 15.
Упрощенная схема и результат анализа трансформатора для низкочастотной импульсной характеристики. (а) Эквивалентная схема импульсного трансформатора в условиях низкой частоты; (б) Результаты низкочастотной характеристики примера трансформатора
На рис. 15(а), L _µ и R ₀ подключены параллельно, а затем последовательно с R _P, который находится на расстоянии m. R ₀ обычно очень мала из-за процесса приравнивания из (28). When ω ₀ of the pulse source increases, reactance of L _µ also increases so that ω ₀ L _µ >> R ₀ . В этом случае L 9Ветвь 0019 _µ приближается к открытию, и образуется идеальный делитель напряжения, состоящий только из R _P и R ₀ . Наконец, источник импульсов U ₁ доставлен к нагрузке R ₀ без каких-либо деформаций. А импульсный сигнал напряжения U ₂ трансформатора на нагрузочном резисторе имеет вид
U2=U1R0R0+Rp.E29
Когда R _P << R ₀ , U ₁ = U ₂ что означает, что напряжение источника полностью переходит на нагрузочный резистор. С другой стороны, если ω ₀ L _µ << R ₀, L _µ Определяет текущий источник пульса, который, так и текущий источник, который текущий источник, так что текущий источник, который текущий источник, так что текущий источник, который текущий источник, так что текущий источник, который текущий источник, который текущий источник, так что текущий источник 9001 900 3. . 0 приближается к 0. В этой ситуации импульсный трансформатор не способен реагировать на низкочастотный импульсный сигнал У ₁ .
Ниже приводится пример, демонстрирующий приведенный выше анализ. Во многих измерениях используются коаксиальные кабели и осциллограф, а соответствующий импеданс терминала составляет около R _L = 50. Так, R ₀ может находиться в диапазоне m при приравнивании к первичной цепи. Выберите следующие условия: R _p =0,09, L _µ =12,6 мкГн, а U ₁ — периодический синусоидальный импульс напряжения с амплитудой 1 В. Кривая низкочастотного отклика импульсного трансформатора получена при моделировании Pspice при сканировании частоты, как показано на рис. 15(b). Когда f of U ₁ больше второй частоты перегиба (100 Гц), ответный сигнал U ₂ большой и стабильный. Однако когда f меньше первой частоты перегиба (10 Гц), ответный сигнал U ₂ приближается к 0. А частота среза f _L составляет около 10 Гц.
Вывод состоит в том, что низкочастотная характеристика импульсного трансформатора в основном определяется L _µ , а способность срабатывания может быть улучшена за счет увеличения L _µ, рассчитанного по (5).
3.1.2. Характеристики высокочастотной характеристики
Когда трансформатор реагирует на высокочастотный импульсный сигнал ( f >10 ⁶ Гц), условия “ ω ₀ L _{µ _R >>} ” и “ ω ₀ L _µ >> R _p” выполняются так, что ветвь L _µ кажется открытой. На рис. 14(b) комбинированный эффект R _s0 , R _L0 и R _c можно заменить на R
3 40 . Substitute L _{l p} and L _{l s0} by L _l , and combine C _Ds0 и C _Dp as C _D . Упрощенная схема импульсного трансформатора для высокочастотной характеристики показана на рис. 16 (а).
На рис. 16(а) при увеличении ω ₀ импульсного источника реактивное сопротивление L _l увеличивается, а реактивное сопротивление C _D уменьшается. Если ω ₀ достаточно велико, ω ₀ L _L >> R ₀ >> 1/(ω ₀ C _D44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444н. близко к 0. С другой стороны, условие 1/( ω ₀ C _D ) R ₀ выполняется при уменьшении ω
3 0 9 . Импульсный ток в основном протекает через нагрузочный резистор R ₀ , и получен хороший отклик трансформатора. Особенно, когда ω ₀ L _l << R _p , L l также можно игнорировать. В этой ситуации R _p снова последовательно с R ₀, и ответный сигнал U ₂, который соответствует наилучшему отклику, по-прежнему соответствует (29).
Выберите амплитуду периодического импульсного сигнала U ₁ при 1В. Если R _p , L _l и C _D находятся в диапазонах м, 0,1 мкГн и пФ соответственно, то высокочастотная характеристика трансформатора также получается, как показано на рис. .16(b) из моделирования Pspice. Когда f меньше первой частоты перегиба (около 300 кГц), ответный сигнал U ₂ стабилен. Когда f больше второй частоты перегиба (около 10 МГц), ответный сигнал U ₂ приближается к 0. А частота среза f _H составляет около 10 МГц.
Рис. 16.
Упрощенная схема и результат анализа трансформатора для высокочастотной импульсной характеристики. (а) Эквивалентная схема импульсного трансформатора в условиях высокой частоты; (б) Результаты ВЧХ примера трансформатора
. Вывод состоит в том, что ВЧХЧ трансформатора в основном определяются распределенной емкостью C _D и индуктивность рассеяния L _l . Очевидно, что характеристики ВЧ можно улучшить, ограничив C _D и L _l или увеличив L _µ .
3.2. Прямоугольная импульсная характеристика импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом
На рис. 14(б), R _s0 << R _L0 << R _C и комбинированный эффект R _S0, R _L0 и R _C. Объедините C _Ds0 с C _Dp как C _D. Упрощенная схема импульсного трансформатора для прямоугольной импульсной характеристики показана на рис. 17. U ₁ и U ₂ представляют собой прямоугольный источник импульса напряжения и ответный сигнал напряжения на нагрузке соответственно. Общий ток из источника импульса составляет I ( T ), в то время как филиатные токи, протекающие через R ₀, C _D и L _µ AS AS I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I L _{µ AS} и L _., и ₂ и и ₃ соответственно.
Рис. 17.
Эквивалентная схема трансформатора для прямоугольной импульсной характеристики
3.2.1. Отклик на передний фронт прямоугольного импульса
Обычно L _µ колеблется от 10 ^-6 Гн до более чем 10 ^-5 Гн, а прямоугольный импульс имеет передний и задний фронты как при 100 нс Диапазон ~1 мкс. Таким образом, при появлении быстрого фронта и заднего фронта прямоугольного импульса реактивное сопротивление L _µ намного больше, чем эквивалентный нагрузочный резистор R ₀ . При этом условии i ₃ настолько мало, что эффект L _µ на реакцию переднего фронта можно игнорировать.
Определите напряжение C _D как U _c ( t ). Как упоминалось выше, L _µ мало влияет на реакцию на передний фронт прямоугольного импульса. Путем игнорирования ветви L _µ уравнения цепи представлены в (30) с начальными условиями как i (0)=0, i ₁ (0)=0 и U _c (0)=0.
{U1(t)=i(t)Rp+Llpdi(t)/dt+Lls0di1(t)/dt+i1(t)R0Lls0di1(t)/dt+i1(t)R0=∫i2(t) dt/CDi(t)=i1(t)+i2(t).E30
Если коэффициент преобразования Лапласа равен p , преобразованные формы U ₁ ( t ) и i ₁ ( t ) определяются как U ₁ ( p ) и I ₁ ( p ). Во-первых, четыре константы, такие как α , β , γ и λ определены как
{α = RPLLS0CD+R0LLPCDLLPLS0CD, β = R0RPCD+LLP+LLS0LLPLLS0CD, β = R0RPCD+LLP+LLS0LLPLLS0CD β = R0RPCD+LLP+LLPS0LLLS0CD. длительность импульса источника прямоугольных импульсов напряжения как U _с и T ₀ соответственно. U ₁ ( T ) составляет
U1 (t) = {0, t <0 ort≥t0us, 0≤t
Уравнения (30) могут быть решены с помощью преобразования Лапласа и свертки, и есть три состояния решений, такие как состояние избыточного сброса, критическое состояние дампинга и состояние недостаточного демпинга. В схеме трансформатора резисторы всегда малы, так что обычно возникает недоразгрузочное состояние. Собственно, поддемпинговое состояние является наиболее важным состоянием, которое соответствует практике. В этом разделе центральная тема посвящена неполному сбросу цепи.
Определите константы A , B , ω , ξ ( A , B <0; ω > 0), A _{18 1}> 0), A _{18 1}, > 0), A _{131354444, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , . и А ₃ как (33).}
{A1=1(a−b)2+ω2, A2=−1(a−b)2+ω2, A3=2b−a(a−b)2+ω2a=ξ13−ξ−13(3β− α2)/9−α/3b=ξ−13(3β−α2)/18−α/3−ξ13/2ω=3[(3β−α2)ξ−13/9+ξ13]/2ξ≜β3+α3γ27− α2β2108−αβγ6+γ24−3γ−αβ6−α327.E33
Решение уравнения (30) в состоянии сброса равно
u2 (t) = {0, t≤0λ0us {a1exp (at)+[a2cos (ωt)+(a2b+a3) sin (ωt)/ω] exp (bt)}, 0T0.E34
Ток нагрузки ( т )/ Р ₀. Из (34) импульс напряжения срабатывания U ₂ ( t ) под нагрузкой состоит из члена экспоненциального затухания и члена резонансного затухания. Резонансный член затухания, который оказывает основное влияние на передний фронт импульса, вносит свой вклад в высокочастотный резонанс на переднем фронте. Константа a , определенная в (33), представляет собой коэффициент демпфирования спада прямоугольного импульса U ₂ ( t ), b — коэффициент демпфирования резонансного члена демпфирования, а ω — резонансная угловая частота. Замена λR ₀ U _S до U ₀ и определяйте две функции F ₁ ( T ) ₁ ( T ) и F₁ ( T ) и F 3 1
4 ( T ) и 3
11191
1
11911
3 1
354 ( T ) и 3 1
4. {f1 (t) = {0, t≤0u0 [a2cos (ωt)+(a2b+a3) sin (ωt)/ω] exp (bt)}, 0T0f2(t)=U0[A2cos(ωt)+(A2b+A3)sin(ωt)/ω].E35
f ₁ ( t ) is just the resonant damping term divided from (34), while f ₂ ( t ) is the pure resonant signal divided from f ₁ ( т ). If pulse width T ₀ =5μs, the three signals U ₂ ( t ), f ₁ ( t ) and f ₂ ( t ) представлены как кривая 1, кривая 2 и кривая 3 на рис. 18 соответственно. По оси абсцисс рис. 18 участок при t < 0 соответствует периоду до момента появления прямоугольного импульса. Очевидно, что кривая 1~кривая 3 имеет высокочастотные резонансы с одинаковым углом ω . Резонансы кривой 1 и кривой 2 на переднем крае находятся в суперпозиции. В состоянии нижнего сброса схемы время нарастания t _r ответного сигнала составляет примерно половину резонансного периода, как (36).
tr=π/ω.E36
Из (33) и (36) время нарастания ответного сигнала U ₂ ( T ) определяется с помощью паразитной индуктивности, индуктивность утечки ( L _{L P} и L _{L 44444444444. 4.444 и L _{L 44 и L _{L 44 и L _{L 44444 и L _{L SO0 SO0 и L _{L SO0 SO0). . Время нарастания t _r переднего фронта можно минимизировать за счет увеличения резонансной угловой частоты ω . По сути, высокочастотный резонанс « L-C-R » создается индуктивностями рассеяния и распределенной емкостью в цепи.}}}}}}
Рис. 18.
Типичные формы импульсного отклика импульсного трансформатора на передний фронт прямоугольного импульса
Можно сделать вывод, что время нарастания переднего фронта импульса отклика можно улучшить путем минимизации емкости C _D индуктивность рассеяния L _{l p} и L _{l s0} трансформатора. Форма сигнала ответного напряжения может быть улучшена за счет увеличения демпфирующего резистора цепи в нужном диапазоне.
3.2.2. Анализ спада импульса отклика трансформатора
На рис. 17, когда передний фронт импульса закончился, U _c ( t ) из C _D и токи, протекающие через L ₉
9 l p и L _{l s0} все становятся стабильными. И эти параметры мало влияют на реакцию на плоскую вершину прямоугольного импульса. В течение этого периода сигнал напряжения нагрузки U ₂ ( t ) в основном определяется L _µ . Итак, упрощенная схема с рис.17 представлена как рис.19(а). Уравнения схемы имеют вид
{U1(t)=i(t)Rp+i1(t)R0U2(t)=i1(t)R0=Lµdi3(t)/dti(t)=i1(t)+i3 (T) .E37
Начальные условия: I ₃ (0) = 0 и U ₂ (0) = R ₀ U _{S _/ U _S / U _S /R /R /R} /R /R /R _{/ U _S / U .} ₀ + Р _р ). Напряжение нагрузки U ₂ ( t ) получается как (38) путем решения уравнений в (37).
U2 (T) = R0USRP+R0EXP (−Tτ), τ = Lμ (RP+R0) RPR0, 0
в (38), τ — постоянный коэффициент времени импульса свисать. Когда L _µ увеличивается, что приводит к приращению τ , эффект спада импульса ослабевает, и вершина импульса становится плоской. Если U ₂₀ = R ₀ U _s /( R _p + R ₀ ), ответный сигнал на плоскую вершину прямоугольного импульса показан на рис. 19(b). Когда длительность импульса T ₀ мала в диапазоне мкс, эффект спада импульса (0< t < T ₀ ) U _{2 вообще не очевиден t . Однако когда T ₀ колеблется от 0,1 мс до нескольких миллисекунд, временной коэффициент τ сильно влияет на плоскую вершину U ₂ ( t ), а эффект падения импульса ответного сигнала настолько очевиден, что U ₂ ( t ) становится треугольной волной.}
Рис. 19.
w3.org/1999/xlink» xmlns:mml=»http://www.w3.org/1998/Math/MathML» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance» xmlns:sym=»http://www.w3.org/2012/symbol»> Схема и ответный импульс трансформатора на плоскую вершину прямоугольного импульса. (а) Эквивалентная схема трансформатора для плоской вершины прямоугольного импульса; (b) Падение импульса отклика трансформатора
3.3.3. Реакция на задний фронт прямоугольного импульса
Когда плоская вершина прямоугольного импульса закончилась, все реактивные компоненты на рис. 17 накопили определенное количество электрической или магнитной энергии. Хотя основной импульс ответного сигнала закончился, накопленная энергия начинает поступать в нагрузку по цепи. В результате вновь возникает высокочастотный резонанс, который имеет несколько отличий от резонанса на переднем фронте импульса. На рис. 17 U ₁ и R _p не влияют на реакцию хвоста импульса, когда основной импульс закончился. C _D, который был заряжен, играет роль источника напряжения. Комбинируйте L _{L p} и L _{l s0} как L _l . Эквивалентная схема для отклика трансформатора на задний фронт импульса показана на рис. 20.
Рис. 20.
Эквивалентная схема для отклика трансформатора на прямоугольный импульс
Уравнения цепи представлены в (39) с начальным условием U _C (0)= U _c0 .
{Uc0−∫i(t)dt/CD=Lldi(t)/dt+i1(t)R0U2(t)=i1(t)R0=Lµdi3(t)/dti(t)=i1(t) +i3(t).E39
i ₁ (0) и i ₃ (0) определяются конечным состоянием периода спада импульсов. Есть также три вида решений, однако решение под сбросом обычно соответствует реальной практике. Таким образом, эта ситуация анализируется как центральная тема в этом разделе. Определить шесть констант α ₁ , β ₁ , γ ₁ , α ₂ , β ₂ and γ ₂ as (40).
{α1=R0Lµ+R0Ll, β1=1LlCD, γ1=R0LlLµCDα2=R0[i(0)−i2(0)], β2=R0U0Ll, γ2=−R0i2(0)LlCD. (39) вычисляется как
U2(t)=B1exp(a1t)+exp(b1t)[B2cos(ωst)+B2b1+B3ωssin(ωst)].E41
В (41), B ₁, B ₂ и B ₃ — три коэффициента, в то время как A ₁, B ₁, ω _{4354 1}, ω _{53 1}, ω _{53 1}, ω _{531354, ω _{531354, ω _{53 1}, .}}
{B1=α2a12+β2a1+γ2(a1−b1)2+ωs2, B2=α2−α2a12+β2a1+γ2(a1−b1)2+ωs2, B3=(α2a12+β2a1+γ2)(b12+ωs2) a1[(a1−b1)2+ωs2]−γ2a1{a1=ξ113−ξ1−13(3β1−α12)/9−α1/3b1=ξ1−13(3β1−α12)/18−α1/3−ξ113/ 2ωs=3[(3β1−α12)ξ1−13/9+ξ113]/2ξ1≜β13+α13γ127−α12β12108−α1β1γ16+γ124−3γ1−α1β16−α1327. E42
Отклики на передний и задний фронт прямоугольного импульса имеют принципиальные отличия, так как источники возбуждения разные. Определим функции f ₃ ( t ) и f ₄ ( t ) как (43) согласно (41).
{f3(t)=B1exp(a1t)f4(t)=exp(b1t)[B2cos(ωst)+B2b1+B3ωssin(ωst)].E43
Ответный сигнал U ₂ ( t ) в (41) также состоит из члена экспоненциального затухания f ₃ ( t ) и резонансное затухание f ₄ ( t ).
Определить B ₁ + B ₂ как U0′. Чтобы помочь установить прямые оттиски, для построения графика выбран набор параметров ( C _D =2,14 мкФ, L _мкГн =12,6 мкГн и L _l). кривые ответного импульса. Согласно (41) и (43) сигналы U ₂ ( T ), F ₃ ( T ) и F ₄ ( T ) на участке. 21(а), например. Поскольку коэффициент демпфирования a ₁, определенный в (42), велик, амплитуда f ₃ ( t ), которая соответствует кривой 2, очень мала при медленном демпфировании. Резонансный член затухания f ₄ ( t ), которая затухает быстрее, определяет резонансную угловую частоту ω _s . Резонансные части U ₂ ( t ) и f ₄ ( t ) также находятся в суперпозиции на заднем фронте импульса. Когда f ₄ ( t ) затухает до 0, U ₂ ( t ) становится таким же, как f ₃
). Половина резонансного периода t _d равно
td=π/ωs.E44
Согласно (40) и (42), R ₀ влияет на коэффициенты демпфирования f 1 3 9 т ) и ф ₄ ( т ). Резонансная частота в основном определяется индуктивностью рассеяния, индуктивностью намагничивания и распределенной емкостью трансформатора.
На рис. 21(b) показано влияние L _µ на хвост ответного сигнала. Когда L _µ изменяется от 0,1 мкГн до 1 мГн, в то время как другие параметры остаются прежними, резонансные формы волны с той же частотой не имеют больших изменений. Итак, вывод состоит в том, что t _d и резонансная угловая частота ω _s в основном не определяются L _µ . На рис. 21(с) показано влияние индуктивности рассеяния трансформатора на хвост импульса ответного сигнала. Когда л _л мал в диапазоне 10 нГн, задний фронт импульса (кривая 2) соответствует стандартному прямоугольному импульсу. Когда L _l увеличивается с 0,01 мкГн до 1 мкГн, резонансы становятся жесткими с большими амплитудами. При увеличении L _l до диапазона 10 мкГн предыдущий режим недодемпфирования имеет переход, близкий к критическому режиму демпфирования (кривая 4). Время спада t _d хвоста импульса явно увеличивается. На рис. 21(d) показано влияние распределенных емкостей трансформатора на хвост импульса ответного сигнала. Эффект C _D подчиняется аналогичным законам, полученным из L _µ . Таким образом, можно сделать вывод, что импульсный хвост отклика можно значительно улучшить за счет минимизации индуктивностей рассеяния и распределенных емкостей обмоток трансформатора. Работа [24] продемонстрировала приведенный выше анализ в экспериментах.
Рис. 21.
Типичные сигналы обратного отклика импульсного преобразователя на прямоугольный импульс. (a) Типичные сигналы отклика заднего фронта на прямоугольный импульс в теории; (b) Влияние индуктивности намагничивания на реакцию заднего фронта трансформатора; (b) Влияние индуктивности рассеяния на обратную характеристику трансформатора; (c) Влияние распределенной емкости на отклик заднего фронта трансформатора;
Объявление
4.
Анализ передачи энергии в ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора
В качестве важного компонента ИЭС анализируется импульсный трансформатор, а также подробно обсуждаются импульсные характеристики. Вышеупомянутая аналитическая теория является основой для анализа ГЭС, основанного на зарядке импульсного трансформатора в этом разделе. На рис. 2 модуль ГЭС на основе конденсаторов и трансформатора работает в трех режимах, таких как курс КЭС, курс КЭС и курс КЭС. На самом деле курс IES и последний курс CES проходят практически одновременно. Импульсный трансформатор играет роль в передаче энергии. Существует множество вариантов управляющего переключателя ( S ₁ ) из C ₁ , такие как механический переключатель, вакуумный триггерный переключатель, переключатель искрового разрядника, тиристор, IBGT, тиратрон, фотопроводящий переключатель и так далее. S ₁ имеет двойную функцию, включая открытие и закрытие. S ₁ обеспечивает однонаправленную передачу энергии ГЭС, от C ₁ и трансформатора до C ₂ . В этом разделе подробно анализируются характеристики передачи энергии режима ГЭС, основанного на зарядке трансформатора.
Импульсные сигналы в модуле HES являются резонансными сигналами. Согласно анализу рис. 15 и рис. 16, обычно используемый импульсный трансформатор, показанный на рис. 9(а), имеет хорошую частотную характеристику в диапазоне от нескольких сотен Гц до нескольких МГц. Кроме того, C ₁ и C ₂ в модуле HES намного больше, чем распределенные емкости импульсного трансформатора. Таким образом, распределенными емкостями в ячейке HES можно пренебречь. В практическом модуле HES следует учитывать многие другие параметры, такие как индуктивность перехода, паразитная индуктивность проводов, паразитная индуктивность переключателя, паразитное сопротивление проводов, паразитное сопротивление переключателя и так далее. Эти параметры можно разделить на два типа: паразитная индуктивность и паразитное сопротивление. В результате эквивалентная схема модуля ГЭС показана на рис. 22(а).
Рис. 22.
Базовая гибридная система накопления энергии (ГЭС) на основе конденсатора источника, импульсного трансформатора и конденсатора нагрузки. (а) Типовая схема трансформаторного модуля ГЭС; (б) Упрощенная схема, когда вторичная цепь приравнивается к первичной цепи
На рис. 22(а), C ₁ и C ₂ представляют собой первичный накопитель энергии и нагрузочный конденсатор соответственно. л _{р л} и L _{s l} обозначают паразитные индуктивности в первичной и вторичной цепях, а R _p и R _s — паразитные сопротивления в первичной и вторичной цепях. соответственно. L ₁ , L ₂ и M трансформатора определены в (17) и (18). и _р ( т ) и я _s ( t ) представляют ток в первичной и вторичной цепи. Импульсный трансформатор с замкнутым магнитопроводом имеет наибольший эффективный коэффициент связи (близкий к 1) в отличие от трансформатора Тесла и трансформатора с воздушным сердечником. При условии большого коэффициента связи трансформатор на рис. 22(а) можно разложить, как показано на рис. 22(б). L _μ , L _lp и L _{l s} определены в (5), (11) и (14) соответственно. Определить коэффициент трансформации трансформатора как n _s =( N ₂ / N ₁ ). C ₂, L _LS, L _SL, R _S и , R _S и , R _S и , R _S и , R _S. и , R _{S. I I . asC2′, Lls’, Lsl’, Rs’и есть’. Закон приравнивания таков: C2’=C2ns2, Lls’=Lls/ns2Lsl’=Lsl/ns2, Rs’=Rs/ns2 и is’=isns. Начальное напряжение C ₁ и C ₂ аналогичны U ₀ и 0 соответственно.}
Напряжения C ₁ и C ₂ равны U _c1 (t) и U _{c4 913), соответственно. Согласно рис. 22(а), уравнения схемы модуля ГЭС имеют вид )dtMdip(t)dt=(Lµns2+Lls+Lsl)dis(t)dt+Rsis(t)+∫is(t)C2.E45}
С учетом рис. 22(b) уравнения схемы модуля HES также могут быть установлены как d2is’dt2+Rs’dis’dt+is’C2’=Lµd2ipdt2.E46
Начальные условия: U _c1 (0)= U ₀ и U _c2 (0)=0. Ввиду того, что i _p ( t )=- C ₁ d U _c1 ( t )/d t and i _s ( t )=- C ₂ d U _c2 ( t )/d t , Уравнения в (45) можно упростить как )dt+ωs2Uc2−ksd2Uc1(t)dt2=0,E47
In (47), ω _p и ω _s определяются как резонансные угловые частоты в первичном и вторичном контурах, а k _p и k _s определяются как коэффициенты связи первичной и вторичной цепей соответственно. Эти параметры представлены в виде (L2+Lsl)] kp=MC2/C1(L1+Lpl) , ks=MC1/C2(L2+Lsl).E48
Определить эффективный коэффициент связи модуля ГЭС на основе зарядки трансформатора как k , и добротность первого и второго контуров как Q ₁ и Q ₂ соответственно. k , Q ₁ и Q ₂ представлены как
{k2=M2(L1+Lpl)(L2+Lsl)=Lµ2(Lµ+Llp+Lpl)ns2(Lµ+Lls) ‘+Lsl’)=kpksQ1=ωp(L1+Lpl)Rp, Q2=ωs(L2+Lsl)RsE49
Уравнения (47) имеют общий вид решения в виде D ₁ e ^xt и U _c2 ( t )= D ₂ e ^xt . Путем подстановки общих решений в (47) получают уравнения линейной алгебры коэффициентов D ₁ и D ₂. Полученное характеристическое уравнение уравнений линейной алгебры вычисляется как
x в характеристическом уравнении (50) представляет характеристическое решение. В результате x , D ₁ и D ₂ следует рассчитывать перед расчетами U _C1 ( T ) и U ( T ) и U ( T ) и U . Очевидно, что характеристическое решение х можно получить с помощью формулы решения алгебраического уравнения (50), но х будет слишком сложным для получения какой-либо полезной информации. Для более информативного выявления характеристик модуля ГЭС в данном разделе вводятся два метода решения характеристического уравнения (50).
4.1. Метод без потерь
Первый метод использует аппроксимацию без потерь. То есть паразитные сопротивления в модуле HES настолько малы, что ими можно пренебречь. Итак, модуль HES не имеет потерь. На самом деле во многих практиках приближение «без потерь» является разумным. В результате уравнение (50) может быть упрощено следующим образом: как х _± . U _c1 ( t )= D ₁ e ^xt and U _c2 ( t )= D ₂ e ^xt can также рассчитываются в сочетании с начальными условиями схемы. Наконец, наиболее важные четыре параметра характеристики, такие как U _c1 ( t ) , U _c2 ( t ), i _p ( t ) и i _s ( t ), все получены как
{Uc1(t)=(1+T)Lµ−LΣ(1+T)2Lµ−TLΣU0[(1 +T)Lµ(1+T)Lµ−LΣcos(ω+t)+Tcos(ω−t)]Uc2(t)=(1+T)Lµ−LΣ(1+T)2Lµ−TLΣL1+LplL2+LslC1U0kC2 [cos(ω+t)−cos(ω−t)]ip(t)=(1+T)Lµ−LΣ(1+T)2Lµ−TLΣC1U0[(1+T)Lµω+(1+T)Lµ −LΣsin(ω+t)+Tω−sin(ω−t)]is(t)=(1+T)Lµ−LΣ(1+T)2Lµ−TLΣL1+LplL2+LslC1U0k[ω+sin(ω+t) )−ω−sin(ω−t)]E52
В (52), L _Σ представляет собой сумму паразитных индуктивностей и индуктивностей рассеяния, а ω ₊ и ω _— обозначают две резонансные угловые частоты, существующие в модуле ГЭС ( ω ₊ >> ω — 3 — 3). Такие параметры, как T , L _σ, ω ₊ и ω _— — как
{T≜ωs2/ωp2, LNS = LPL+LSL+LSL+LPL+LPL+LPL+LPL+LPL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+LSL+ +2=1+TLΣC1, ω−2=T(1+T)LµC1.E53
В (52) напряжения накопительных конденсаторов имеют сдвиг фаз по сравнению с токами. Все функции напряжения и тока имеют две резонансные угловые частоты как ω ₊ и ω _— одновременно, что свидетельствует о том, что модуль ГЭС на основе трансформатора с замкнутым магнитопроводом является своего рода двойным резонансным модулем. Входные и выходные характеристики и передача энергии определяются (52).
4.2. Метод «малых возмущений»
Метод «малых возмущений» был внедрен для анализа трансформатора Тесла с открытым сердечником С. Д. Коровиным в Институте сильноточной электроники (ИСЭ), Томск, Россия. Трансформатор Тесла с открытым сердечником имеет другой режим накопления энергии в отличие от трансформатора с закрытым магнитопроводом. Трансформатор Тесла в основном запасает магнитную энергию в воздушных зазорах открытого сердечника, а трансформатор с закрытым сердечником запасает магнитную энергию в магнитопроводе. Таким образом, расчеты параметров этих двух типов трансформаторов также различаются. Тем не менее, идея «малых помех» по-прежнему полезна для импульсных трансформаторов с закрытым сердечником [24-25]. Итак, для анализа импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом для модуля ГЭС введен метод «малого возмущения».
В методе «малого возмущения» используются две функции малых возмущений Δ x _± для исправления характеристического уравнения (50) или (51). То есть предыдущие характеристические решения x _± заменяются на x _± + Δ x _± . В модуле HES паразитные сопротивления, которые вызывают потери энергии, все еще существуют, хотя они очень малы. Таким образом, паразитные резистентности также следует учитывать. определить j как единица мнимого числа и переменная x _j as — jx / ω _s . Уравнение (50) можно упростить как
(xj2−jQ1α12xj−1α)(xj2−jQ2xj−1)=k2xj4.E54
Путем замены x _j на x
8 ± Δ _± в (54), можно получить характеристическое уравнение Δ x _±. Если пренебречь высотными переменными, решения характеристического уравнения Δ x _± представлены как
{x+=[(1+T)LµTLΣ]12, x−=(11+T)12∆x±=j21α12Q1(x±2−1)+1Q2(x±2− 1α)2x±2(1−k2)−1−1α.E55
Решения уравнения (50) имеют вид _± +Δ x _± ) ω _с . Δ x _±, показанное в (55), описывает демпфирующие эффекты паразитных сопротивлений в цепи. Две резонансные угловые частоты ω _± выпрямлены как
ω ± = x ± ωS, Δω ± = Δx ± ω.e56
Определите два эффективных коэффициента качества двойного резонанса модуля Hess
Qeff+= ω+2 | Δω+|=ρ1R1+R2/ns2 , Qeff−=ω−2| Δω−|. E57
{Uc1(t)=G1e−β+t[cos(ω+t)+sin(ω+t)2Qeff+]+G2e−β−t[cos(ω−t)+sin( ω−t)2Qeff−]Uc2(t)=G3[e−β+t(cos(ω+t)+sin(ω+t)2Qeff+)−e−β−t(cos(ω−t)+sin (ω−t)2Qeff−)]ip(t)=−C1{G1e−β+t[−β+(cos(ω+t)+sin(ω+t)2Qeff+)+ω+(cos(ω+ t) 2QEFF+-SIN (ω+T))]+G2E -β -T [-β- (COS (ω -T)+SIN (ω -T) 2QEFF -)+ω- (COS (ω -T) 2QEFF −−sin(ω−t))]}is(t)=−C2G3[−β+e−β+t(cos(ω+t)+sin(ω+t)2Qeff+)+ω+e−β+ t (cos (ω+t) 2qeff+−sin (ω+t))+β -E -β -t (cos (ω -t)+sin (ω -t) 2Qeff -) — ω -E -β -T (cos(ω−t)2Qeff−−sin(ω−t))].E58
в (57), ρ ₁ представляет характерный импеданс резонансной схемы и ρ ₁ = [ L _σ (1+ T )/
111111118.
118.
118.
118.
1118.
118.
1118.
18.
18.
18.
118.
18.
18.
18.
18.
18.
18.
83. ] ^1/2 . According to (55), the general solutions of (49) ( U _c1 ( t )= D ₁ e ^xt and U _c2 ( t ) = Д ₂ е ^хт) уточняются. Когда рассматриваются начальные условия цепи, важные четыре характеристических параметра, такие как U _c1 ( t ), U _c2 ( t ), i _p ( t ) и i _s ( t ) получаются как (58). В (58) β _± =|Δ ω _± |=|Δ x _± | ω _s , такие коэффициенты, как G ₁ , G ₂ и G ₃ определяются как
G1=x−2(x=2−x−1)x+2 x−2U0 , +2Tx+2−x−2U0 , G3=x−2x+2x+2−x−2L1+LplL2+LslC1kC2U0.E59
Из (58) все функции напряжения и тока имеют две резонансные частоты. Во многих практических ситуациях членами в (58), которые включают cos( ω _— t ) и sin( ω _— t ), можно пренебречь, поскольку ω ₊ >> ω _— и β ₊ >> β _— . Резонансные токи i _p ( t ) и i _s ( t ) в первичной и вторичной цепях почти синхронизированы, как показано на рис. 23, и их резонансные фазы почти одинаковы. . Первая точка экстремума U _c2 ( t ), определяемая как ( t _м ， U _c2 ( t _m )) соответствует максимальному напряжению заряда и пиковому времени заряда C ₂ . Конечно, t _м также соответствует времени минимального напряжения на C ₁ . То есть t _м – это критический момент времени, который соответствует максимальной передаче энергии. As i _s ( t )=- C ₂ d U _c2 ( t )/d t , i _s ( t ) приближается к 0, когда t 4 m =
8 t Если ω ₊ >> ω _— , максимальное напряжение заряда и пиковое время заряда C ₂ вычисляются как tm)=−G3(1+exp(−π2Qeff+)). E60
Очевидно, что когда переключатель C ₁ на рис.2 размыкается, а переключатель C ₂ замыкается на t _m , энергия, запасенная в C ₂, достигает своего максимума, и энергия, подаваемая на оконечную нагрузку, также достигает максимума. Эта ситуация соответствует наибольшей эффективности передачи энергии модуля ГЭС. Конечно, если переключатель на рис. 22(а) все время замкнут, модуль ГЭС действует по закону, показанному в (58). Энергия, накопленная в C ₁, передается на трансформатор и конденсатор C ₂ , затем энергия рециркулируется с C ₂ и трансформатора на C ₁ за вычетом потерь, а затем повторяются вышеупомянутые курсы. Наконец, вся энергия, накопленная в C ₁, становится энергией потерь на паразитных резисторах, и резонансы в модуле HES затухают.
Рис. 23.
w3.org/1999/xlink» xmlns:mml=»http://www.w3.org/1998/Math/MathML» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance» xmlns:sym=»http://www.w3.org/2012/symbol»> Типовые теоретические осциллограммы выходных параметров модуля ГЭС на основе заряда импульсного трансформатора по методу «малого возмущения»
Under the condition ω ₊ >> ω _— , the peak time and the peak current of i _p ( t ) are calculated as
{tm1≈π2ω+= π2(LΣC11+T)12ip(tm1)=G1C1ω+(1+14Qeff+2)exp(−π4Qeff+).E61
Обычно полупроводниковый переключатель, такой как тиристор или IGBT, используется в качестве управляющего переключателя C ₁ . Однако эти переключатели чувствительны к параметрам цепи, таким как пиковый ток, пиковое напряжение и коэффициенты нарастания тока и напряжения. Коэффициент повышения U _C1 ( T ) и I _P ( T ) (D U _C1 ( T )/D 3 T
. и 3 и P19198. и P1918. и P19198. и P19198. и P19183 и 3. t )/d t ) также можно рассчитать из (58), которая дает теоретические инструкции для варианта полупроводникового переключателя в модуле HES.
Собственно эффективность передачи энергии определяется и временем заряда C ₂ на практике. Определить время заряда C ₂ AS T _C, максимальная эффективность передачи энергии на C ₂ AS η _A, и эффективность энергии в области практики _a, и эффективность энергии в практике _a, и эффективность энергии в практике _a, и эффективность энергии в практике _a, и эффективность энергии в порядок _a, и эффективность энергии. . Если потери в сердечнике трансформатора очень малы, КПД модуля ГЭС, основанного на зарядке импульсного трансформатора, составляет
)2Lµ−TLΣ)2 , ηe=12C2Uc22(tc)12C1U02≤ηa. E62
Фактически t _c соответствует моменту замыкания S ₂ на рис. Магнитное насыщение импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом
Трансформаторы с магнитным сердечником имеют общую проблему магнитного насыщения сердечника. Импульсный трансформатор с замкнутым магнитопроводом состоит из первичных обмоток ( N ₁ витка) и вторичных обмоток ( N ₂ витка), и работает по петле гистерезиса, показанной на рис.24. Определим индуктивное напряжение первичных обмоток трансформатора как U _p ( t ), а первичный ток как i _p ( t ). Если входное напряжение U _p ( t ) увеличивается, ток намагничивания в первичных обмотках также увеличивается, что приводит к увеличению напряженности магнитной индукции B генерируется i _p ( t ). Когда B увеличивается до уровня интенсивности магнитной индукции насыщения B _S, D B /D H в рабочей точке ( H ₀, B
5444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 4. до 0, а относительная магнитная проницаемость μ _r магнитопровода уменьшается до 1. При этом ухудшаются магнитные характеристики сердечника и происходит магнитное насыщение. Как только происходит магнитное насыщение, трансформатор не может передавать напряжение и энергию. Таким образом, для стабильного трансформатора важно улучшить характеристики насыщения магнитопровода и сохранить входное напряжение U _p (t) на высоком уровне одновременно.
Рис. 24.
Типовая петля гистерезиса магнитопровода импульсного трансформатора
Полный магнитный поток в магнитопроводе равен Φ ₀, определенный в (4). По закону Фарадея U _p ( t )=d Φ ₀ / d t . Определите допустимое максимальное приращение B в петле гистерезиса как Δ B _max и соответствующее максимальное приращение Φ ₀ asΔ Φ . Obviously, Δ B _max = B _s -(- B _r ) and Δ Φ = N ₁ Δ B _max SK _T , а такие параметры, как B _r , S и K _T определены до (3). Таким образом, отношение между S и второе произведение напряжения сердечника представлено как
S=∫0tcUp(t)dtN1ΔBmaxKT=∫0tcUs(t)dtN2ΔBmaxKT.E63
В качестве таких параметров, как Δ B 3
8, _max 1 , N ₂ , S и K _T неизменны и определены в уже изготовленном трансформаторе, время заряда t _c не может быть определено длительно в (62 случайным образом) . В противном случае ∫0tcUp(t)dt>N1ΔBmaxKTS, сердечник насыщается и трансформатор не может передавать энергию. То есть (63) как раз соответствует максимально допустимому времени зарядки без насыщения. Если допустимое максимальное время зарядки определено как t _s , ∫0tsUp(t)dt=N1ΔBmaxKTS.
Согласно (63), некоторые методы позволяют избежать насыщения активной зоны следующим образом. Во-первых, Δ B _max и K _T магнитного материала должны быть как можно больше. Во-вторых, площадь поперечного сечения сердечника должна быть достаточно большой. В-третьих, следует увеличить число витков обмоток трансформатора ( N ₁ ). В-четвертых, время заряда т _с трансформатора должны быть эффективно ограничены. Наконец, входное напряжение U _p (t) трансформатора должно уменьшиться до надлежащего диапазона.
Вообще говоря, увеличить Δ B _max и K _T довольно сложно. Приращение N ₁ приводит к уменьшению коэффициента повышения трансформатора. А уменьшение U _p(t) приводит к низкому напряжению на выходе вторичных обмоток. В результате широко используемые методы предотвращения насыщения активной зоны включают увеличение S и уменьшение времени зарядки t _c за счет правильной разработки схемы. Наконец, конструкция минимального поперечного сечения ( S _мин.) магнитопровода в трансформаторе должна соответствовать инструкции, как показано в (64).
s≥smin = ∫0tsup (t) dtn1Δbmaxkt≥∫0tcup (t) dtn1Δbmaxkt = ∫0tcus (t) dtn2Δbmaxkt.e64
в (64), U _P (T (64), U _P4 (T (64), U _P4 (T (64), U _P4 (T (64), U _P (T). (t) можно заменить на U _c1 (t) и U _c2 (t) рассчитано по (52) или (58). Кроме того, в поперечном сечении магнитопровода могут быть введены небольшие воздушные зазоры для улучшения характеристик насыщения, что имеет некоторые общие черты с трансформатором Тесла с открытым магнитопроводом. Ссылка [40] объясняет метод воздушного зазора, который достигается за счет увеличения индуктивности рассеяния и уменьшения коэффициента связи.
5.2. Анализ потерь HES
Потери являются очень важным параметром для оценки качества модуля передачи энергии. На рис. 22(а) основные потери в модуле ГЭС на основе импульсной зарядки трансформатора включают резистивные потери и потери в магнитопроводе трансформатора. Резистивные потери в модуле HES состоят из потери сопротивления провода, потери паразитного сопротивления компонентов, потери переключателя и потери проводимости конденсатора. Энергия резистивных потерь соответствует теплу в компонентах. Сопротивление провода оценивается в (27), а сопротивление ключа и проводимость утечки конденсатора предоставляются производителями. В соответствии с токами, рассчитанными по (58), общие резистивные потери, определяемые как ∆ W _R можно удобно оценить. В этом разделе центральная тема посвящена потерям магнитопровода трансформатора следующим образом.
5.2.1. Анализ гистерезисных потерь
В микроскопе магнитного материала электроны в молекулах и атомах вращаются сами по себе и одновременно вращаются вокруг ядер. Эти два типа движений вызывают магнитные эффекты материала. Каждой молекуле соответствует свой собственный магнитный диполь, а магнитный диполь соответствует диполю, генерируемому током гипотетической молекулы. Когда внешнего магнитного поля не существует, большое количество магнитных диполей молекулярного тока находится в случайном распределении. Однако, когда существует внешнее магнитное поле, внешнее магнитное поле оказывает сильное влияние на эти магнитные диполи в случайном распределении, и диполи поворачиваются в одном направлении вдоль направления внешнего магнитного поля. Процесс называется намагничиванием, при котором образуется макроскопический магнитный диполь материала. Очевидно, что на процесс намагничивания сердечника расходуется энергия, поступающая от конденсатора 9.0018 C ₁ на рис. 2, и эта часть энергии соответствует гистерезисным потерям сердечника, определяемым как Вт _loss1 .
Определить напряженность электрического поля, вектор электрического смещения, напряженность магнитного поля и напряженность магнитной индукции в магнитопроводе как E⇀, D⇀, H⇀ и B⇀ соответственно. Полная плотность энергии электромагнитного поля W=∫(E⇀·∂D⇀/∂t+H⇀·∂B⇀/∂t)dt. Поскольку плотность энергии электрического поля такая же, как и у магнитного поля, общая плотность энергии W в изотропном материале может быть упрощена как
W = (E⇀ · D⇀+H⇀ · B⇀)/2 = H⇀ · B⇀ или DW = HDB .E65
Ток нагрузки, который соответствует W _{потери1} составляет малую часть от общего тока i _p ( t ) в первичных обмотках. Определим ток намагничивания как I _m ( t ), среднюю длину магнитного прохода как < l _c >, а общий объем магнитопровода как В _м . Согласно окружному закону Ампера и закону Фарадея,
H=N1Im(t)/ , dB=−Up(t)dt/N1SKt.E66
магнитопровода трансформатора получается как
Wloss1=∫0tc|Up(t)Im(t)|VmSKTdtE67
В некоторых приближенных расчетах плотность энергии потерь эквивалентна площади, ограниченной петлей гистерезиса . Если коэрцитивная сила петли равна H _в , З _{потери1} ≈2 Н _в В _с В 90
5.2.2. Анализ потерь на вихревые токи
Когда трансформатор работает в условиях высокой частоты, высокочастотный ток в обмотках трансформатора индуцирует вихревые токи в поперечном сечении магнитопровода. Определим вектор вихревого тока asj⇀’, напряженность магнитной индукции вихревого тока asB⇀’, напряженность магнитного поля вихревого тока asH⇀’, напряженность магнитной индукции i _p (t) asB⇀0, напряженность магнитного поля i _p (t) asH⇀0. Как показано на рис. 25, направление j⇀’ прямо противоположно направлению i _p (t), поэтому поле вихревых токов B⇀’ ослабляет влияние B⇀0. Вихревой ток нагревает сердечник и вызывает выход из строя трансформатора, и его следует по возможности устранять в максимально возможной степени.
Во избежание потерь на вихревые токи магнитный сердечник состоит из листов в поперечном сечении, как показано на рис. 25. Обычно лист покрывают тонким слоем изоляционного материала для предотвращения вихревых токов. Однако высокочастотный вихревой ток имеет «скин-эффект», и глубина «скин-эффекта», определяемая как δ, обычно меньше толщины листа. В результате вихревые токи все еще существуют в поперечном сечении сердечника. Декартовы координаты установлены в поперечном сечении сердечника, как показано на рис. 25, а единичные векторы равны e⇀x, e⇀y и e⇀z. Для тонкого листа его длина (e⇀z) и ширина (e⇀y) намного больше, чем толщина h (e⇀x). Таким образом, целесообразно приближение бесконечно больших размеров листа в направлениях e⇀y и e⇀z. То есть ∂/∂y=0 и ∂/∂z=0. Вышеупомянутая теория «малых возмущений» все еще может быть использована для расчета поля B⇀’, создаваемого вихревым токомj⇀’.
Рис. 25.
Распределение вихревых токов в поперечном сечении тороидального магнитопровода
Суммарная напряженность магнитной индукции в сердечнике имеет вид B⇀=B⇀0+B⇀’=(B0−B’)e⇀ z и B’≪B0. B⇀’, генерируемое вихревым током, можно рассматривать как переменную «малого возмущения». Согласно уравнениям Максвелла,
{∇×E⇀=−∂B⇀/∂t∇×H⇀=∇×(H⇀0+H⇀’)=j⇀’+∂D⇀/∂t.E68
Из (68) легко получить формулу ∂Ey/∂x≈−∂B0/∂t, тогда как (E _x , E _y , E _z ) и (H _x , H _y , H _z ) соответствуют векторам E⇀ и H⇀. Путем интегрирования
E⇀(x)=−x(∂B0/∂t ) e⇀y ,−h/2≤x≤h/2. E69
Определим проводимость листа в магнитном сердечнике как σ. Из второго уравнения в (68) (−∂Hz’/∂x)e⇀y=j⇀’=σE⇀. Это демонстрирует, что бесконечно малая проводимость является ключевым фактором для предотвращения вихревых токов. При рабочей частоте f глубина «скин-эффекта» листа рассчитывается как δ=(πfμσ) ^-1/2 . Согласно (69) поле «малого возмущения» вихревых токов в изотропном магнитном материале представляется как
∂t = 1 Ом (xΔ) 2∂b0 неизбежно, (−h3≤x≤h3) .e70
по усреднению поля вдоль направления толщины (e⇀x) листа,
H˜ ‘= σh324 ∂B0∂t , B˜’= 112ω (hδ)2∂B0∂t.E71
Поскольку электрическая и магнитная энергия вихретокового поля почти одинаковы, потери на вихревые токи определяются как W _{потери2} вычисляется как проводимость σ сердечника, и она также пропорциональна (h/σ) ² . В результате потери W ₂ могут быть ограничены, когда h<<δ.
5.2.3. Энергоэффективность модуля ГЭС
Что касается модуля ГЭС на основе трансформаторной зарядки, показанной на рис. 22(а), потери энергии в основном состоят из ΔW _R , W _{потеря1} и W _{потеря2} . Полная энергия, полученная от C ₁, равна W0=12C1U02. На практике энергия, запасенная в C ₁, не может быть полностью передана в C ₂, хотя потеря модуля исключена. Другими словами, остаточная энергия, определяемая как W _0r, существует в C ₁ . Определить допустимую максимальную эффективность передачи энергии от C ₁ к C ₂ как η _max . Итак, η _max модуля HES равно
ηmax=W0−(ΔWR+Wloss1+Wloss2)−W0rW0.E73
Из (62) η _a , η _e и η _max имеют отношение как ηe≤ηa≤ηmax.
Реклама
Благодарность
Эта работа была поддержана Национальным научным фондом Китая в рамках гранта № 51177167. Он также поддерживается Фондом инноваций Высшей школы Национального университета оборонных технологий в рамках гранта № B100702.
Ссылки
1. Bialasiewicz JT2008Системы возобновляемой энергии с фотоэлектрическими генераторами: работа и моделирование. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55727522758
2. Андерсон М.Д. и Карр Д.С.1993. Технологии накопления энергии аккумуляторов. Proceedings of the IEEE, 813475479
3. SchemppE and Jackson WD1996Системные соображения по неемкостному хранению энергии. EnergyConversion Engineering Conference, 2666671
4. BeverlyR. Э.КэмпбеллР. Генератор Маркса N.2010A 1 МВ, 10 кДж с фотоуправлением. IEEE Power Modulator and High-Voltage Conference: 560563
5. LehmannM.2010Дизайн генератора Маркса с высокой выходной мощностью. Модулятор мощности IEEE и высоковольтная конференция: 576578
6. SimonE.BronnerG.1967Индуктивная система накопления энергии с использованием игнитронного переключения. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1453340
7. GorbachevK. В.НестеровЕ. В.ПетровВ.Ю.ЧерныхЕ. В.2009А Винто-радиальный магнитно-кумуляционный быстрорастущий импульсный генератор тока. Приборы и экспериментальная техника, 5215864
8. Дойников Н.В. И.ДружининА. С.КривченковЮ. Индуктивный накопитель энергии тороидального трансформаторного типа М.1992МДж. IEEE Transactions on Magnetics, 281414417
9. Masugata K.SaitohH.MaekawaH.1997Разработка высоковольтного повышающего трансформатора вместо генератора Маркса. Review of Scientific Instruments, 68522142220
10. Бушляков А.И., Любутин С.К., Пономарев А.В. Твердотельный генератор на основе SOS, обеспечивающий пиковую мощность 4 ГВт. IEEE Transaction on Plasma Science, 34518731878
11. Рукин С.Любутин С.Пономарев А.2007Твердотельный генератор на основе IGBT/SOS с частотой повторения импульсов 100 кГц. Конференция IEEE по импульсной мощности: 861-864.
12. Коровин С. Д.КурканИ. К.ЛогиновС. V.2003 Перестраиваемые по частоте источники мощных микроволновых импульсов дециметрового диапазона. Лазеры и пучки частиц, 21175185
13. Morton D.WeidenheimerD.DasilvaT.2005Характеристики усовершенствованного лазерного драйвера KrF с импульсной накачкой электронным пучком. IEEE Pulsed Power Conference: 123
14. SethianJ. Д. Майерс М. Смит И. D.2000 Импульсная мощность для KrF-лазера с накачкой электронным пучком. IEEETransactions on Plasma Science, 28513331337
15. Саркар П. Брейдвуди С. У.СмитИ. Р.2005А компактный генератор импульсов на 500 кВ с батарейным питанием для сверхширокополосного излучения. IEEETransactions on Plasma Science, 3351306
16. МесяцГ. А.КоровинС. Д.РостовВ. В.ШпакВ. Г.ЯландинМ. I.2004 Серия малогабаритных импульсных генераторов РАДАН и их применение. Труды IEEE, 661178
17. KrasikY. Е.Гриненко А.Саяпин А.Ефимов С.2008Подводный взрыв электрических проводов и его применение. IEEETransactions on Plasma Science, 362423434
18. Boeuf J P, 2003 Плазменная панель: физика, последние разработки и ключевые проблемы. J. Physics D: Appl Phys, 3665379
19. Choi Y W, Jeong I W, Rim G H, 2002 Разработка модулятора сжатия магнитных импульсов для обработки дымовых газов. IEEE Transactions on Plasma Science, 30516321636
20. RossiJ. О.УедаМ.2006А Импульсный генератор Блюмлейна 100кВ/200А для имплантации высокоэнергетической плазмы. IEEETransactions on Plasma Science, 34517661770
21. KamaseY.ShimizuM.NagahamaT.1993Эрозия искры прямоугольного высоковольтного источника для генерации озона. IEEETransactions onindustry Applications, 2947
22. GaudreauM. П. Дж. Хоуки, Т. Петри, Дж. Кемпкес, М. A.2001Твердотельная импульсная система питания для пищевой промышленности. Сборник технических статей: Pulsed Power Plasma Science: 11741177
23. GundersenM.KuthiA.BehrendM.VernierT.2004 Генерация биполярных наносекундных импульсов с использованием линий передачи для электроманипулирования клетками. Симпозиум по силовым модуляторам и конференция High-Voltage Workshop: 224227
24. ZhangY.LiuJ. Л.ЧэнС. B.2010Выходные характеристики высоковольтного импульсного трансформатора с замкнутым магнитным сердечником. IEEE Transactions on Plasma Science, 384101
25. ZhangY.LiuJ. Л.ЧэнС. B.2010 Компактный генератор высоковольтных импульсов на основе импульсного трансформатора с замкнутым магнитопроводом. Review of Scientific Instruments, 81(3): 033302.
26. Rohwein GJ, Lawson RN, Clark M C1991A компактная импульсная трансформаторная система на 200 кВ. Материалы от 8 ^-й IEEE Pulsed Power Conference: 968970
27. КоровинС. Д.ГубановВ. П.ГунинА. В.ПегельИ.ВандСтепченко. A. S.2001Повторяющийся наносекундный высоковольтный генератор на основе линии формирования спирали. 28-я международная конференция IEEE по науке о плазме: 124
28. HurleyW. Г. Уилкокс Д. J.1994 Расчет индуктивности рассеяния в обмотках трансформатора. IEEE Transactions on Power Electronics,
126
29. MassariniA.KazimierczukM. К.1997Собственная емкость катушек индуктивности. IEEE Transactions on Power Electronics, 124671676
30. Блаш Ф. Керадец Ж. P.CogitoreB.1994 Блуждающие емкости двухобмоточных трансформаторов: схема замещения, измерения, расчет и снижение. IEEE Pulsed Power Conference: 12111217
31. GrandiG.KazimierczukM. K.MassariniA.ReggianiU.1999Рассеивающие емкости однослойных катушек индуктивности с воздушным сердечником. IEEE Transactions on Industry Applications, 33511621168
32. Мостафа А.Е., Гохар М.К., 1953 г. Определение распределения напряжения, тока и магнитного поля вместе с собственной емкостью, индуктивностью и высокочастотным сопротивлением однослойных катушек. Труды И.Р.Э.: 537547
33. Коллинз Дж. А., 1990 г. Точный метод моделирования емкостей обмотки трансформатора. IEEE Pulsed Power Conference: 109
34. КиноГ. С.ПайкС. F.1962 Теория схем сопряженной системы передачи. Журнал прикладной физики, 331030023008
35. ZhangY.LiuJ. Л.ФанХ. L.2011Анализ волнового сопротивления и емкостного сопротивления линии формирования импульсов типа Блюмляйна на основе ленточной спирали. Review of Scientific Instruments, 82(10): 104701.
36. Lord HW, 1971 Импульсный трансформатор. IEEETransactions onMagnetics, 711728
37. Нишизука Н.Накацуяма М.Нагахаши Х.1989Анализ импульсного трансформатора по теории распределенных параметров. IEEETransactions onMagnetics, 25532603262
38. Редондол. М.СильваДж. F.MargatoE.2007Улучшение формы импульса в высоковольтных импульсных трансформаторах стержневого типа со вспомогательными обмотками. IEEETransactions onMagnetics, 43519731982
39. Costa EMM, 2010 Резонанс на катушках, возбуждаемых прямоугольными волнами: объяснение трансформатора Тесла, IEEETransactions onMagnetics, 46511861192
40. ЧжанЮ.ЛюДж. Л.ФанХ. Л.ЧжанХ. Б. Фэн Дж. H.2012 Характеристики насыщения и импульсной характеристики аморфного сердечника на основе железа с воздушным зазором. IEEE Transactions on Plasma Science, 4019097
Разделы
Информация об авторе
1. Введение
2. Параметрический анализ импульсного трансформатора с замкнутым магнитным сердечником в ГЭС
4. Анализ передачи энергии в ГЭС на основе зарядки импульсного трансформатора
. СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО
© 2013 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.
необходима схема импульсного трансформатора
Добро пожаловать на EDAboard.com
Добро пожаловать на наш сайт! EDAboard.com — это международный дискуссионный форум по электронике, посвященный программному обеспечению EDA, схемам, схемам, книгам, теории, документам, asic, pld, 8051, DSP, сети, радиочастотам, аналоговому дизайну, печатным платам, руководствам по обслуживанию… и многому другому. более! Для участия необходимо зарегистрироваться. Регистрация бесплатна. Нажмите здесь для регистрации.
Регистрация Авторизоваться
JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.

мой проект сделать инвертор. здесь я должен использовать драйвер mosfet для изоляции mosfet при полном мостовом соединении. ШИМ-сигнал подается на затвор. Мне нужна полная схема импульсного трансформатора. Пожалуйста, дайте мне знать о трансформаторе в деталях.
Дорогой пуходер
Привет
Почему импульсный трансформатор? почему не простой драйвер? но если вы хотите использовать трансформатор, особых проблем нет! вам просто понадобится тотемный столб перед вашим трансформатором (с последовательным конденсатором) и сеть RCD в первичной обмотке!
Кстати: как вы создали свой ШИМ-сигнал? с ИК? а может микроконтроллер?
С наилучшими пожеланиями
Ювелир
спасибо за ответ. Я использовал atmega8 для генерации синуса ШИМ (синусоидальная волна 50 Гц с треугольной волной 800 Гц). Пожалуйста, дайте мне схему импульсного трансформатора (с тотемным столбом). Мой учитель предпочитает импульсный трансформатор, чем другие.
спасибо за ответ. Я использовал atmega8 для генерации синуса ШИМ (синусоидальная волна 50 Гц с треугольной волной 800 Гц). Пожалуйста, дайте мне схему импульсного трансформатора (с тотемным столбом). Мой учитель предпочитает импульсный трансформатор, чем другие.
дорогой Голдсмит,
почему биполярный транзистор на первичной стороне трансформатора? и где будет дан сигнал ШИМ? И земля BJT отличается от земли первичной обмотки трансформатора? Я подаю ШИМ-сигнал непосредственно на трансформатор, а на вторичной стороне я обнаружил просто всплеск с небольшой амплитудой вместо полного импульса.
Привет еще раз
Это устройство bjt, называемое тотемным столбом переменного тока, готово производить ток, достаточный для питания трансформатора. для верхней цепи на этой странице вы должны использовать не ворота, а затем передать в нее свой ШИМ, и, таким образом, у вас будет ШИМ для основания верхней части и ШИМ для нижней стороны.
и схема внизу этой страницы, это что-то вроде H-моста, он может дать вам больше токов. Этого достаточно, чтобы управлять большим количеством MOSFET.
С наилучшими пожеланиями
Ювелир
Любая идея о том, как спроектировать выше импульсный трансформатор с такими параметрами, как нет. витков, выбор магнитопровода, сечения проводов?
Есть ли готовый миниатюрный импульсный трансформатор для поверхностного монтажа? Я нашел большинство импульсных трансформаторов слишком громоздкими и большими.
Hi Micropar
вы можете легко рассчитать свой импульсный трансформатор. но сначала вы должны выбрать свои мосфеты, а затем рассчитать требуемый IG (Iciss), а затем учесть его в своих расчетах. в большинстве случаев импульсные трансформаторы имеют соотношение 1:1, но их можно спроектировать и с учетом других соображений. Кстати, вы знакомы с процессом выбора сердечника и расчетами трансформатора? если нет, я могу дать вам простой способ.
О импульсных трансформаторах меньшего размера, несколько лет назад я видел довольно маленький, я думаю, что его размер был осевым 0,8 !!!! но его провод был довольно элегантным.
С наилучшими пожеланиями
Ювелир
Я бы не рекомендовал использовать трансформатор управления затвором для инвертора. Чтобы он вообще работал правильно, вам нужны схемы восстановления постоянного тока на вторичной обмотке, как то, что ювелир опубликовал выше. Но такие схемы могут привести к серьезным отказам, если с ними не обращаться должным образом. В частности, любое внезапное изменение рабочего цикла приведет к тому, что форма сигнала Vgs на некоторое время изменит смещение по постоянному току, что легко может вызвать перекрестную проводимость. Вам следует рассмотреть возможность использования такого метода только в том случае, если у вас есть сложные схемы управления, которые предотвращают это когда-либо при нормальной работе и в условиях неисправности, в том числе в случае неожиданного отключения питания контроллера.
Спасибо всем за комментарии. Если подумать, я вспомнил 2 или 3 старых заметки по применению от Unitrode, в которых очень подробно обсуждались импульсные Xformers, а также выбор последовательного конденсатора. Мне нужно искать в моей резервной копии, а также на сайте TI, так как он захватил Unitrode. Буду рад выложить сюда же, если наткнусь.
Это выглядит как лучшее описание очень дешевой конструкции импульсного трансформатора для высоких емкостных нагрузок.
Детали в трансформаторе хорошие. 1 или 2 витка, отклик 10 нс, изоляция > 5 кВ. Почти как разветвитель телевизора.
Я работал с ведущей компанией по производству силовых модулей, и для них
«импульсный трансформатор» может быть не чем иным, как парой
связанных дорожек на печатной плате или обмоткой трансформатора, в зависимости от того.
Они представляют это как таковое, но за этим не обязательно стоит какая-то
«схема».
Еще раз привет
Хотя , возможно , будет полезно упомянуть всем , кто видит эту тему :
Трансформаторы — хороший выбор , если вы не хотите носить с собой SPWM . ( они подходят для ШИМ , но не в большинстве случаев ! ) , но для ШИМ невозможно использовать трансформатор .
С наилучшими пожеланиями для всех
Ювелир
Это выглядит как лучшее описание очень дешевой конструкции импульсного трансформатора для высоких емкостных нагрузок.
Детали в трансформаторе хорошие. 1 или 2 витка, отклик 10 нс, изоляция > 5 кВ. Почти как разветвитель телевизора.
Это аккуратная схема, но она имеет те же ограничения, что и другие схемы трансформатора управления затвором, главным образом то, что она не будет работать должным образом при очень низких или высоких рабочих циклах. Кроме того, для каждого затвора по-прежнему требуется источник постоянного тока на вторичной стороне.
Трансформаторы управления затвором прекрасно подходят для приложений, где коэффициент нагрузки никогда не должен превышать 50 %, и он не должен охватывать большой диапазон или изменяться очень быстро. При любых других обстоятельствах существует риск того, что смещение постоянного тока изменится настолько, что это вызовет отказ.
Я мог бы добавить, что реализация, о которой я говорю, была
резонансный преобразователь, который выполняет ЧИМ, а не ШИМ. Гораздо проще
настроить схему затвора трансформаторного типа (в которой было
интересных вещей между xfmr и затвором, чтобы заставить его работать)
, когда у вас есть предельный диапазон изменения ширины импульса.
Теперь это страшная схема … после насыщения трансформатора драйвер имеет очень высокий импеданс, и он просто зависит от емкости затвора, поддерживающей его заряд. Любое значительное вмешательство или сцепление с воротами в течение этого времени и стрелы. Интересно, пробовал ли кто-нибудь когда-нибудь использовать эту схему в реальном продукте?
Последняя схема взята из IRF и достаточно подробна, чтобы показать теорию работы. Это похоже на биполярный переключатель. Установите импульсы сброса, чтобы закрыть переключатель. В это время импеданс сердечника не имеет значения, так как ток насыщения заряжает конденсатор затвора, чтобы обеспечить необходимый ток для активации переключателя, после чего затвор может расслабиться. Разрядка конденсатора является эффективным средством принудительного переключения затворов полевого МОП-транзистора с учетом внутренней емкости затвора и истока.
Думаю, большинство энергетиков не примет это условие. При управлении полевым транзистором драйвер должен все время удерживать его состояние с низким импедансом. В противном случае любые переходные напряжения на стоке могут попасть на затвор через Crss, вызывая нежелательное включение и выключение. И таких переходных эффектов следует ожидать практически во всех сценариях (бросок линии, сброс нагрузки и т.д.).