Расчет тороидального трансформатора программа: elektrosat — Расчёт тороидального трансформатора онлайн

12 шагов проектирования тороидальных трансформаторов: Talema Group

4 июня 2021 г. Йогананд Велаютам Тороидальные трансформаторы

Выполнение этих 12 шагов при проектировании тороидальных трансформаторов обеспечит долгий срок службы компонентов и оптимальную производительность.

Шаг 1: Расчет ЭДС трансформатора

Согласно уравнению Фарадея для индуктивного напряжения в обмотке трансформатора:

Где E — напряжение в вольтах
N — число витков
Ac — площадь поперечного сечения магнитного сердечника в мм².
B — плотность потока в теслах. Шаг 2: Рассчитайте номинальную мощность Рабочий цикл

При непостоянной нагрузке можно использовать трансформатор меньшего размера. Поскольку выходная мощность в этом случае значительно превышает номинальную мощность, вторичное напряжение падает ниже приведенных напряжений. Падение напряжения увеличивается пропорционально потребляемому току.

Шаг 4: Частота сети

Большинство тороидальных силовых трансформаторов рассчитаны на работу в сетях с частотой 50/60 Гц, 60 Гц или 400 Гц. При увеличении частоты размеры трансформатора соответственно уменьшаются. Тороидальный трансформатор на 60 Гц будет примерно на 20% меньше тороидального трансформатора на 50 Гц.

Шаг 5: Коэффициент витков

Где Vp — первичное напряжение в вольтах
Vs — вторичное напряжение в вольтах
Np — количество витков в первичной обмотке
Ns — количество витков во вторичной обмотке

Шаг 6: Постановление

Где V _NL — вторичное напряжение переменного тока без нагрузки в вольтах
V _FL — напряжение переменного тока при полной нагрузке в вольтах

Шаг 7: Падение напряжения

Вторичные напряжения и токи действительны для нормальная выходная мощность. При частичной нагрузке выходное напряжение в зависимости от размера трансформатора будет соответственно выше. На приведенном ниже рисунке показано увеличение напряжения для стандартных тороидальных трансформаторов Talema при частичных нагрузках.

Шаг 8: Повышение температуры

Как видно из приведенных ниже графиков, стандартные тороидальные трансформаторы Talema рассчитаны на повышение температуры от 60 °C до 70 °C при номинальной нагрузке. При выборе типоразмера трансформатора необходимо учитывать температуру окружающей среды и коэффициент теплоотвода места установки. На рисунках показано типичное изменение температуры в зависимости от выходной мощности или перегрузки.

Этап 9: Несколько обмоток или одна обмотка (автотрансформатор)

Автотрансформатор имеет меньшие размеры и более экономичную общую конструкцию в тех случаях, когда гальванически развязанные обмотки не требуются. То же самое преобразование напряжения и тока может быть получено с помощью однообмоточного автотрансформатора, как и с обычным двухобмоточным трансформатором. Есть два основных отличия:

1. В автотрансформаторе вторичная обмотка является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки.
2. Существует прямое медное соединение между первичной и вторичной цепями.

Автотрансформаторы имеют более низкое реактивное сопротивление рассеяния, меньшие потери, меньшие токи возбуждения, они могут быть меньше и дешевле, чем двухобмоточные трансформаторы, когда отношение напряжения меньше 2:1. И, конечно же, они не обеспечивают никакой изоляции.

Talema имеет допуск для автотрансформаторов до 25 кВА по стандартам UL5085 (трансформаторы общего назначения) и 40 кВА по стандартам UL60601-1 (трансформаторы для медицинского и стоматологического оборудования).

Шаг 10: Выпрямление

На приведенных ниже рисунках приведены формулы для расчета приблизительных значений трансформаторов, которые в первую очередь зависят от размера используемого нагрузочного конденсатора. Используемый форм-фактор «F» оценивается между 1,1 для меньших конденсаторов и 2,5 для относительно больших конденсаторов.

Полноволновой мост

Мост с центральным отводом

Шаг 11: Пусковой ток

Характеристики, которые дают преимущества тороидального трансформатора, также усугубляют его недостаток: высокий пусковой ток при первоначальной подаче мощности. Talema успешно разрабатывает трансформаторы с малым пусковым током.

Отсутствие зазора в тороидальном сердечнике означает максимально возможную остаточную намагниченность (остаточная намагниченность сердечника в определенном направлении и величине может быть существенно более выражена в тороиде по сравнению с ламинатом Э-И). Этот остаточный магнетизм является механизмом, с помощью которого функционировала память старых компьютерных ядер. Сердечник «сохраняет» статическое магнитное смещение при отключении питания. Если отключение питания произойдет в неблагоприятное время, в сердечнике сохранится самая сильная остаточная магнитная намагниченность. Когда питание снова подается на первичную обмотку, пиковый пусковой ток может достигать

где V _p-pk — пиковое первичное напряжение, а R _p — сопротивление первичной обмотки постоянному току, зависящее от мощности трансформатора и от того, насколько сильно был намагничен сердечник. Этот пик пускового тока возникает в течение короткого времени в течение первого или второго полупериода синусоиды мощности.

Существует несколько подходов к решению проблемы пускового тока:

1. Добавление термистора NTC последовательно с первичной обмоткой трансформатора
2. Использование плавких предохранителей с задержкой срабатывания
3. Уменьшите остаточный поток, который увеличит ток намагничивания в сердечнике. Методы, используемые для уменьшения остаточного потока, включают введение зазора или использование альтернативных материалов или методов отжига.

Шаг 12: Тепловая защита

Мы рассмотрим два типа тепловой защиты для тороидальных трансформаторов: однократный предохранитель и термовыключатель с автоматическим сбросом.

Эти устройства предназначены для отключения трансформатора в случае перегрева. Однократный предохранитель используется в основном для защиты от внутренних повреждений трансформатора, срабатывая при заданной температуре. Термовыключатель с автоматическим сбросом обеспечивает прерывистую защиту от внутренних неисправностей трансформатора и внешних перегрузок. Это устройство открывается при заданной высокой температуре и закрывается при заданной более низкой температуре. Эти устройства монтируются внутри трансформатора и подключаются последовательно с первичной или вторичной обмоткой.

Предохранитель однократного срабатывания / Предохранитель с отсечкой

Термовыключатель

Тороидальный расчет ВЧ-трансформатора | е-дневник

пока-дневник • 01 июня 2022 г. • 2 мин чтения

0

Тороидальный ВЧ-трансформатор часто используется для согласования импеданса в ВЧ-цепях. Это соответствует импедансу источника и нагрузки. В этом уроке мы объясним процесс изготовления ВЧ-трансформатора для согласования импеданса с подробным расчетом конструкции тороидального ВЧ-трансформатора. Это включает в себя расчет количества первичных и вторичных обмоток, расчет индуктивностей на первичной или вторичной обмотках и выбор размера сердечника тороида.

Чтобы построить тороидальный ВЧ-трансформатор, нам нужно количество витков для первичной и вторичной обмотки, а также выбрать тороидальный сердечник. Для расчета количества витков нам необходимо знать полное сопротивление источника и нагрузки, а также диапазон частот, в котором работает схема.

Кратко объясняется процесс изготовления ВЧ трансформатора с тороидальным сердечником. Сначала мы вычисляем коэффициент трансформации, используя сведения об импедансе источника и нагрузки, которые должны быть согласованы. Затем мы оцениваем индуктивное сопротивление на первичной (или вторичной) стороне для заданной частоты и вычисляем индуктивность первичной обмотки. Как только мы узнаем индуктивность первичной обмотки, мы затем выбираем тороидальный сердечник в зависимости от частоты работы и подходящего размера для намотки сердечника. Выбрав сердечник тороида, мы узнаем коэффициент индуктивности AL, и вместе со знанием первичной индуктивности мы узнаем количество витков первичной обмотки. Затем по первичному количеству витков и коэффициенту витков вычисляем номер вторичной обмотки. Затем витки наматываются на тороидальный сердечник для построения ВЧ трансформатора 9.0013

Рассмотрим следующую схему. При этом тороидальный трансформатор соединен своей первичной обмоткой со стороны источника сигнала, а вторичная обмотка соединена с базой транзистора ВЧ-усилителя.

 Количество витков первичной и вторичной обмотки равно Np и Ns соответственно. Полное сопротивление на первичной и вторичной обмотках Zp и Zs. Количество обмоток и импеданс связаны следующим уравнением.

\[ \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{Z_p}{Z_s}}\]

Это соотношение используется для согласования импеданса источника и нагрузки в радиочастотных цепях.

Предположим, что импеданс источника Zp= 50 Ом. Также предположим, что импеданс базы транзистора равен 4 Ом. Этот импеданс затем является вторичным импедансом Zs (Zs = 4 Ом). Затем, используя приведенное выше уравнение, мы имеем

\( \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{50Ohm}{4Ohm}} \)

или,  \( \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{50Ом}{4Ом}} \)

или, \( \frac{N_p}{N_s} = 3,53 \)

или, \( N = 3,53 \)

где N называется коэффициентом трансформации

Индуктивное сопротивление катушки индуктивности,

\( X_L = 2 \pi f L\) 

Общее правило при проектировании ВЧ трансформатора заключается в том, что индуктивное сопротивление должно быть в 4 раза больше импеданса, подключенного к этому индуктору. Здесь рассмотрим катушку первичной обмотки. Катушка первичной обмотки подключена к источнику сопротивлением 50 Ом. Следовательно, его индуктивное сопротивление должно быть в 4 раза больше 50 Ом, что равно 200 Ом. Следовательно, индуктивное сопротивление первичной обмотки катушки должно быть 200 Ом.

Итак, \( X_L = 200 Ом\) 

или, \( 2 \pi f L_p =200 Ом\) 

то есть, или, \( L_p = \frac{200Ohm}{2 \pi f }\)

Частота f — самая низкая рабочая частота. Если рабочая частота схемы составляет от 3 МГц до 30 МГц, то f равно 3 МГц. Это дает

 \( L_p = \frac{200Ом}{2 \pi 30MHz}\)

, то есть \( L_p = 10,6 мкГн\)

После того, как мы знаем индуктивность, необходимую для первичной обмотки, мы можем выбрать тороидальный ядро, соответствующее нашим требованиям к сигналу. После того, как мы выбрали тороидальный сердечник, мы узнаем значение \(A_L\), и с этим знанием мы можем рассчитать количество витков для первичной обмотки.

Ниже приведены номера смесей материалов сердечника с железным наполнением и их свойства.

 Для нашего диапазона частот от 3 МГц до 30 МГц можно выбрать тип материала 2. Затем мы выбираем размер силового железного тороидального сердечника на основе смеси материалов типа 2.

Выбирается размер 50 (диаметр 0,5 дюйма) со смесью материалов типа 2. Таким образом, тороидальный трансформатор будет иметь сердечник Т-50-2. Из приведенной выше таблицы значение \(A_L\) для этого сердечника равно 49.

Далее мы вычисляем количество витков для первичной обмотки Np для выбранного тороидального сердечника с электропитанием по следующей формуле.0005

\[ N_p = 100 \sqrt{\frac{L_{\mu H}}{A_L}}\]

Подставляя значения,

\[ N_p = 100 \sqrt{\frac{10,6 \mu H} {49}}\]

получаем, \(N_p=46,5 \приблизительно 47\)

Тогда по формуле коэффициента витков можно рассчитать количество витков вторичной обмотки:

\(N=\ frac{N_p}{N_s}\)

Здесь N=3,53 и Np=47, поэтому  \(N_s=\frac{N_p}{N} = \frac{47}{3,53}=13,3 \приблизительно 13\)

Итак, нам нужно 47 витков для первичной обмотки и 13 витков для вторичной обмотки на тороидальном сердечнике Т-50-2, чтобы сделать ВЧ-преобразование для согласования импедансов. Затем этот ВЧ-трансформатор согласовывает импеданс источника 50 Ом с импедансом нагрузки 4 Ом, который является базовым импедансом.