Расчет трансформаторного блока питания: Расчет трансформаторного блока питания: методика, формула, подбор устройства

Содержание

Без трансформаторный блок питания – Занимательная электроника

   В данной статье мы рассмотрим основные схемы без трансформаторных блоков питания, а так же упрощенную методику расчета, которая позволяет не углубляясь в теорию спроектировать рабочую схему.

   На рисунке изображена классическая схема без трансформаторного блока питания:

    Данные схемы применяются когда ток потребления нагрузки не большой (порядка  десятков mA), а так же ограниченные габариты устройства.

Плюсы такой схемы:

    1. Не чувствительная к короткому замыканию (R=0).
    2.  Не большие габариты (по сравнению с трансформаторными).
    3. Простота в проектировании.

Недостатки:

    1. Отсутствие гальванической развязки (большая опасность поражения электрическим током).
    2. Не большой выходной ток.
    3. При больших колебаниях тока потребления, стабилизация выходного напряжения может быть нарушена.
    4. При обрыве нагрузки, может выйти из строя.

   Для максимальной безопасности без трансформаторной схемы питания, будем использовать следующую схему:

где:

R1 – Резистор (обрывник), предназначен для защиты входного источника питания от КЗ в самой схеме. Его сопротивление выбирается порядка 0,1-10 Ом. При КЗ (пробой емкости), почти все входное напряжение падает на данном резисторе, и как следствие резистор перегорает, обрывая цепь.

R2 – Резистор, предназначен для разрядки конденсатора Сх, для избежания ударом тока. Выбирается в пределах 470кОм. При выборе резистора необходимо учесть его рабочее напряжения, во избежания его пробоя. Часто применяют несколько последовательно подключенных резисторов для уменьшения вероятности пробоя их по напряжению.

F1 – предохранитель, применяется как дополнительная защита вместе с обрывным резистором. 

Расчет элементов выполняется по следующим формулам:

Сх = (3200*I)/√(U2-U2н) ;    μF.

U- выходное напряжения, В.

Uн – напряжение нагрузки, В.

I = Iнагрузки +  Iстабилизатора,  mA.

Iнагрузки – берется максимальное значение тока нагрузки, при этом должно выполняться условие:

(Iстабилизатора  максимум-Iстабилизатора минимум) /2>(Iнагрузки максимум -Iнагрузки минимум).

Стабилитрон выбирается из заданного выходного напряжения на нагрузке и максимальном значении тока, который может пройти через стабилитрон при минимальном токе потребления нагрузки (в идеале, стабилитрон должен выдержать ток, который может пойти через него при обрыве нагрузки) , а так же должно выполняться вышеописанное условие.

Напряжения конденсатора Сх выбираем с учетом колебания входного напряжения 30%: 

U = 1,3*220*√2.

Значения фильтрующего конденсатора Сф выбираем из расчета ≈ 5μF на каждый рабочий mA нагрузки.

Диодный мост выбирается из расчета максимального тока (Imax=I*2) и входного напряжения, с учетом амплитудного значения.

В случаи необходимости работать с токами нагрузки более более десятки mA, можно применить схему стабилизатора на транзисторе:

Uнагрузки =  Uстабилитрона + Uперехода транзистора.

Uперехода транзистора = 0,7В если транзистор кремневый и 0,3В если транзистор германиевый.

Так же как можно использовать в данных схемах стабилизатор напряжения:

При расчете емкости конденсатора Сх, необходимо учитывать ток потребления стабилизатора.

При выборе стабилизатора напряжения VR1 должно выполняться условие: максимальное входное напряжение VR1>напряжения стабилизации VDст> минимальное входное напряжения VR1. 

Так же рекомендую всегда в параллельно фильтрующей емкости добавлять емкость 0,1-0,01 μF, для подавления высокочастотных гармоник.

При очень малых токах потребления можно использовать однополупериодную схему питания:

С учетом того, что ток через нагрузку проходит только при одной полу волне, ток  I будет в два раза меньше, как следствие емкость конденсатора Сх будет так же в два раза меньше. Единственно, что надо учитывать, что выходная емкость конденсатора увеличивается в 2 раза, что увеличивает габариты блока питания и оправдывает данную схему только при низком токе нагрузки (порядка пару mA).

трансформаторный блок питания

последовательно с нагрузкой. Такое техническое решение дает ряд преимуществ по сравнению с тиристорным регулятором или ЛАТРом, например: не создает помех, проникающих в электросеть, имеет небольшие габариты и массу. Транзисторный регулятор позволяет управлять устройствами как с активной нагрузкой, так и с реактивной. Он к томе относительно прост и не содержит дефицитных деталей. Из недостатков наиболее серьезен один — на регулирующем транзисторе выделяется большое количество тепла, что создает определенные трудности с его отведением. Диодный мост VD1 — VD4 обеспечивает прямой ток через транзистор VT1 при обоих полупериодах сетевого напряжения. Пониженное трансформатором Т1 до 6В сетевое напряжение снимается с его обмотки II. Выпрямляет его диодный блок VD5 и сглаживает конденсатор С1. Переменным резистором R1 регулируют базовый ток транзистора VT1. Резистор R2 — токоограничительный. Диод VD6 предотвращает попадание на базу транзистора VT1 напряжения отрицательной полярности. Выходное напряжение контролируют по вольтметру PU1. Ток нагрузки работающей с таким источником переменного напряжения, зависит от значения управляющего напрядения на базе транзистора VT1. Изменяя это напряжение резистором R1 можно управлять током коллектора транзистора, а следовательно, и током через нагрузку. При крайнем нижнем по схеме положении движка резистора R1 транзистор VT1 оказывается полностью открытым и напряжение на нагрузке будет максимальным. В крайнем же верхнем положении движка этого резистора транзистор будет в закрытом состоянии и ток через нагрузку прекратится.
Трансформатор Т2, питающий источник постоянного напряжения, понижает переменное напряжение сети до 12В. Это напряжение выпрямляет диодный блок VD7, а пульсации напряжения сглаживают конденсаторы С2, С3. Стабилитрон VD8 и резистор R3 образуют параметрический стабилизатор напряжения, а транзистор VT2 усиливает выходную мощность этого источника. напряжение, снимаемое с его выхода, регулируют переменным резистором R4. Конденсатор С4 служит для фильтрации высокочастотных помех при питании от блока устройств на цифровых микросхемах. Выходное напряжение контролируют по вольтметру PU2.
Большую часть деталей блока можно смонтировать на печатной плате из фольгированного материала толщиной 1,5…2мм (рис.7). Мощные диоды VD1 — VD4 устанавливают на плате без теплоотводов. Плату, сетевые трансформаторы Т1, Т2 и транзисторы VT1 и VT2 размещают в пластмассовой или металлической коробке подходящих размеров. Транзисторы устанавливают на теплоотводах с полезной площадью рассеивания для транзистора VT1 — не менее 300см², а для транзистора VT2 — 30см². на лицевой панели блока размещают все органы управления, вольтметры и разъемы, а держатели предохранителя — на задней или одной из боковых стенок. Все необходимые соединения выполняют торезками тонкого монтажного провода в надежной изоляции.
Кроме указанных на схеме, в блоке питания можно использовать транзисторы: VT1 — КТ812А, КТ812Б, КТ824А, КТ824Б, КТ828А, КТ834А — КТ834В, КТ840А, КТ840Б, КТ847А, КТ856А; VT2 — КТ805АМ, КТ807А, КТ807Б, КТ815А — КТ815Г, КТ817А — КТ817Г, КТ819А — КТ819Г. Диоды VD1 — VD4 должны быть рассчитаны на напряжение не менее 250В и ток не менее 1А — например, КД202Ж — КД202С или из серий Д245, Д246, Д247, Д248 с любым буквенным индексом. Выпрямительные блоки VD5 и VD7 — КЦ405 с любым буквенным индексом; диод VD6 — Д237. Стабилитрон VD8 — Д811, Д813, Д814Г.
Оксидные конденсаторы С1 — С3 — К50-6, С4 — малогабаритный керамический КМ-5 или КМ-6. Постоянные резисторы R2, R3 — МЛТ, ОМЛТ, С2-23 или любые другие. Переменный резистор R1 — проволочный на мощность рассеивания не менее 3Вт, например, ППБ3 или ППБ15; R4 — СП, СПО мощностью не менее 0,5Вт. Предохранители FU1, FU2 — ВП1-1. Тумблеры SA1, SA2 — ТВ1-1, ТВ1-2, МТ1, МТД1, Т1 — Т3, Т3-С. Вольтметр PU1 — Ц4201 или любой другой, рассчитанный на измерение переменного напряжения 250…300В, а PU2 — М4231.40 или любой другой вольтметр постоянного тока на напряжение 12…15В. Разъем Х1 — стандартная сетевая вилка, Х2 — сетевая розетка, Х3 — любого типа. Сетевые трансформаторы Т1, Т2 подойдут от кадровой развертки старых телевизоров типа ТВК-70Л2, ТВК-110ЛМ, ТВК-110Л. В общем, для трансформатора Т1 подойдет любой сетевой с напряжением на вторичной обмотке 5…10В, выдерживающий ток 0,5А, а для трансформатора Т2 подойдет любой сетевой с напряжением на вторичной обмотке 12…18В, выдерживающий такой же ток 0,5А.
Блок питания налаживания не требует. Если при монтаже ошибок не допущено и применены исправные детали, он начинает работать сразу после включения.

SKAT STELBERRY – блоки питания для питания профессионального аудиооборудования

02-06-2020

Содержание:

Блоки питания: требования и задачи
Виды блоков питания. Трансформаторные и импульсные блоки питания
Питание аудиооборудования: трансформаторный или импульсный блок?

Блоки питания SKAT STELBERRY
Видео о блоках питания

Блоки питания: требования и задачи

Вторичные источники питания предназначены для того, чтобы преобразовывать переменное или постоянное напряжение электросети или аккумулятора в постоянное или переменное напряжение, требуемое для работы устройства. Источники питания бывают не только включены в схему какого-либо устройства, но и могут быть выполнены в виде отдельного блока – это блоки питания.

К блокам питания предъявляется несколько требований, среди них:

  • высокий КПД;
  • высокое качество выходного напряжения;
  • наличие защит;
  • совместимость с сетью;
  • небольшие размеры, масса и др.

Перед блоками питания в большинстве бытовых приборов стоят только две задачи: преобразование переменного электрического напряжения в постоянное и преобразование частоты тока электросети.

Виды блоков питания. Трансформаторные и импульсные блоки питания

Среди блоков питания наиболее распространены два типа. Они различаются по конструкции. Это линейные (трансформаторные) и импульсные блоки питания.

К преимуществам трансформаторных блоков питания относится простота устройства, его надёжность и отсутствие высокочастотных помех в отличие от импульсных аналогов. К недостаткам можно отнести большой вес и размер, увеличивающиеся пропорционально мощности устройства. Чем стабильнее напряжение, тем большие его потери будут на выходе.

Из плюсов импульсных блоков питания можно выделить меньшую массу и размеры. Высокий КПД, за счёт снижения потерь, связанных с процессами перехода в электрических цепях. Меньшая цена в сравнении с линейными БП. Возможность использования одних и тех же БП в разных странах мира, где параметры электросети отличаются между собой. Наличие защиты от короткого замыкания. Недостатком импульсных БП является их невозможность работы на слишком высоких или слишком низких нагрузках. Не подходят для отдельных видов точных устройств, поскольку создают радиопомехи.

В последнее время стали различаться сферы применения импульсных и трансформаторных блоков. Благодаря таким преимуществам импульсных блоков питания, как:

  • высокий КПД;
  • небольшой вес;
  • меньшая стоимость;
  • надёжность;
  • низкие требования к сетевому напряжению.

Эти блоки питания широко применяются в бытовой технике, компьютерах. Все меньше и меньше сфер применения у линейных (трансформаторных) блоков питания. Линейный источник электропитания сегодня в бытовой аппаратуре практически не найдёшь.

Питание аудиооборудования: трансформаторный или импульсный блок?

Но есть профессиональная аппаратура, например аудиооборудование, такое как высококачественные микрофоны, где существуют проблемы, которые импульсные источники только усугубляют. Микрофоны относятся к типу маломощных устройств, требующих хорошей гальванической развязки с сетью, минимальных пульсаций и помех, для питания которых выгодно использовать трансформаторные блоки питания.

Помех от импульсных блоков питания больше, чем от трансформаторных, но помехи импульсных блоков более высокой частоты (обычно это десятки мегагерц) и малой продолжительности, порой их можно увидеть разве что осциллографом. Это не значит, что помехи импульсных блоков питания можно игнорировать, их сильный уровень способен нарушить работу цифровых схем и создать помехи в работе радиоэфира.

Именно для микрофонов производителя качественного аудиооборудования, компании STELBERRY, потребовался трансформаторный блок питания, так как, по мнению специалистов компании, импульсные блоки питания пагубно влияют на качество звука микрофонов:

  • Большое количество пульсаций до 200 милливольт (средний уровень аудиосигнала при разговоре от 100 до 600 милливольт).
  • Из-за низкой частоты преобразования импульсных источников в слышимом диапазоне на выходе появляются лишние гармоники.
  • Очень большие помехи от импульсных блоков питания в зоне высоких частот.
  • Одиночные импульсы, которые появляются у импульсных источников питания на малых токах, эти помехи у всех микрофонов неизбежны.

Блоки питания SKAT STELBERRY

Исходя из технического задания компании STELBERRY был разработан совершенно новый источник питания SKAT-STELBERRY 12/0,2 DIN, который предназначен для электропитания слаботочной электроники, чувствительной к качеству питающего напряжения.

Благодаря низкому уровню пульсации выходного напряжения отлично подходит для совместной работы с микрофонами и другим аудиооборудованием.

Особенности SKAT-STELBERRY 12/0,2 DIN:

  • широкий диапазон входных напряжений от 170 до 250 Вт, при которых микрофон может полноценно работать во всем диапазоне с полной нагрузкой в 200 миллиампер без перегрева и ухода в «защиту»;
  • один блок питания может запитать от 7 до 14 микрофонов – выход под сетевой шнур, выходы под микрофоны;
  • защита от перенапряжения и импульсных помех на входе;
  • защита от короткого замыкания с последующим самовосстановлением;
  • преобразование переменного напряжения в постоянное напряжение номиналом 12 В;
  • защита от перенапряжения и импульсных помех на входе;
  • компактный DIN-корпус и полная комплектация крепежа гарантируют удобную быструю установку.

Благодаря низкому уровню пульсаций выходного напряжения и отсутствию высокочастотных шумов SKAT-STELBERRY отлично подходит для совместной работы с профессиональными микрофонами.

На официальном YouTube-канале кампании БАСТИОН Учебным центром подготовлен вебинар о блоках питания устройстве, комплектации, подключении и коммутации:

 

Блоки питания SKAT STELBERRY – это коллаборация двух крупных российских производителей, идеальное и единственное качественное решение для питания профессионального аудиооборудования.

Весь ассортимент БАСТИОН обладает сертификатом СТ-1, который подтверждает, что оборудование произведено в РФ. Также наше оборудование обеспечено 5-ти летней заводской гарантией и полной технической поддержкой. Варианты связи с техническими специалистами можно узнать на сайте 

 

Читайте также по теме

Товары из статьи

Как самому рассчитать мощность блока питания на 12 В для светодиодной ленты

Светодиодная технология является одной из самых перспективных направлений на рынке осветительных приборов. Доступен большой выбор диодных лент, светильников, лампочек с различным дизайном и техническими характеристиками.

Большинство лент из светодиодов рассчитано на напряжение 12 В, но для приборов с повышенной яркостью может потребоваться 24 В.

Для подключения к сети 220 Вольт требуется блок питания. Он исполняет роль преобразователя напряжения и выбирается с учетом условий эксплуатации.

Как выбрать преобразователь

Диодное освещение используется в самых разных сферах – подсветка рекламных билбордов, оформление салонов автомобилей, дизайн интерьера. Главным компонентом, от которого зависит работа светодиодной ленты, это блок питания. Он представляет собой трансформатор напряжения из сетевого 220 В в рабочее 12 В или 24 В.

Блоки питания бывают:

  • открытые – используются в помещениях без повышенного уровня влажности;
  • полугерметичные – разрешено использовать на улице, но под навесом, чтобы на них не попадала вода;
  • герметичные – помещаются в бассейны, ванные и другие типы помещений с повышенной влажностью.

По виду источников напряжения выделяют:

  1. Трансформаторные блоки, в которых основой является силовой трансформатор. Схемы просты и надежны, но приборы обладают большим весом и высокой стоимостью. Практически не используются.
  2. Импульсные. Подходят для применения в светодиодных лентах. К преимуществам относятся цена, размеры и вес, мощность и устойчивость к токовым нагрузкам. Недостатки – сложность схемы, чувствительность к влаге, импульсные помехи. Современные технические средства помогают устранить эти недоработки, но стоимость их будет выше.

По мощности различают от 12 до 800 Вт. По силе тока от 1 А до 66 А.

По типу охлаждения:

  • пассивное;
  • активное.

По материалу корпуса:

  • из алюминия;
  • из металла;
  • из пластика.

Основные технические характеристики блоков питания:

  • входное напряжение – показывает, в какую сеть можно подключать устройство;
  • выходное напряжение – показывает, в какое напряжение преобразуется;
  • номинальная мощность – нагрузка, на которую рассчитан блок питания;
  • тип напряжения на выходе – постоянное или переменное.

Перед тем как выбрать блок, нужно заранее продумать размещение. К месту установки также предъявляются требования:

  • около корпуса необходимо по 20 см воздушного пространства со всех сторон для вентиляции;
  • нельзя устанавливать прибор рядом с нагревательными элементами;
  • при использовании двух и более преобразователей нельзя располагать их вплотную друг к другу;
  • открытые и полугерметичные приборы нельзя размещать под прямыми солнечными лучами;
  • к трансформатору должен обеспечиваться доступ.

Выбор прибора основывается на том, какой нужен способ подключения, корпус, принцип охлаждения, мощность и дополнительные функции. Для расчета мощности блока нужно знать нагрузку 1 метра ленты и длину изделия.

Корпус

Все виды блоков питания различаются по корпусу. Внутренние составляющие и принцип работы схожи. Выбор зависит от условий эксплуатации.

В герметичном пластиковом корпусе

Устройства в герметичном пластиковом корпусе отличаются компактными размерами, малым весом и красивым внешним видом.

Стоят такие блоки питания довольно дорого, в 2 раза больше обычного. В них затруднен процесс теплообмена из-за конструктивных особенностей, есть ограничение по мощности до 100 Вт.

В герметичном алюминиевом корпусе

Блоки питания, помещенные в герметичный алюминиевый корпус, стоят дороже остальных видов преобразователей. Главное преимущество – надежность, качество, герметичность, прочность. Алюминий способствует хорошему уровню теплообмена.

Такие блоки питания устойчивы к перепадам температуры, воздействию воды и прямого солнечного излучения.

Отличный выбор для оформления внешней рекламы и в производстве.

Открытый блок питания с защитным кожухом

Открытые блоки являются самыми распространенными и дешевыми. Используются для создания домашней подсветки. Не защищены от воздействия воды и механических повреждений, имеют большие размеры. Таким приборам запрещено работать под открытыми солнечными лучами.

Важно! В отдельную группу выделяются сетевые компактные преобразователи. Они миниатюрны и просты в использовании, не требуют специального монтажа. Используются для подключения лент длиной до 5 метров, мощность – до 60 Вт.

Способ подключения

Подключается блок питания к светодиодной ленте легко. Все клеммные винты имеют свою маркировку для подключения соответствующих проводов с ленты: L –фаза, N – ноль, G – земля, +V и –V(com) – выходы с преобразованным напряжением. Соблюдение полярности фазового и нулевого провода при подключении к блоку не обязательно, он работать будет одинаково. Заземляющая клемма может быть пустой, если в розетках нет провода заземления. Полярность следует обязательно соблюдать при подключении проводов к клеммам с выходным напряжением. Мощные блоки могут быть оснащены несколькими выходными клеммами. Подключать провод можно к любой.

Некоторые блоки могут быть рассчитаны как на российскую сеть (220В, 50 Гц), так и на американскую (110 В, 60 Гц). Сбоку должен быть переключатель, который необходимо перевести в положение 220 В.

После подсоединения проводов к блоку питания нужно заизолировать контакты. Это можно сделать с помощью куска кабеля подходящего диаметра, термоусадочной трубки или обычной изоленты.

Важно! Изолирующая лента не всегда способна обеспечить достаточный уровень электробезопасности. Особенно это актуально в открытых блоках питания.

Подключение должно проводиться с соблюдением техники безопасности. Блок питания лучше устанавливать поближе к самой ленте, так как по длине изделия могут происходить перепады напряжения.

На корпусе может быть расположен регулировочный винт ADJ. Он увеличивает или уменьшает выходное напряжение. При необходимости напряжение можно подкрутить, но не выходить за пределы 12 В, лучше поставить значение чуть меньше.

Если подключается RGB лента, потребуется еще монтировать контроллер. Он устанавливается после блока питания. Лента подключается к источнику через драйвер. Провода со светодиодной полосы включаются в соответствии с цветовой и буквенной маркировкой: синий – к B на контроллере, зеленый – к G, красный – к R, черный или любой другой провод к клемме V+. К разъему Power на контроллере подключается питание. От контроллера провода идут к блоку с соблюдением полярности: плюс к +V, минус к –V.

Дополнительные функции

Помимо основной работы по преобразованию напряжения блок питания может иметь дополнительные опции. Бывают устройства, оснащенные встроенными регуляторами яркости (диммерами), пультами дистанционного управления, таймером. Можно приобрести прибор с защитой от перегрузок по току, различными радиочастотными фильтрами. Любая дополнительная функция увеличивает стоимость изделия.

Порядок и правила расчета мощности преобразователя

Главный параметр, по которому выбирается блок питания – номинальная мощность. Перед тем как рассчитать блок питания для светодиодной ленты, нужно узнать мощность всей полосы и прибавить запас. Минимальное значение запаса составляет 30% от всей нагрузки.

В первую очередь следует узнать, сколько потребляет 1 метр изделия. Эти данные указываются на упаковке или в паспорте ленты. Если упаковка утрачена, рассчитать мощность можно в зависимости от типа используемых светодиодов. Данные находятся по таблицам.

Затем измеряется длина всех отрезков ленты, которые будут подключены к блоку питания. Мощность рассчитывается по следующей формуле: Pб= Pл*Lл*K, где

  • Pб – рассчитываемая мощность блока питания;
  • Pл – мощность, которую потребляет 1 метр светодиодной ленты;
  • Lл – общая длина подключаемых кусков ленты;
  • K – Коэффициент запаса (минимальное значение 1,3).

Запас мощности необходим для того, чтобы блок не работал на пределе возможностей. Если не учитывать этот показатель, устройство прослужит недолго – будет происходить нагрев корпуса и внутренних компонентов схемы, разрушения мест припоя.

Пример расчета блока питания для светодиодной ленты

Расчет блока можно рассмотреть на примере с лентой из светодиодов типа SMD 3528 со 120 компонентами на 1 метр. Мощность на 1 м равняется 7,2 Вт. Рабочее напряжение 12 В. Продается в 5-метровых бобинах.

В таком случае мощность всей ленты будет равняться 7,2*5*1,3=46,8 Вт. Значение нужно округлить до ближайшей стандартной мощности – в данном случае до 48 Вт.

Основные выводы

Светодиодная лента активно используется в самых разных областях – от уличной подсветки рекламных плакатов до создания дизайнерских решений в квартире. Светильник подключается к сети через блок питания, который преобразует сетевое напряжение на нужные 12 или 24 В. Преобразователи различаются по мощности, типу корпуса, наличию дополнительных функций. Перед покупкой важно правильно рассчитать нужную мощность. Нагрузка блока вычисляется с учетом нагрузки на 1 метр, длины всей ленты и коэффициента запаса, который позволяет обезопасить преобразователь от перегрева и поломки.

Предыдущая

Лампы и светильникиЧто такое диммер для светодиодных ламп и как выбрать регулятор яркости для светильников

Следующая

Лампы и светильникиГде плюс и минус: определяем полярность светодиода

Трансформаторные источники питания

ВВЕДЕНИЕ

В настоящие время нельзя себе представить радиоэлектронное устройство без источника питания, так как оно теряет всякий смысл и назначение. Источник питания является двигателем всех электронных изделий, подобно как сердце человека является двигателем крови, которая, в свою очередь, питает наш организм, так и источник – двигателем электронов, которые осуществляют питание различных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Существуют два основных вида источников питания: постоянного тока и переменные. Но для питания устройств в основном требуется постоянное напряжение различных величин. Для этих целей переменное напряжение преобразуется в постоянное при помощи блоков питания.

Блок электропитания представляет собой устройство, которое преобразует напряжение одного вида (обычно переменное напряжение осветительной сети) в другое, более подходящее по своим параметрам для снабжения электроэнергией какого-то конкретного блока или части устройства.

Бурное развитие современных технологий привело к тому что было разработано большое количество источников питания.При проектировании радиоэлектронной аппаратуры, одним из основных критериев экономичности является снижение потребляемой устройством мощности (в частности, применение новых технологий позволило сократить на несколько порядков потребление энергии бытовой аппаратурой, по сравнению, например с тем, что было десятки лет тому назад).

За прошедшие более чем 100 лет от момента появления первого электронного устройства (радио А.С. Попова) до наших дней изменилось несколько поколений электронных устройств, которые имеют принципиальные отличия по функциональным возможностям, типу применяемой элементной базы, конструктивно-техническому решению и т.д. Это равной мерой относится к радиоэлектронной аппаратуре бытового назначения, так и системам управления сложными техническими объектамиустройств, которые входят в ту или другую систему.

В данной работе будут рассмотрены основные блоки, входящие в состав источника питания, примеры таких блоков, затем будет рассмотрен пример проектирования схем двух блоков питания, используемых на практике.

Существует два принципиальных подхода к проектированию схем источников питания, в соответствии с которым их можно разделить на два основных класса: линейные (непрерывные) и импульсные.

Задачей работы является:

Разобраться в видах и способах построении источников питания, в положительных и отрицательных качествах линейных (непрерывных) и импульсных источников питания.

Изучить основные характеристики и показатели блоков питания, а также сравнить их.

Установить основные неисправности и сбои блоков питания разных конструкций.

Составить алгоритм поиска неисправности импульсного источника питания автоколебательного типа, на примере телевизора «Sanyo CKM 3022-00».

1.1 Принцип построения тип

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. рисунок 1. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

Трансформатор

фильтр

Выпрямтель

Стабилизатор напряжения

Трансформатор

Рисунок 1 — Структурная схема трансформаторного БП.

В соответствии с функциями приводится перечень устройств реализующих эти функции.

Функции, реализующие устройство:

  • понижение напряжения;

  • выпрямление напряжения;

  • фильтрация;

  • стабилизация.

На основании функций выше названных, ниже перечислены устройства, которые их реализуют:

2.Виды ТИП.

К простейшим ТИП относятся нерегулируемые выпрямители, выполненные по структурной схеме, представленной на рисунке 1. Силовой трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока до требуемого значения; схемы выпрямления преобразуют переменное напряжение в пульсирующее; фильтр сглаживает пульсации напряжения до допустимого уровня.

В тех случаях, когда в целях нормальной работы радиоаппаратуры необходимо обеспечить более высокую стабильность питающих напряжений по сравнению со стабильностью сети первичного тока, схемы выпрямителей дополняются стабилизирующими устройствами, включёнными на входе или на выходе выпрямителя

В регулируемых выпрямителях совмещаются функции выпрямления с регулированием или со стабилизацией выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения рисунок 2 осуществляется путём изменения угла открытия силовых тиристоров. В практических схемах ИВЭП кроме основных функциональных узлов включается также устройства контроля, защиты, блокировки, сигнализации неисправностей, кнопки, выключатели, переключатели и т.п.

Рисунок 2 — Принципиальная схема трансформаторного БП

  • FU-Предохранитель.

  • Т1-Понижающий трансформатор.

  • V1-Выпрямитель(диодный мост).

  • С1-Фильтр.

  • VD1-VD2, R1, VT1-Элементы стабилизаций.

  • R2- Регулирующий элемент.

Почти все устройства бытовой электроники состоят в основном из электронных схем, нормально функционирующих только при питании постоянным током. Здесь сеть переменного тока завершается первичным источником электропитания, энергия которого преобразуется в постоянный ток. И для этого необходимо отметить следующее: суммарная мощность, потребляемая в настоящее время всеми ТИП научно-технической и бытовой радиоаппаратуры, очень велика, поэтому создание экономичных дешевых и надежных ТИП является исключительно важной задачей.

Преимуществамтрансформаторного блока питания. К достоинствам трансформаторных блоков питания можно приписать высокую надежность (ремонт блоков питаниятребуется не так часто), простоту конструкции, доступность элементной базы, а также низкий уровень создаваемых помех.

Недостатки трансформаторного блока питания. К недостаткам трансформаторных блоков питания относятся его большие габариты и вес, металлоемкость и низкий КПД.

🥇 Трансформаторные и импульсные источники питания.Достоинства и недостатки — «Ви-Конт»

Трансформаторные и импульсные источники питания.Достоинства и недостатки

17.07.2010


Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока

Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):
( 1 / n ) ~ f * S * B

где n — число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f — частота переменного напряжения, S — площадь сечения магнитопровода, B — индукция магнитного поля в нем.2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП
Простота конструкции
Надёжность
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП
Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП

  Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:
меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира — Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе

Недостатки импульсных БП

Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;

Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.

В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.


Простая схема регулируемого трансформаторного блока питания на транзисторах с защитой от перегрузки и КЗ.

В этой статье предлагаю рассмотреть достаточно простую схему, классический вариант, блока питания с регулировкой выходного напряжения и тока срабатывания защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания. Новичкам, которые первый раз видят данную схему наверняка будет не совсем понятен сам принцип действия и работа этого устройства. А что касается надежности этой схемы, то она уже проверена многими годами и многими радиолюбителями, электронщиками, которые в свое время обязательно должны были собирать этот регулируемый блок питания для своих различных электронных устройств. Так что схема проста, работоспособна и вполне надежна.

Давайте разберем эту схему. Вначале стоит обычный трансформаторный блок питания подходящей мощности. Поскольку в самой схеме регулятора напряжения стоит силовой транзистор КТ817, который может через свой переход коллектор-эмиттер пропустить до 3х ампер, то этим током пока и ограничимся. Итак, наш регулируемый блок питания будет выдавать на своем выходе постоянное напряжение от 0 до 12 вольт, с максимальной силой тока до 3 А. Следовательно максимальная рабочая мощность блока питания будет около 36 Вт (мы 12 В умножаем на 3 А). Поскольку трансформаторы такой мощности имеют КПД примерно равный 80%, то этот трансформатор у нас должен быть мощностью где-то 50 Вт.

Чтобы мы на выходе данного блока питания получили свои максимальные 12 вольт, то нужно чтобы наш трансформатор на вторичной обмотке выдавал переменное напряжение не менее 13,5 вольт. Почему так. Просто небольшая часть напряжения, а именно где-то 1,2 вольта потеряется на схеме стабилизатора напряжения. Ну об этом чуть позже. В итоге, нужно найти трансформатор мощностью около 45-60 Вт, вторичная обмотка которого может обеспечить ток до 3 ампер и напряжение 13,5-15 вольт. Ну, и желательно чтобы размеры этого трансформатора были подходящими, компактными, а это значит что лучше приобретать тор (круглая форма магнитного сердечника). В таких трансформаторах и размеры меньше и КПД выше. На входе первичной обмотке желательно предусмотреть плавкий предохранитель (на схеме обозначен как Z1), который в случае чего обезопасит схему блока питания от выгорания трансформатора.

Далее пониженное переменное напряжение, что выходит со вторичной обмотки трансформатора, поступает на диодный выпрямительный мост. Задача моста проста, сделать из переменного тока постоянный, то есть его выпрямить. На схеме я указал, что эти диоды в мосте D1 должны быть типа 1n4007, но изначально схема была нарисована на выходной тока до 1ого ампера. Именно этот ток (до 1 А) могут обеспечить данный тип диода. Поскольку мы уже делаем блок питания на 3 ампера, то либо нужен соответствующий диодный мост типа BR310 (можно и даже нужно делать запас по току и брать мосты ампер так на 5 или 6) либо же соединить параллельно 3 или 4 моста с диодами 1n4007. Обратное напряжение диодов моста должно быть, естественно, больше, чем напряжение, что на них подается.

Но как известно после диодного моста выходит пульсирующее напряжение, хотя оно уже и не меняет свою полярность. Чтобы эти пульсации убрать, или по крайней мере их свести к минимуму, то обычно для этого ставиться обычный фильтрующий конденсатор электролит. В схеме он обозначен как C1 и его емкость 500 микрофарад, хотя можно поставить и побольше, микрофарад так на 5000, будет только лучше. Учтите, что напряжение конденсаторов должно быть чуть больше того, которое на них подается в схеме при работе. Поскольку в противном случае возникает опасность выхода из строя данного конденсатора. Даже может бабахнуть.

Далее в регулируемом блоке питания, с защитой по току от КЗ и перегрузок, стоит сама схема, которая выполняет функцию регулируемого стабилизатора напряжения, и токовой защиты. В начале этой схемы стоит обычный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона VD1 и резистора R1.

На стабилитроне оседает опорное напряжение, то на какое рассчитан сам стабилитрон. В этой схеме нужен стабилитрон с напряжением стабилизации 13,5 вольт (14 В). Причем стоит заметить, выходное напряжение будет равно напряжению стабилитрона плюс 1,2 вольта, что потеряются на составном транзисторе, состоящем из VT1 и VT2 (на их база-эмиттерном переходе).

Напряжение питание должно быть больше хотя бы на 0,5-2 вольта, чем напряжение стабилитрона. Именно эта добавленное напряжение и нужно для нормальной, стабильной работы стабилитрона (параметрического стабилизатора). Сам стабилитрон можно поставить например Д814Д, либо поставить несколько параллельно соединенных стабилитронов и диодов, общее напряжение стабилизации чтобы было равно 14 вольтам.

Параллельно стабилитрону подключен переменный резистор R2. Именно им осуществляется регулировка величины выходного напряжения. Со среднего вывода этого резистора, относительно минуса, напряжение снимается и подается на базу первого транзистора VT1 (составного). Этот составной транзистор состоит из VT1 и VT2 и включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). А как известно, при таком подключении транзисторов усиление происходит только по току, напряжение же остается практически неизменным, и даже чуть меньше. И получается, что какое напряжение будет выставлено на переменном резисторе, то такое напряжение (с вычетом 1,2 В) и будет на выходе регулируемого блока питания. Но при этом через составной транзистор будет проходит максимально возможный ток, ограничивается только величиной нагрузки и максимально допустимым током самих силовых транзисторов (напомню, что КТ817 может выдерживать до 3 ампера). Этот транзистор следует установить на радиатор для лучшего охлаждения.

Ну и теперь что касается функции защиты по току от короткого замыкания и чрезмерной перегрузки. Как видно на схеме коллектор-эмиттерный переход транзистора VT3 подключен параллельно выводам переменного резистора, с которых снимается регулируемое напряжение. Следовательно, если этот транзистор защиты по току будет открываться, то тем самым он будет способствовать снижению выходного напряжения. А это, естественно, приведет и к снижению величины силы тока в нагрузке. Ну, а чтобы транзистор защиты начал открываться, нужно появление напряжения на его база-эмиттерном переходе, который подключен к еще одному переменному резистору R3. Именно этим резистором можно регулировать силу тока перегрузки и КЗ. Этот переменный резистор подключен к еще одному резистору R4, который и выполняет роль датчика величины тока в цепи нагрузки.

Работа этого датчика тока проста. На рисунке под схемой (в нижнем, правом углу) можно увидеть три последовательно соединенных резистора, что соответствует сопротивлениям силового транзистора (коллектор-эмиттерный переход), сопротивления самой нагрузки и сопротивления резистора R4. Если мы увеличим нагрузку, уменьшив ее сопротивления, то напряжение будет перераспределяется между другими сопротивлениями в этой цепи. Следовательно на резисторе R4 при перегрузке или коротком замыкании увеличится напряжение, что и приведет к открытию защитный транзистор VT3. Сопротивления датчика тока R4 можно подбирать под нужный диапазон тока перегрузки и его величина может быть от 0,1 до 10 Ом. При этом мощность этого сопротивления должна быть не менее 1 Ватта.

Ну и на выходе нашего блока питания стоит еще один конденсатор электролит, который еще лучше фильтрует возможные пульсации, делая выходное постоянное напряжении более стабильным и ровным. Его емкость может быть от 500 мкф до 2200 мкф и напряжением 16 или 25 вольт.

Видео по этой теме:

P.S. Эта схема проверена десятилетиями, и она собиралась и успешно использовалась многими электронщиками и радиолюбителями. Так что если Вы начинающий электронщик, обязательно попробуйте собрать эту схему. При чем она начинает работать сразу после сборки, ну а если что-то не получается, сначала попытайтесь понять сам принцип действия этой схемы, который я описал в данной статье. Ну, а на этом пожалуй и все, удачи и благополучия в делах.

(PDF) Расчет выбора трансформатора для проектирования импульсного источника питания с обратным ходом

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0. Любое дальнейшее распространение

этой работы должно содержать указание на автора (авторов) и название работы, цитирование журнала и DOI.

Опубликовано по лицензии IOP Publishing Ltd

MEACM 2018

IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия 544 (2019) 012054

IOP Publishing

doi: 10.1088 / 1757-899X / 544/1/012054

1

Расчет выбора трансформатора для конструкции Flyback

Импульсный источник питания

Hao Ni1, Aixia Wu2 *, Xin Zhang3, Ruolin Ruan4, Yonghong Hu5and

Wei

1 Доцент, Хубэйский университет науки и технологий, Сяньнин, КНР

2 * Преподаватель, Хубэйский университет науки и технологий, Сяньнин, КНР

3 Генеральный директор, Hubei Tongda Power Supply Company Limited, Сяньнин, КНР

4 Профессор , Хубэйский университет науки и технологий, Сяньнин, КНР

5 Профессор, Хубэйский университет науки и технологий, Сяньнин, КНР

6 Старший инженер, Хубэйский университет науки и технологий, Сяньнин, КНР

Электронная почта: 278928643 @ qq.com

Аннотация. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — один из самых популярных методов создания импульсных источников питания

. В этой статье описана основа для разработки нового импульсного источника питания с обратным ходом

с интегральной схемой с ШИМ. Для удовлетворения проектных требований,

подробно обсуждается важный этап расчета выбора трансформатора. Метод P

— это метод

, используемый при расчете трансформатора. Затем пошагово вычисляются некоторые другие параметры трансформатора, такие как коэффициент трансформации

, первичный ток трансформатора, индуктивность первичной обмотки трансформатора, виток трансформатора

и воздушный зазор, а также диаметр провода обмотки.

Предлагаемый импульсный источник питания с выбранным трансформатором имеет более простую схему и на

более высокую точность. Различные диапазоны входного и выходного напряжения, необходимые для различных электроприборов

, могут быть вполне удовлетворены.

1. Введение

При разработке импульсных источников питания эффективность является одним из наиболее важных показателей.

Пока КПД бытовых импульсных источников питания в основном составляет около 70%. Чтобы ответить на призыв

об энергосбережении и сокращении выбросов в Китае, концепция дизайна будущего импульсного источника питания

должна быть сосредоточена на сокращении потерь и повышении эффективности при проектировании.Потери импульсного источника питания

состоят из потерь входного выпрямителя, потерь переключения, потерь в буферной цепи, потерь проводимости

, потерь трансформатора и индуктивности и т. Д. Помимо потери входного выпрямителя, могут быть все другие потери

. уменьшенный. В эти годы относительно новой технологией является использование импульсного синхронного выпрямителя

при нулевом напряжении / нулевом токе для уменьшения потерь переключения и потерь привода сети синхронного выпрямителя

[1-2]. В будущем можно будет использовать управление скачкообразной перестройкой периода для уменьшения малой нагрузки и потерь в режиме ожидания.

Есть много способов повысить эффективность, например, пассивная демпферная схема без потерь, синхронный выпрямитель

, микросхема управления с низким энергопотреблением и так далее. Топология Flyback зарекомендовала себя как эффективное решение для импульсного источника питания

благодаря его низкой стоимости и высокой эффективности [3]. Например, адаптеры и зарядные устройства для ноутбуков AC-DC

реализованы с помощью преобразования мощности с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Таким образом, чтобы повысить эффективность и уменьшить потери, в этой статье предлагается новый источник питания

с обратным переключением для электронных устройств с низким энергопотреблением.

Остальная часть этого документа организована следующим образом. Во-первых, принципы работы будут предложены в Разделе

2. Во-вторых, индикаторы проектирования и структура системы будут описаны в Разделе 3. В этом

Как спроектировать собственный трансформатор для цепей питания SMPS

Проектирование эффективного Схема питания не менее сложная. Те, кто уже работал со схемами SMPS, легко согласятся, что конструкция обратного трансформатора играет жизненно важную роль в разработке эффективной схемы источника питания.В большинстве случаев эти трансформаторы не доступны в продаже с теми же параметрами, которые подходят для нашей конструкции. Итак, в этом руководстве по проектированию трансформатора мы узнаем, как построить собственный трансформатор в соответствии с требованиями нашей схемы. Обратите внимание, что это руководство охватывает только теорию, используя которую позже в другом руководстве мы построим схему SMPS 5V 2A с трансформатором ручной работы, как показано на изображении выше для практического применения. Если вы совершенно не знакомы с трансформатором, прочтите, пожалуйста, статью «Основы работы с трансформатором», чтобы лучше понять процесс.

Детали трансформатора ИИП

Конструкция трансформатора ИИП имеет различные части трансформатора , которые непосредственно отвечают за работу трансформатора. Детали , присутствующие в трансформаторе , описаны ниже, мы узнаем важность каждой детали и то, как ее следует выбирать для вашей конструкции трансформатора. Эти части в большинстве случаев остаются неизменными и для других типов трансформаторов.

Ядро

SMPS — импульсный блок питания.Свойства трансформатора SMPS сильно зависят от частоты, на которой он работает. Высокая частота переключения открывает возможности для выбора трансформаторов SMPS меньшего размера, чем высокочастотные, в трансформаторах SMPS используются ферритовые сердечники .

Конструкция сердечника трансформатора — самая важная вещь в конструкции трансформатора ИИП. Сердечник имеет другой тип A L (коэффициент индуктивности сердечника без зазоров) в зависимости от материала сердечника, размера сердечника и типа сердечника.Популярный тип материала сердечника — это N67, N87, N27, N26, PC47, PC95 и т. Д. Кроме того, производитель ферритовых сердечников предоставляет подробные параметры в таблице данных, которые будут полезны при выборе сердечника для вашего трансформатора

Вот, например, даташит популярного ядра EE25.

На изображении выше представлено описание сердечника EE25 из материала PC47 от широко известного производителя сердечников TDK. Каждый бит информации будет необходим для конструкции трансформатора.Однако сердечники имеют прямую зависимость от выходной мощности, поэтому для ИИП разной мощности требуются сердечники разной формы и размера.

Вот список ядер в зависимости от мощности. Список основан на конструкции 0-100 Вт. Источник списка взят из документации Power Integration . Эта таблица будет полезна для выбора правильного сердечника для вашей конструкции трансформатора на основе его номинальной мощности.

Максимальная выходная мощность Ферритовые сердечники для конструкции TIW Ферритовые сердечники для конструкции с маржинальной обмоткой
0-10 Вт

EPC17, EFD15, EE16, EI16,

EF15, E187, EE19, EI19

EEL16, EF20, EEL19, EPC25, EFD25
10-20Вт

EE19, EI19, EPC19, EF20,

EFD20, EE22, EI22

EEL19, EPC25, EFD25, EF25
20-30 Вт EPC25, EFD25, E24 / 25, EI25, EF25, EI28

EPC30, EFD30, EF30, EI30,

ETD29, EER28

30-50 Вт

EI28, EF30, EI30, ETD29,

EER28

EI30, ETD29, EER28,
EER28L, EER35
50-70Вт

EER28L, ETD34, EI35,

EER35

EER28L, ETD34, EER35,

ETD39

70-100 Вт

EPC30, EFD30, EF30, EI30,

ETD29, EER28

EER35, ETD39, EER40, E21

Здесь термин TIW означает Конструкция провода с тройной изоляцией .Сердечники E являются наиболее популярными и широко используются в трансформаторах SMPS. Однако сердечники E имеют несколько корпусов, таких как EE, EI, EFD, ER и т. Д. Все они выглядят как буква «E», но центральная часть различна для каждого вещества. Распространенные типы ядер E проиллюстрированы ниже с помощью изображений.

EE Core

EI Core

ER Ядро

Ядро EFD

Шпулька

Бобина — это корпус с сердечниками и обмотками .Катушка имеет эффективную ширину, которая важна для расчета диаметра проволоки и конструкции трансформатора. Мало того, на катушке трансформатора есть отметка , пунктирная , которая предоставляет информацию о первичных обмотках. Обычно используемая бобина трансформатора EE16 показана ниже

.

Первичная обмотка

Обмотка трансформатора SMPS будет иметь первичную обмотку и минимум одну вторичную обмотку, в зависимости от конструкции она может иметь больше вторичной обмотки или вспомогательной обмотки.Первичная обмотка — это первая и самая внутренняя обмотка трансформатора. Он напрямую подключен к первичной обмотке SMPS. Обычно количество обмоток на первичной стороне больше, чем на других обмотках трансформатора. Найти первичную обмотку трансформатора несложно; нужно просто проверить точечную сторону трансформатора для первичной обмотки. Обычно он располагается на стороне высокого напряжения MOSFET .

На схеме SMPS вы можете заметить высокое напряжение постоянного тока от высоковольтного конденсатора, подключенного к первичной стороне трансформатора, а другой конец подключен к драйверу питания (вывод стока внутреннего МОП-транзистора) или с отдельным стоком высокого напряжения полевого МОП-транзистора. штырь.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка преобразует напряжение и ток на первичной стороне до требуемого значения. Обнаружение вторичного выхода немного сложно, поскольку в некоторых схемах SMPS трансформатор обычно имеет несколько вторичных выходов . Однако выходная сторона или сторона низкого напряжения цепи SMPS обычно подключена ко вторичной обмотке. Одна сторона вторичной обмотки — это постоянный ток, заземление, а другая сторона подключена к выходному диоду.

Как уже говорилось, трансформатор SMPS может иметь несколько выходов. Поэтому трансформатор SMPS может также иметь несколько вторичных обмоток.

Вспомогательные обмотки

Существуют различные типы конструкции SMPS, в которых схеме драйвера требуется дополнительный источник напряжения для питания IC драйвера. Вспомогательная обмотка используется для подачи этого дополнительного напряжения на схему драйвера. Например, если ваша ИС драйвера работает от 12 В, то трансформатор SMPS будет иметь вспомогательную выходную обмотку, которая может использоваться для питания этой ИС.

Изоляционная лента

Трансформаторы не имеют электрического соединения между разными обмотками. Поэтому перед намоткой различных обмоток необходимо намотать изоляционные ленты на обмотки для разделения. Типичные барьерные ленты из полиэстера используются с разной шириной для разных типов бобин. Толщина лент должна составлять 1-2 мил для обеспечения изоляции.

Этапы проектирования трансформатора:

Теперь, когда мы знаем основные элементы трансформатора, мы можем выполнить следующие шаги, чтобы спроектировать собственный трансформатор

Шаг 1 : Найдите нужное ядро ​​для желаемого результата.Выберите правильные ядра, перечисленные в предыдущем разделе.

Шаг 2 : Определение первичного и вторичного витков.

Первичный и вторичный витки взаимосвязаны и зависят от других параметров. Расчетная формула трансформатора для расчета первичного и вторичного витков:

Где,
N p — витки первичной обмотки,

N s — вторичные витки,

Вмин — минимальное входное напряжение,

Vds — напряжение сток-исток Power Mosfet,

Vo — выходное напряжение

Vd — прямое падение напряжения на выходных диодах

И Dmax — это максимальный рабочий цикл.

Таким образом, первичный и вторичный витки соединены между собой и имеют отношение витков . Из приведенного выше расчета можно установить соотношение, и, таким образом, выбрав вторичные витки, можно узнать первичные витки. Хорошей практикой является использование 1 витков на выходное напряжение вторичной обмотки.

Шаг 3: Следующий этап — определение индуктивности первичной обмотки трансформатора. Это можно рассчитать по следующей формуле:

.

Где,

P 0 — выходная мощность,

z — коэффициент распределения потерь,

n — КПД,

f s — частота переключения,

I p — пиковый первичный ток,

K RP — отношение тока пульсаций к пиковому значению.

Шаг 4: Следующим этапом является определение эффективной индуктивности для желаемого сердечника с зазором.

На изображении выше показано, что такое сердечник с зазором. Зазоры — это метод уменьшения индуктивности первичной обмотки сердечника до желаемого значения. Производители ядер предоставляют ядро ​​с зазором для желаемого рейтинга A LG . Если значение недоступно, можно добавить проставки между сердечниками или отшлифовать его, чтобы получить желаемое значение.

Шаг 5: Следующим шагом является определение диаметра первичного и вторичного проводов. Диаметр первичных проводов в миллиметрах

Где BW E — эффективная ширина бобины, а N p — количество витков первичной обмотки.

Диаметр вторичной проволоки в миллиметрах —

BW E — эффективная ширина шпульки, N S — количество вторичных витков, а M — запас с обеих сторон.Провода необходимо преобразовать в стандарт AWG или SWG.

Для вторичного проводника больше 26 AWG недопустимо из-за увеличения скин-эффекта . В этом случае можно построить параллельные провода. При параллельной намотке проводов это означает, что когда для вторичной стороны необходимо намотать более двух проводов, диаметр каждого провода может отражать фактическое значение одиночного провода для облегчения намотки через вторичную сторону трансформатора. Вот почему вы можете встретить трансформаторы с двумя проводами на одной катушке.

Это все о разработке трансформатора SMPS. Из-за критической сложности, связанной с проектированием, программное обеспечение для проектирования SMPS, такое как PI Expert для интеграции питания или Viper от ST, предоставляет инструменты и превосходные инструменты для изменения и настройки трансформатора SMPS по мере необходимости. Чтобы получить более практическое представление, вы можете проверить это руководство по проектированию SMPS 5V 2A, где мы использовали PI Expert для создания собственного трансформатора, используя пункты, обсужденные до сих пор.

Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то нового. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их в разделе комментариев или размещать их на форумах для более быстрого ответа.

Как рассчитать максимальную нагрузку на трансформатор переменного / переменного тока с центральным отводом для биполярного линейного источника питания с двухполупериодным выпрямлением?

У меня есть понижающий трансформатор 24 В переменного тока в переменный, у которого есть три провода на вторичной обмотке. Я назову вторичные отведения X, Y и C, где C — центральный отвод. С цифровым мультиметром напряжение между X и Y составляет около 24 В переменного тока (на самом деле немного выше), напряжение между X и C составляет 12 В переменного тока, а напряжение между Y и C составляет 12 В переменного тока.Производитель оценивает трансформатор как 24 В, 10 ампер.

Отложив на мгновение в сторону факторы безопасности, накладные расходы и типы нагрузки (для ясности):

  1. Если мы проигнорируем вторичный провод C и подключим нагрузку переменного тока через X и Y, у нас может быть максимальная нагрузка на трансформатор 10 А при 24 В, что составляет 240 Вт. Верный?

  2. Допустим, у нас есть нагрузка переменного тока, рассчитанная на работу от 12 вольт. Мы должны иметь возможность работать с максимальной нагрузкой 10 А при 12 В от X до C, в то же время, когда мы работаем с максимальной нагрузкой 10 А при 12 В от Y до C.Другими словами, теперь мы можем запитать 20 ампер при 12-вольтовой нагрузке, потому что уменьшение наполовину напряжения удваивает допустимую нагрузку, в то время как мощность (240 Вт) остается постоянной. Это верно? Предполагается, что мы прикладываем не более 10 ампер к каждой 12-вольтовой установке. т.е. две сбалансированные нагрузки 10 А, 12 В переменного тока.

  3. Теперь предположим, что у нас есть двухполупериодный мостовой выпрямитель на вторичных обмотках X и Y, и мы используем центральный отвод C в качестве заземления цепи. Мы пропускаем выходы + и — выпрямителя через сглаживающий колпачок (и) и через регулятор напряжения 7912 (7812 на положительной шине).Теперь у нас есть три связи; заземление (которое является центральным ответвлением), шина +12 (относительно земли) и шина -12 В (относительно земли). Можем ли мы запустить нагрузку 12 В, 10 А постоянного тока от положительной шины к земле, одновременно с тем, как мы запустим еще одну нагрузку 10 А, 12 В от земли к отрицательной шине? Для общей нагрузки 20 А при 12 В постоянного тока? Помните, что этот вопрос касается номинала трансформатора переменного тока в переменный, когда он используется в этом контексте.

  4. Теперь о заглавном вопросе.Допустим, у нас такая же настройка, как в вопросе №3. Но вместо того, чтобы иметь идеально сбалансированные нагрузки, предположим, что нам действительно нужна только отрицательная шина для операционных усилителей, и на отрицательной шине не будет большой нагрузки. Мы все еще ограничены 10 ампер при 12 вольт от положительной шины до земли? Или использование двухполупериодного выпрямления позволяет нам «одолжить» запасной ток от отрицательной шины к земле (которая не требуется) и вместо этого использовать ее на положительной шине? Например, можем ли мы иметь 12 ампер при 12 вольт на плюсовом заземлении и 8 ампер при 12 вольт на минусе относительно земли? Можем ли мы иметь 18 ампер при 12 В на плюсовом заземлении и 2 ампера при 12 В на минусе на землю?

Или, другими словами, если трансформатор рассчитан на 24 В при 10 А, можете ли вы использовать любую комбинацию нагрузки на положительной и отрицательной шине (в сценарии биполярного двухполупериодного выпрямителя), пока сумма не превышает 20 ампер @ 12 вольт?

Для целей этого вопроса, давайте предположим, что «максимальная нагрузка» на трансформаторе означает либо точку, в которой плавкий предохранитель должен перегореть (если предохранители имеют правильные размеры), и / или точка, в которой трансформатор может быть поврежден, становится опасным. , или работают неправильно из-за перегрузки или несбалансированной нагрузки.

Проектирование повышающего и понижающего трансформаторов

с расчетом

(Последнее обновление: 19 августа 2020 г.)

Повышающий и понижающий трансформатор, обзор:

Проектирование повышающих и понижающих трансформаторов с расчетом — Повышающие и понижающие трансформаторы можно найти повсюду во всем мире. Даже если вы откроете зарядное устройство для сотового телефона, вы найдете небольшой понижающий трансформатор, который преобразует 110/220 В переменного тока примерно в 5 вольт.Вы можете легко найти понижающие трансформаторы в радиоприемниках, телевизорах, видеомагнитофонах, проигрывателях компакт-дисков, бритвах, антенных приемниках, зарядных устройствах для ноутбуков, принтерах, стабилизаторах и т. Д.

Из-за сильного отключения нагрузки в таких странах, как Пакистан и Индия, кто-то может легко найти инверторы. Эти инверторы имеют повышающий и понижающий трансформаторы, как вы можете видеть на рисунке ниже.

Когда нет электричества, аккумулятор на 12 В повышается с помощью этого повышающего трансформатора. В то время как этот небольшой понижающий трансформатор используется для питания электроники.Размер повышающего и понижающего трансформатора зависит от нагрузки. Поскольку повышающие и понижающие трансформаторы являются одними из наиболее часто используемых электронных устройств, поэтому я решил написать подробную статью о повышающих и понижающих трансформаторах и поделиться с вами некоторыми базовыми знаниями о том, как эти трансформаторы могут быть разработан. Эта статья посвящена проектированию и расчету повышающих и понижающих трансформаторов. Если вы хотите узнать больше о силовых трансформаторах, подумайте о прочтении моей статьи о СИЛОВОМ ТРАНСФОРМАТОРЕ и его типах с объяснением принципа работы.

Без промедления, приступим !!!

Повышающий трансформатор:

In Step up Число витков первичной обмотки трансформатора меньше, чем витков вторичной обмотки, он преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное напряжение, т. Е. Увеличивает входное напряжение.

Пример повышающего трансформатора

Например, рассмотрим трансформатор, в котором количество витков в первичной обмотке 250, а во вторичной обмотке — 1000.Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 110 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать с помощью следующего уравнения.

V p / V p = N p / N s

N P (первичные витки) = 250

N S (вторичные витки) = 1000

В P (первичное напряжение) = 110 В

В S (вторичное напряжение) =?

Используя приведенное выше уравнение:

V p / V p = N p / N s

Переставляя уравнение, получаем:

Из приведенного выше примера видно, что входное напряжение повышается с 110 В до 440 В

Преимущества повышающих трансформаторов

Преимущества повышающих трансформаторов:

  1. Трансмиссия

Повышающие трансформаторы повышают напряжение для передачи электроэнергии на большие расстояния.Электричество проходит тысячи километров, прежде чем достигнет наших домов. Таким образом, происходит потеря мощности по линиям, поэтому для этой цели напряжение повышается, чтобы напряжение легко передавалось без каких-либо потерь.

  1. Нет времени пуска

Пуск повышающего трансформатора без задержек.

  1. Безостановочная работа

Повышающий трансформатор работает в системе распределения электроэнергии без перебоев, работает постоянно.

Понижающий трансформатор:

В понижающем трансформаторе количество витков первичной обмотки больше, чем витков вторичной обмотки, он преобразует уровень напряжения с более высокого уровня на более низкий уровень. Понижающие трансформаторы используются в распределительных сетях, они понижают высокое сетевое напряжение и низкое напряжение, которое можно использовать для бытовой техники.

Количество витков первичной и вторичной обмоток определяет, насколько нужно уменьшить напряжение.

Если указанное соотношение витков составляет 2: 1, что означает, что количество витков первичной обмотки в два раза больше, чем у вторичной обмотки, то выходное напряжение будет вдвое меньше входного напряжения, а ток удвоится.

Общая мощность трансформатора останется прежней, только уровень напряжения будет уменьшен. Он не производит напряжения, а снижает уровень напряжения за счет увеличения тока. Например, если коэффициент трансформации трансформатора составляет 1: 2, он будет вдвое снизить выходное напряжение за счет удвоения тока.

Мощность первичной обмотки = Мощность вторичной обмотки

V P x I P = V S x I S

V p / V s = I s / I p

Пример понижающего трансформатора

Например, рассмотрим трансформатор, у которого количество витков в первичной обмотке 2500, а во вторичной — 1500.Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 220 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать с помощью следующего уравнения.

V p / V p = N p / N s

N P (первичные витки) = 2500

N S (вторичные витки) = 1500

В P (первичное напряжение) = 220 В

В S (вторичное напряжение) =?

Используя приведенное выше уравнение:

V p / V p = N p / N s

Переставляя уравнение, получаем:

Из приведенного выше примера видно, что входное напряжение понижается с 220 В до 132 В

Понижающий трансформатор использует:

  • Все трансформаторы, которые мы видим возле наших домов, улиц, деревень или городов, являются понижающими трансформаторами.Они понижают напряжение с 11кВ до 220В, чтобы развести его в наши дома.
  • В адаптерах
  • до широкого применения импульсных источников питания используется понижающий трансформатор.

Термины, относящиеся к конструкции трансформатора:

Плотность потока:

Плотность магнитного потока определяется как магнитный поток, проходящий через определенную область, перпендикулярную полю. B также известен как индукция магнитного поля

Плотность тока:

Он определяется как величина электрического тока (поток заряда в амперах), протекающего через единицу площади поперечного сечения.Плотность тока — это векторная величина, потому что она задается величиной и направлением. Обозначается буквой J. Измеряется в амперах / м 2.

Математическая форма:

Плотность тока (Дж) = Ток (I) / Площадь (A)

Например,

Если по проводнику с заданной площадью 10 м проходит ток 60 ампер 2 , какова плотность тока?

Ответ:

Ток, I = 60 ампер, площадь A = 10 м 2 .

Дж = I / A

Дж = 60/10

Дж = 6 Ампер / м 2

Конструирование трансформатора:

Для проектирования трансформатора необходимы следующие расчеты:
  • Площадь поперечного сечения (утюг)
  • Количество витков первичной обмотки
  • Количество вторичных витков
  • Диаметр первичного проводника
  • Диаметр вторичного проводника

Допущения

При проектировании трансформатора примем следующие значения:

КПД 80%

Плотность потока = 1.2 Вт / м2

Плотность тока = 2,5 Вт / м2

Плотность напряжения = 0,5%

Коэффициент стека = 0,9

Конструкция / расчет понижающего трансформатора от 220 В до 110:

Рейтинг

110 ВА 220/110 В

Номинальное вторичное напряжение = 110 ВА

Напряжение вторичной обмотки = 110 В

Ток вторичной обмотки = номинальное напряжение / вторичное напряжение

Ток вторичной обмотки = 110 ВА / 110 В

= 1А

Плотность тока = Ток (I) / Площадь

Площадь вторичного проводника = ток (I) / плотность тока (j)

= 1/2.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 0,4) / π)

d = 0,71 мм
Из этого значения мы выберем стандартный калибр провода
. Теперь мы рассчитаем напряжение первичной обмотки
Первичная (ВА) = (Вторичная (ВА)) / КПД
Первичная (ВА) = 110 ВА / 0,8
Первичная ( ВА) = 137,5 ВА
Возьмем примерно 140 ВА
Чистая площадь поперечного сечения = √ (Первичная (ВА))

Чистая площадь поперечного сечения = √137.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 0,26) / π)

d = 0,56 мм

Количество витков первичной обмотки:

Мы будем использовать формулу ЭДС на оборот
ЭДС на оборот = 4,44 × N × B_max × f × A
N = (ЭДС на оборот) / (4,44 × B_max × f × A)
N = 220 / (4,44 × 1,2 × 50 × 13,33)
N = 620 оборотов

Количество витков вторичной обмотки:

Мы будем использовать формулу ЭДС на оборот
ЭДС на оборот = 4,44 × N × B_max × f × A
N = (ЭДС на оборот) / (4.44 × B_max × f × A)
N = 110 / (4,44 × 1,2 × 50 × 13,33)
N = 310 витков
Из-за напряжения регулирования напряжения его вторичная сторона может колебаться, увеличиваясь и уменьшаясь, поэтому мы также будем колебать витки, поэтому мы будем использовать значение плотности напряжения, равное 0,5.
Фактическое количество оборотов = 5/100 × 310 = 15,5 = 16
Общее количество оборотов на вторичной обмотке = 310 + 16 = 326 оборотов

Конструкция / расчет понижающего трансформатора с 220 В на 12 В:

Допущения
При проектировании трансформатора мы примем следующие значения:
КПД 80%
Плотность магнитного потока = B_m = от 1 до 1.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 2) / π)

d = 1,596 мм

Из приведенной выше таблицы мы выберем SWG провода, так как диаметр равен 1,596 мм, для которого SWG равен 16.
Первичный (ВА) = (Вторичный (ВА)) / КПД
Первичный (ВА) = 880 / 0,9
Первичный (ВА) ) = 977,7 ВА
Первичный ток = (Первичный (ВА)) / (Первичный ток)
Первичный ток = 978/12
Первичный ток = 81,5 А
Площадь проводника = (Ток (I)) / (Плотность тока (Дж) )
Площадь проводника = 81.8 / (4,44 × 6500 × 50)
N = 6,93
Мы возьмем число оборотов на вольт, приблизительно равное N = 7
Общая расчетная площадь обмотки = 11 квадратных дюймов
CA = (WA (площадь намотки)) / (FG (окно площадь))
CA = 11 / (3 × 1)
CA = 3,7 кв.дюйма
Stack = (Площадь поперечного сечения сердечника (CA)) / (E (ширина сердечника кантера Limb) × Sf)
Sf = коэффициент укладки
Стопка = (3,7) / (2 × 0,9)
Стопка = 2 дюйма
Размер бобины = 2 дюйма × 2 дюйма Сердечник 7
витков на вольт = 7 / (3,7) = 1,89 TPV
Количество витков первичной обмотки = витков на вольт × volt
Количество витков первичной обмотки = 1.89 × 12 = 23 витка
Количество витков первичной обмотки = 1,89 × 220 × 1,03 = 429 витков
Где 1,03 — напряжение падения мощности

Примеры, относящиеся к трансформатору:

Пример 1:

Трансформатор имеет 40 обмоток в первичной обмотке и 30 — во вторичной обмотке. Если первичное напряжение 220 В, найдите вторичное напряжение. 2.2
b) Коэффициент трансформации
N_1 = 400
N_2 = 1000
Коэффициент трансформации = N_2 / N_1
Коэффициент трансформации = 1000/400
Коэффициент трансформации = 2,5
c) Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке
V_p / V_s = N_p / N_s
By переставив уравнение:
V_s = 〖V_p × N〗 _s / N_p
V_s = 520 × 2,5
V_s = 1300V
d) ЭДС, индуцированная на оборот
V_p / N_p = 520/400 = 1,3 вольт на виток
V_s / N_s = 1300/1000 = 1,3 вольта на виток
Итак, пока что все. Надеюсь, вы узнали что-то новое из этой статьи.Теперь вы можете легко спроектировать собственный блок питания на базе понижающего трансформатора на 12 В и 2 А для проекта на базе Arduino. Не забудьте подписаться на мой сайт и канал YouTube «Электронная клиника».

Нравится:

Нравится Загрузка …

Источники питания | Electronics Club

Блоки питания | Клуб электроники

Трансформатор | Выпрямитель | Сглаживание | Регулятор | Двойные расходные материалы

Следующая страница: Преобразователи

См. Также: AC / DC | Диоды | Конденсаторы

Типы источников питания

Есть много типов источников питания.Большинство из них предназначены для преобразования сети переменного тока высокого напряжения. к подходящему низковольтному источнику питания для электронных схем и других устройств. Источник питания можно разбить на серию блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Например, регулируемое питание 5 В:

  • Трансформатор — понижает напряжение сети переменного тока высокого напряжения до переменного тока низкого напряжения.
  • Выпрямитель — преобразует переменный ток в постоянный, но выходной постоянный ток меняется.
  • Smoothing (Сглаживание) — сглаживает постоянный ток от сильно варьирующегося до небольшой ряби.
  • Регулятор
  • — устраняет пульсации, устанавливая на выходе постоянного тока фиксированное напряжение.

Источники питания, изготовленные из этих блоков, описаны ниже со схемой и графиком их выхода:

Только трансформатор

Низковольтный выход переменного тока подходит для ламп, нагревателей и специальных двигателей переменного тока. Это , а не , подходящий для электронных схем, если они не включают выпрямитель и сглаживающий конденсатор.

См .: Трансформатор


Трансформатор + выпрямитель

Регулируемый выход DC подходит для ламп, нагревателей и стандартных двигателей.Это , а не , подходящий для электронных схем, если они не содержат сглаживающий конденсатор.

См .: Трансформатор | Выпрямитель


Трансформатор + выпрямитель + сглаживание

Плавный выход DC имеет небольшую пульсацию. Он подходит для большинства электронных схем.

См .: Трансформатор | Выпрямитель | Сглаживание


Трансформатор + выпрямитель + сглаживающий + регулятор

Регулируемый выход DC очень плавный, без пульсаций.Подходит для всех электронных схем.

См .: Трансформатор | Выпрямитель | Сглаживание | Регулятор



Трансформатор

Трансформаторы преобразуют электричество переменного тока из одного напряжения в другое с небольшими потерями мощности. Трансформаторы работают только с переменным током, и это одна из причин, почему в сети используется переменный ток.

Повышающие трансформаторы повышают напряжение, понижающие трансформаторы понижают напряжение. В большинстве источников питания используется понижающий трансформатор для снижения опасно высокого напряжения в сети. напряжение (230 В в Великобритании) на более безопасное низкое напряжение.

Трансформаторы расходуют очень мало энергии, поэтому выходная мощность (почти) равна входной мощности. Обратите внимание, что при понижении напряжения ток увеличивается.

Входная катушка называется первичной , а выходная катушка — вторичной . Между двумя катушками нет электрического соединения, вместо этого они связаны переменное магнитное поле, создаваемое в сердечнике из мягкого железа трансформатора. Две линии в середине символа схемы представляют сердечник.

Rapid Electronics: трансформаторы

Обозначение схемы трансформатора

Передаточное число

Отношение числа витков на каждой катушке, называемое соотношением витков , определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) катушке, которая подключена к питающей сети высокого напряжения. и небольшое количество витков на вторичной (выходной) катушке для обеспечения низкого выходного напряжения.

Передаточное число = Vp = Np
VS Ns
Vs
Выходная мощность = мощность

Vp = первичное (входное) напряжение
Np = количество витков на первичной катушке
Ip = первичный (входной) ток

Vs = вторичное (выходное) напряжение
Ns = количество витков вторичной катушки
Is = вторичный (выходной) ток


Выпрямитель

Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный.Мостовой выпрямитель является самым важным и производит двухполупериодных переменный постоянный ток. Двухполупериодный выпрямитель также можно сделать всего из двух диодов, если используется трансформатор с центральным отводом, но сейчас этот метод редко используется, потому что диоды стали дешевле. Можно использовать одиночный диод как выпрямитель, но он использует только положительные (+) части волны переменного тока для создания полуволны переменного постоянного тока.

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель может быть выполнен с использованием четырех отдельных диодов, но он также доступен в пакеты, содержащие четыре необходимых диода.Он называется двухполупериодным выпрямителем. потому что он использует всю волну переменного тока (как положительную, так и отрицательную части). Чередующиеся пары диодов проводят, это переключает соединения, поэтому переменные направления переменного тока преобразуются в одно направление постоянного тока.

1,4 В используется в мостовом выпрямителе, потому что на каждом диоде 0,7 В при проводящем соединении, и всегда есть два диоды проводящие, как показано на схеме.

Мостовые выпрямители

рассчитаны на максимальный ток, который они могут пропускать, и максимальное обратное напряжение, которое они могут выдержать.Их номинальное напряжение должно быть как минимум в трех раз больше среднеквадратичного напряжения источника питания. поэтому выпрямитель может выдерживать пиковые напряжения. Пожалуйста, смотрите страницу Диоды для получения более подробной информации, включая фотографии мостовых выпрямителей.

Rapid Electronics: мостовые выпрямители

Мостовой выпрямитель

Выход: двухполупериодный переменный постоянный ток
(с использованием всей волны переменного тока)

Выпрямитель одинарный диод

Один диод можно использовать в качестве выпрямителя, но он дает полуволны переменного постоянного тока, которые имеют промежутки когда переменный ток отрицательный.Трудно сгладить это достаточно хорошо, чтобы питать электронные схемы, если они не требуется очень небольшой ток, поэтому сглаживающий конденсатор существенно не разряжается во время промежутков. Пожалуйста, обратитесь к странице Диоды для некоторых примеров выпрямительных диодов.

Rapid Electronics: Выпрямительные диоды

Выпрямитель одинарный диод

Выход: полуволна переменного тока
(с использованием только половины переменного тока)


Сглаживание

Сглаживание выполняется электролитическим конденсатором большой емкости. подключен к источнику постоянного тока, чтобы действовать как резервуар, подающий ток на выход, когда изменяющееся напряжение постоянного тока от выпрямитель падает.На диаграмме показаны несглаженный изменяющийся постоянный ток (пунктирная линия) и сглаженный постоянный ток (сплошная линия). Конденсатор быстро заряжается около пика переменного постоянного тока, а затем разряжается, подавая ток на выход.

Обратите внимание, что сглаживание значительно увеличивает среднее напряжение постоянного тока почти до пикового значения. (1,4 × значение RMS). Например, выпрямляется переменный ток 6 В RMS. до полной волны постоянного тока около 4,6 В RMS (1,4 В теряется в мостовом выпрямителе), со сглаживанием этого увеличивается почти до пикового значения, что дает 1.4 × 4,6 = 6,4 В постоянного тока.

Неидеальное сглаживание из-за небольшого падения напряжения на конденсаторе при его разряде, давая небольшую пульсацию напряжения . Для многих цепей пульсация составляет 10% от напряжения питания. напряжение является удовлетворительным, и приведенное ниже уравнение дает необходимое значение для сглаживающего конденсатора. Конденсатор большего размера даст меньше пульсаций. При сглаживании полуволны постоянного тока емкость конденсатора должна быть увеличена вдвое.

Rapid Electronics: электролитические конденсаторы

Сглаживающий конденсатор, C, для пульсации 10%:

С = 5 × Io
VS × f

где:
C = сглаживающая емкость в фарадах (Ф)
Io = выходной ток в амперах (A)
Vs = напряжение питания в вольтах (V), это пиковое значение несглаженного постоянного тока.
f = частота сети переменного тока в герцах (Гц), в Великобритании это 50 Гц



Регулятор

ИС регулятора напряжения доступны с фиксированными (обычно 5, 12 и 15 В) или переменное выходное напряжение.Они также рассчитаны на максимальный ток, который они могут пропускать. Доступны регуляторы отрицательного напряжения, в основном для использования в двойных источниках питания. Большинство регуляторов включают в себя автоматическую защиту от чрезмерного тока («защита от перегрузки»). и перегрев («тепловая защита»).

Многие микросхемы фиксированного стабилизатора напряжения имеют 3 вывода и выглядят как силовые транзисторы, например, регулятор 7805 + 5V 1A, показанный справа. В них есть отверстие для крепления при необходимости радиатор.

Rapid Electronics: регулятор 7805

Фотография регулятора напряжения © Рапид Электроникс

Стабилитрон

Для слаботочных источников питания можно сделать простой регулятор напряжения с резистором. и стабилитрон, подключенный в обратном направлении , как показано на схеме.Стабилитроны имеют номинальное напряжение пробоя Vz и Максимальная мощность Pz (обычно 400 мВт или 1,3 Вт).

Резистор ограничивает ток (как светодиодный резистор). Ток через резистор постоянный, поэтому при отсутствии выходного тока весь ток течет через стабилитрон, и его номинальная мощность Pz должна быть достаточно большой, чтобы выдержать это.

Дополнительную информацию о стабилитронах см. На странице «Диоды».

Rapid Electronics: стабилитроны

стабилитрон
a = анод, k = катод

Выбор стабилитрона и резистора

Это шаги для выбора стабилитрона и резистора:

  1. Напряжение стабилитрона Vz — это необходимое выходное напряжение
  2. Входное напряжение Vs должно быть на несколько вольт больше, чем Vz
    (это необходимо для небольших колебаний Vs из-за пульсации)
  3. Максимальный ток Imax — это требуемый выходной ток плюс 10%
  4. Мощность стабилитрона Pz определяется максимальным током: Pz> Vz × Imax
  5. Сопротивление резистора : R = (Vs — Vz) / Imax
  6. Номинальная мощность резистора : P> (Vs — Vz) × Imax

В этом примере показано, как использовать эти шаги для выбора стабилитрона и резистора с подходящими значениями и номинальной мощностью.

Например,

Если требуемое выходное напряжение 5 В, а выходной ток 60 мА:

  1. Vz = 4,7 В (ближайшее доступное значение)
  2. Vs = 8V (на несколько вольт больше, чем Vz)
  3. Imax = 66 мА (ток плюс 10%)
  4. Pz> 4,7 В × 66 мА = 310 мВт, выберите Pz = 400 мВт
  5. R = (8 В — 4,7 В) / 66 мА = 0,05 кОм = 50,
    выберите R = 47
  6. Номинальная мощность резистора P> (8 В — 4.7 В) × 66 мА = 218 мВт, выберите P = 0,5 Вт

Двойные расходные материалы

Для некоторых электронных схем требуется источник питания с положительным и отрицательным выходами, а также нулевое напряжение (0 В). Это называется «двойным источником питания», потому что это похоже на два обычных источника питания, соединенных вместе, как показано на схеме.

Двойные источники питания имеют три выхода, например, источник питания ± 9 В имеет выходы + 9 В, 0 В и -9 В.

Rapid Electronics: блоки питания


Следующая страница: Преобразователи | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию.Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому. На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации.Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google. Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

Калькулятор одно- и трехфазного переменного тока

— Blackhawk Supply

Измерения должны быть точными при выборе электрооборудования или при работе с цепями.Если вы не любите считать кВт и ампер вручную — у нас есть решение! Наш онлайн-калькулятор мощности переменного тока может помочь вам преобразовать электрическую мощность в ток и наоборот для однофазной и трехфазной электроэнергии.

Ниже мы научим вас пользоваться нашим калькулятором мощности и расскажем о формулах для этих измерений. Давайте нырнем!

Как пользоваться калькулятором мощности?

Вы хотите преобразовать амперы в кВт (или наоборот), не выполняя математических расчетов? Без проблем!

Наш вычислитель однофазной и трехфазной мощности прост в использовании.Просто заполните поля необходимыми данными, включая тип тока, напряжение и коэффициент мощности. Калькулятор сделает все автоматически.

Калькулятор мощности переменного тока — от кВт до А

  • Текущий тип
    • AC — Расчет однофазной мощности
    • AC — Расчет трехфазной мощности
    • постоянного тока
  • Ток в амперах
  • Тип напряжения
    • Между линиями
    • Линия-нейтраль
  • Напряжение (в вольтах)
  • Введите коэффициент мощности
  • Показатели мощности (милливатты)
  • Мощность (Вт)
  • Мощность (киловатт)

Амперы (А или ампер) и киловатты (кВт) — это два разных параметра электричества.Что они имеют в виду?

Ампер указывает количество тока, потребляемого нагрузкой. Киловатты — это количество энергии, потребляемой нагрузкой в ​​любой момент времени. Короче говоря, амперы измеряют ток, а киловатты измеряют мощность.

Как преобразовать токи в киловатты для трехфазного, однофазного переменного тока (AC) или постоянного тока (DC)?

киловатт не могут быть напрямую преобразованы в усилители. Величина тока или мощности зависит от коэффициента мощности, типа тока и типа напряжения.

Однако вы можете получить точные измерения, преобразовав эти показатели с помощью формул. В качестве альтернативы вы можете использовать наш трехфазный преобразователь киловатт в ампер, а также калькулятор однофазной мощности и мощности постоянного тока.

Что такое однофазная электроэнергия?

Фаза означает распределение электрической нагрузки с помощью однофазного или трехфазного источника питания.

Однофазная электроэнергия обычно используется в бытовых электросетях, жилых домах и небольших офисах.Другими словами, он работает с приборами, которым требуется небольшое количество энергии (холодильники, лампы, обогреватели, телевизоры и тому подобное).

Стандарт однофазного распределения электроэнергии в США составляет 120 В переменного тока при частоте 60 Гц. Каждый герц означает количество изменений электричества, происходящих в проводе каждую секунду. Следует отметить, что питание переменного тока может переключать полярность, в отличие от питания постоянного тока.

Как рассчитать однофазную мощность?

Вот формулы, которые можно использовать для расчета однофазной мощности.

Киловатт от усилителя

кВт = PF × A × V / 1000

В этой формуле количество мощности (в кВт) равно коэффициенту мощности нагрузки (PF), умноженному на фазный ток, измеренному в амперах (A), умноженному на действующее значение напряжения (V), и разделенному на 1000.

Ампер в киловаттах

A = 1000 × кВт / (PF × V)

A обозначает фазный ток, который равен кВт (мощности), умноженному на 1000, затем деленному на коэффициент мощности (PF), умноженный на действующее значение напряжения (V).

Что такое трехфазное питание переменного тока?

Трехфазная электроэнергия — это распространенный тип генерации и распределения электроэнергии переменного тока, широко используемый для нагрузок мощностью более 1000 Вт. В отличие от однофазного источника питания, трехфазное питание требует меньше алюминия или меди, имеет больший КПД проводника и выдерживает большие силовые нагрузки. Это также обеспечивает большую общую плотность, оптимизируя тем самым потребление энергии.

Для более точного расчета мощности формула для трехфазных приложений должна учитывать тип конфигурации мощности.Две наиболее распространенные конфигурации — это треугольник (используется только три провода) и wey (имеет четвертый нейтральный провод).

Трехфазный источник питания обычно используется в коммерческих и промышленных объектах с большими двигателями, производственным оборудованием, мощными кондиционерами и другими приложениями с большими нагрузками.

Теперь по основной теме. Как перевести амперы в киловатты в трехфазных цепях переменного тока (и наоборот)?

Как рассчитать трехфазную мощность?

Вот уравнения, которые можно использовать для расчета трехфазной мощности.Имейте в виду, что формула трехфазной мощности будет отличаться для линейного и нейтрального напряжений.

Киловатт от ампер (линейное напряжение)

кВт = √3 × PF × A × V / 1000

Мощность (кВт) равна квадратному корню из трех (√3), умноженному на коэффициент мощности (PF), умноженному на ток (А или А), умноженному на линейное среднеквадратичное напряжение (В), деленное на 1000.

Киловатт от ампера (линейное напряжение)

кВт = 3 × PF × A × V / 1000

Вы можете рассчитать трехфазную мощность от ампер до кВт с линейным напряжением так же, как и с линейным напряжением.Единственное отличие состоит в том, что квадратный корень из трех (√3) заменяется числом три (3), а среднеквадратичное значение между фазами заменяется среднеквадратичным напряжением между фазами и нейтралью в уравнении.

А в Киловаттах (линейное напряжение)

A = 1000 × кВт / (√3 × PF × V)

Фазный ток (А) равен 1000 киловатт (кВт), деленных на квадратный корень из трех, умноженный на коэффициент мощности (PF), умноженный на линейное действующее значение напряжения (В).

А в Киловаттах (линейное напряжение)

A = 1000 × кВт / (3 × PF × V)

Для расчета трехфазного источника питания необходимо умножить 1000 на мощность (кВт), разделенную на тройной коэффициент мощности, умноженный на среднеквадратичное напряжение между фазой и нейтралью (В).

Что такое коэффициент мощности?

Итак, мы несколько раз упоминали коэффициент мощности (PF) в формулах. Он относится к соотношению между реальной и кажущейся мощностью, рассеиваемой цепью переменного тока, к продукту с электрическим питанием.

Реальная мощность означает электрическую мощность, используемую устройствами, в то время как полная мощность означает электричество, подаваемое в цепь.

Значение коэффициента мощности колеблется от нуля до единицы в зависимости от активной и активной нагрузки.

  • Коэффициент мощности равен нулю (0), когда вся мощность является реактивной.
  • Коэффициент мощности равен единице (1), когда вся мощность является реальной (без реактивной мощности).

Как рассчитать коэффициент мощности?

Существует множество уравнений коэффициента мощности в зависимости от типа мощности и тока. Давайте рассмотрим все формулы коэффициента мощности.

Коэффициент мощности для синусоидального тока равен абсолютному значению косинуса полной фазы мощности. Фазовый угол кажущейся мощности будет обозначен как φ в формулах ниже.

Для расчета активной мощности в ваттах:

Вт = | ВА | × PF = | VA | × | cos φ |

Реальная мощность равна полной мощности в вольт-амперах (ВА), умноженной на коэффициент мощности.

Резистивно-импедансная нагрузка

PF (резистивная нагрузка) = P / | S | = 1

Реальная мощность резистивных импедансных нагрузок равна полной мощности (S) с коэффициентом мощности (PF), равным 1 (единице).

Вольт-ампер реактивный

Q = | ВА | × | sin φ |

Реактивная мощность (Q) в вольт-амперах, реактивная равна полной мощности в вольт-амперах (ВА), умноженной на синус фазового угла.

Однофазное питание

PF = | cos φ | = 1000 × кВт / (В × A)

Чтобы рассчитать коэффициент мощности для однофазной цепи, необходимо умножить 1000 на мощность в киловаттах (кВт), разделенную на действующее значение напряжения (В), умноженное на фазный ток в амперах (А).

Трехфазное питание (линейное)

PF = | cos φ | = 1000 × кВт / (√3 × В × A)

Расчет линейной трехфазной мощности для коэффициента мощности: 1000, умноженное на мощность в киловаттах (кВт), затем разделенное на квадратный корень из трех, умноженное на линейное среднеквадратичное напряжение (В), умноженное на фазный ток в усилители (А).

Трехфазное питание (фаза-нейтраль)

PF = | cos φ | = 1000 × кВт / (3 × В × А)

Чтобы измерить коэффициент мощности для трехфазной мощности между фазой и нейтралью, умножьте 1000 на киловатты (кВт), затем разделите на трехкратное среднеквадратичное значение напряжения между фазой и нейтралью (В), умноженное на амперы (A).

Преобразование кВт в амперы

Вы хотите перевести киловатты в амперы? Эти данные можно рассчитать по простой формуле (при условии, что вам известен коэффициент мощности). Формула:

I = P / (√3 × PF × V)

В этом уравнении I означает ток (в амперах), P означает соответствующую мощность (измеренную в ваттах), PF — коэффициент мощности, а V — напряжение.

Если ваша мощность измеряется в тысячах ватт, будет проще преобразовать данные в ватты, умножив их на 1000. Вам также необходимо убедиться, что ваше напряжение измеряется в киловольтах (кВ).

Приведем пример, использующий формулу выше. Если ваш коэффициент мощности равен 0,8, мощность 1,5 кВт (1500 Вт) и постоянное напряжение 220 (В), расчет будет:

I = 1500 / (√3 × 0,8 × 220) = 4,92 А

Так же вы можете переводить ватты и киловатты в амперы.

Преобразование ампер в кВт

А теперь давайте сделаем наоборот. Для преобразования ампер в киловатты используйте следующую формулу:

P = √3 × PF × I × V

Маркировка здесь такая же. P — мощность, коэффициент мощности — PF, I — ток (в амперах), а V — напряжение.

В нашем следующем примере мы будем использовать то же напряжение (220 В) и коэффициент мощности (0,8), а ток — 4,92 А. А теперь конвертируем амперы в киловатты:

.

P = √3 × 0.8 × 4,92 × 220 = 1500 Вт = 1,5 кВт

Заключение

Как видите, вычислить и преобразовать амперы в киловатты и наоборот довольно просто. Однако использование формул для расчета полной трехфазной мощности может занять немного времени.

Если вы хотите получить точные измерения без каких-либо проблем — воспользуйтесь нашим онлайн-калькулятором мощности переменного тока, так как он поможет вам найти лучшие источники электропитания для ваших систем.

Blackhawk Supply предлагает широкий ассортимент HVAC, сантехнического и электрического оборудования.Выбирайте реле, корпуса, трансформаторы, блоки питания и другие устройства!

Ideal Transformer — обзор

13.3.2 Трансформаторы

Трансформатор — это устройство, которое позволяет передавать электрическую энергию в виде переменного тока от одной цепи к другой через магнитное поле. Это также позволяет преобразовывать эту энергию из одного уровня напряжения и тока в другой с минимальными потерями. Электрическая энергия наиболее эффективно передается на большие расстояния при очень высоких напряжениях, в сотни киловольт и, соответственно, умеренных уровнях тока.Распределение на месте при 230 В (или 115 В в США) безопасно и удобно. Преобразование высокого напряжения, используемого для передачи, в гораздо более низкое, используемое для распределения, выполняется трансформаторами. Они играют ключевую роль в системе электроснабжения. В дополнение к их использованию в распределении энергии и источниках питания, трансформаторы также используются во многих электронных системах, особенно в радиочастотной беспроводной связи. Трансформаторы могут быть размером с железнодорожный локомотив или меньше, чем пуговица на рубашке.Они могут работать на низких частотах (50 Гц и менее) или на радиочастотах (порядка гигагерц). Их можно сравнить с механическими коробками передач (которые используются в автомобилях, велосипедах и т. Д.), Которые преобразуют механическую энергию, передаваемую им, скажем, на высокой скорости и с низким крутящим моментом, в более низкую скорость, но с более высоким крутящим моментом, или наоборот.

На рисунке 13.5 (a) показана катушка или обмотка из N 1 витков, намотанных на магнитопровод. Катушка подключена к источнику постоянного тока. источник напряжения В 1 .Ток I 1 определяется сопротивлением катушки R 1 , как показано эквивалентной схемой, показанной на рисунке 13.5 (b). Магнитный поток, индуцированный током I 1 , определяется следующим образом (см. Также Hughes, 1995; R. J. Smith, 1984; Slemon and Straughen, 1980).

Рис. 13.5. Простая магнитная цепь, возбуждаемая постоянным током. источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

Ток I 1 создает магнитодвижущую силу (ммс), F , Н 1 I 1 ампер (иногда используемую единицу измерения называют ампер-витками).

(13,1) F = N1I1

соответствующая напряженность магнитного поля H (измеряется в ампер / метр или ампер-виток / метр) составляет

(13,2) H = Fl

, где l — длина магнитный путь.

Связь между напряженностью поля H и плотностью потока B (измеряется в теслах) является свойством рассматриваемого материала. Для свободного пространства (и воздуха) эти две величины линейно пропорциональны соотношению (называемому проницаемостью) μ 0 = 4π × 10 -7 (измеряется в генри / метр).Для ферромагнитных материалов, таких как железо, сталь или ферриты, зависимость сильно нелинейна, как описано в хорошо известной петле B – H . При заданной напряженности поля H в этих материалах создается более высокая плотность потока B , чем в воздухе. Относительная магнитная проницаемость μ r описывает, насколько больше плотность потока для данной напряженности поля. Он может иметь значение от нескольких сотен и более. Обратите внимание, что поскольку взаимосвязь между B и H является нелинейной, μ r не является константой для конкретного материала; это зависит от значения H, или B.

(13,3) B = μ0μrH

Магнитный поток Φ (измеренный в веберах) рассчитывается из плотности потока как

(13,4) ϕ = BA

, где A — площадь поперечного сечения материала. перпендикулярно потоку.

На рисунке 13.6 (a) показана та же магнитная цепь, что и на рисунке 13.5 (a), но возбуждение изменено на переменное. источник напряжения (вида v = V p sin ω t ). В этом случае поток также является синусоидальным (без учета влияния нелинейности петли B – H).Однако, согласно закону Фарадея, в проводнике индуцируется напряжение v , если он находится в изменяющемся магнитном поле, где

Рис. 13.6. Простая магнитная цепь, возбуждаемая переменным током. источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13,5) ν = Ndϕdt

Это индуцированное напряжение противостоит приложенному, в дополнение к резистивному падению напряжения i 1 R 1 . Он представлен в эквивалентной схеме на Рисунке 13.6 (б) индуктором L M . Катушка индуктивности используется, поскольку i находится в фазе с Φ, но v не совпадает по фазе на 90 ° (из-за производного члена). Следовательно, ток в этом случае определяется как сопротивлением катушки, так и ее индуктивностью. Последнее зависит от магнитных свойств сердечника. Подстановка соотношений из (13.1) — (13.4) в уравнение (13.5) приводит к

(13.6) ν = N1dϕdt = μ0μrAlN12didi

Поскольку напряжение v представляет собой напряжение на катушке индуктивности, можно сравнить уравнение (13.6) с соотношением для катушки индуктивности v = L d i / d t . Следовательно, индуктивность с точки зрения магнитных свойств выражается как

(13,7) L = μ0μrAlN12

Предполагая, что поток синусоидален, его можно выразить как Φ = Φ пик sin ω t . Тогда из (13.5)

(13.8) ν1 = N1dϕdt = N1ωϕpeakcosωt

Среднеквадратичное значение v 1 ( V 1 ) равно

(13.9) V1 = N1ωϕpeak2 = 2π2N1fϕpeak = 4⋅44N1fϕpeak

Это важное соотношение показывает выбор, доступный проектировщикам. Например, на высоких частотах и ​​количество витков, и / или магнитный поток (и, следовательно, площадь поперечного сечения сердечника) могут быть уменьшены для данного входного напряжения.

На рис. 13.7 (а) показана та же магнитная цепь, что и раньше, с добавлением второй обмотки Н 2 витка. Две обмотки обычно называют первичной и вторичной .Выходное напряжение холостого хода этой второй (вторичной) обмотки В 2 можно найти с помощью уравнения (13.5). Предполагая, что поток одинаков в обеих обмотках, v 2 равно

Рис. 13.7. Трансформатор с разомкнутой вторичной обмоткой: а) магнитопровод; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13.10) ν2 = N2dϕdt

Объединение уравнений (13.5) и (13.10) приводит к важному соотношению напряжений для идеального трансформатора.

(13.11) ν1ν2 = N1N2

Идеальным трансформатором в данном контексте является трансформатор, где

1.

Нет потерь мощности ни в обмотках, ни в сердечнике (механизмы потерь в трансформаторах описаны более подробно см. Slemon and Straughen, 1980).

2.

Поток в обеих обмотках одинаковый.

3.

Для создания магнитного потока в сердечнике требуется пренебрежимо малый ток (ток намагничивания).Другими словами, реактивное сопротивление L M на рисунке 13.6 очень велико.

Эквивалентная схема практического сердечника с двумя обмотками показана на рисунке 13.7 (б). Здесь показан идеальный трансформатор, резистор R, , 1, и катушка индуктивности L, , M, . Резистор R 1 представляет сопротивление первой обмотки и используется для учета того факта, что в практическом трансформаторе потери мощности в обмотках не пренебрежимо малы, как указано для идеального в предположении (1) выше. .В результате выходное напряжение холостого хода вторичной обмотки, В, , , 2, , немного меньше, чем было бы получено уравнением (13.11) с использованием входного напряжения В, , , 1, и отношения витков. В эквивалентной схеме это представлено падением напряжения на резисторе R 1 , которое представляет собой разницу между реальным входным напряжением v 1 и v 1 = v 2 N 1 / N 2 .Точно так же в практическом трансформаторе током намагничивания не всегда можно пренебречь, как в предположении (3) выше. Это дроссель L M .

На рисунке 13.8 (а) показан трансформатор с нагрузкой R L , подключенной к вторичной обмотке. В результате наведенного напряжения v 2 во вторичной обмотке по вторичной цепи протекает ток i 2 . Однако этот ток, протекающий во вторичной обмотке, создает МДС, которая, согласно закону Ленца, противодействует потоку в сердечнике, который в первую очередь индуцировал В 2 .Таким образом, чистый mmf в магнитной цепи уменьшается, и это, в свою очередь, уменьшает магнитный поток Φ. Согласно уравнению (13.5), уменьшенный поток приводит к уменьшению напряжения, индуцированного в первичной обмотке, которое противодействует входному напряжению В 1 . Увеличенная разница между ними приводит к увеличению текущего i 1 до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия. Следовательно, увеличение тока во вторичной обмотке приводит к увеличению тока в первичной обмотке.

Рис. 13.8. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой: а) магнитопровод, принципиальная схема трансформатора; (б) электрическая эквивалентная схема.

Первичный ток состоит из двух компонентов. Один из них — ток намагничивания i M (ток, который течет в первичной обмотке, когда ток не течет во вторичной). Другой — i 1 компонент, возникающий в результате протекания тока во вторичной обмотке. Следовательно,

(13.12) i1 = i′1 + iM

Эквивалентная схема на Рисунке 13.8 (b) показывает это соотношение.

В идеальном трансформаторе магнитный поток одинаков в обеих обмотках (предположение (2) выше), и МДС, создаваемые двумя обмотками, можно считать равными и противоположными друг другу. Следовательно,

(13.13) N1i′1 = N2i2

или

(13.14) i′i2 = N1N2

Обратите внимание, что объединение уравнений (13.11) и (13.14) приводит к

ν1i′1 = ν2i2

As Можно ожидать, что потребляемая мощность идеального трансформатора такая же, как и выходная мощность, поскольку отсутствуют потери.

Аналогично, использование уравнений (13.11) и (13.14) приводит к соотношению

(13.15) RL = ν2i2 = ν1N2N1i′1N1N2 = ν1i′1 [N2N1] 2 = R′L [N2N1] 2

, где R L — это кажущееся сопротивление, «видимое при взгляде на первичную обмотку» в результате подключения R L к вторичной обмотке. Это соотношение составляет основу использования трансформаторов для согласования импеданса . Возможно, более полезно выразить это как

(13.16) R′L = RL [N1N2] 2

На практике поток в двух обмотках не совсем одинаковый, и предположение (2) для идеального трансформатора не относится строго к практическому.Как показано на рисунке 13.9 (а), часть потока «утекает» из сердечника и связана только с одной из обмоток. В описании схемы на рис. 13.9 (а) показано, что эффект этого потока рассеяния должен индуцировать напряжение, которое противодействует входному напряжению. Этот эффект представлен в эквивалентной схеме катушкой индуктивности. Таким образом, пересмотренная эквивалентная схема трансформатора включает две катушки индуктивности L, , 1, и , L, , , 2, , чтобы учесть индуктивность рассеяния двух обмоток.Эквивалентная схема показана на рисунке 13.9 (b). При проектировании и изготовлении трансформаторов уделяется большое внимание минимизации потока утечки за счет таких мер, как наматывание двух обмоток друг на друга и использование сердечников тороидальной формы, если это возможно.

Рис. 13.9. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой, показывающий поток рассеяния и результирующую индуктивность: (а) магнитная цепь, показывающая поток рассеяния; (б) электрическая эквивалентная схема.

Эквивалентная схема, показанная на рисунке 13.9 (б) чаще используется в упрощенном виде. Упрощение выполняется в два этапа. Во-первых, предположим, что падением напряжения в R 1 и L 1 из-за тока намагничивания i M можно пренебречь. Следовательно, L M можно подключить непосредственно к источнику на другой стороне R 1 и L 1 без внесения каких-либо ошибок. Компонент R M добавлен, чтобы представить потерю энергии в сердечнике, вызванную переменным магнитным потоком.На втором этапе используется уравнение (13.16). Это позволяет объединить вторичное сопротивление и индуктивность рассеяния с первичными. Резистор R 2 отображается на первичной обмотке как R 2 , и его можно комбинировать с R 1 для образования R W как

(13,17) RW = R1 + R2 [N2N1] 2

Аналогично,

(13.18) LW = L1 + L2 [N2N1] 2

Упрощенная эквивалентная схема показана на рисунке 13.10.

Рис. 13.10. Упрощенная схема замещения трансформатора.

Может использоваться для расчета регулирования трансформатора. Это мера изменения напряжения между током холостого хода и током полной нагрузки. Он определяется как

(13.19) Регулировка = Vout (без нагрузки) −Vout (полная нагрузка) Vout (полная нагрузка)

Эквивалентная схема на рисунке 13.10 обычно используется на низких частотах (50 и 60 Гц). На высоких частотах необходимо учитывать паразитную емкость обмоток.Это можно смоделировать как конденсатор на первичной обмотке. Этот конденсатор эффективно включен последовательно с катушкой индуктивности, представляющей индуктивность рассеяния, и поэтому цепь является резонансной. В некоторых схемах трансформатор спроектирован как часть настроенной нагрузки усилителя, как в разделе 9.2 (см. J. Smith, 1986). На высоких частотах влияние индуктивности намагничивания может быть меньше, но индуктивности рассеяния больше.

В следующих разделах будет видно, что форма волны тока, потребляемого выпрямителями, подключенными к накопительным конденсаторам (см. Рисунок 13.21) далека от синусоидальности. Об этом всегда нужно помнить при проектировании источников питания и используемых в них трансформаторов. Информацию о практическом проектировании трансформаторов можно найти в нескольких специализированных текстах. Уиттингтон и др. . (1992) занимается проектированием трансформаторов для импульсных источников питания (см. Раздел 13.4).

Рис. 13.21. Входное напряжение и ток, а также осциллограммы напряжения нагрузки.

SAQ 13.1

Напряжение, ток и мощность были измерены на первичной стороне трансформатора вместе с вторичным напряжением при разомкнутой и короткозамкнутой вторичной обмотке.Результаты измерений, выполненных на частоте 50 Гц, следующие:

Первичное напряжение (В) Ток (А) Мощность (Вт) Вторичное напряжение (В)
Обрыв 240 0,1 12 20
Короткое замыкание 10 1 8 0
на первичной стороне.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *