Site Loader

Содержание

Импульсный трансформатор (Курсовая работа) — TopRef.ru

Министерство образования и науки Украины

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

на тему:

“ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР”

по дисциплине

“ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ”

2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР АНОЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

    1. Понятие импульсного трансформатора

    2. Общие конструктивные схемы и классификация импульсных трансформаторов

    3. Изоляция проводов и обмоток

    4. Сердечник импульсного трансформатора

    5. Тепловой режим импульсного трансформатора

2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ

2.1 Определение средней мощности и токов трансформатора

2.2 Тип импульсного трансформатора

2.3 Выбор приращения и толщины материала сердечника

2.4 Определение поперечного сечения стержня и средней длины магнитопровода сердечника трансформатора

2.5 Определение числа витков обмоток трансформатора

2.6 Определение сечения и диаметра проводов обмоток

2.7 Укладка обмоток и уточнение размеров окна сердечника

2.8 Средние длины витков обмоток трансформатора

2.9 Масса меди и активные сопротивления обмоток

2.10 Потери в обмотках

2.11 Масса материала сердечника

2.12 Магнитные потери в сердечнике

2.13 Коэффициент полезного действия трансформатора

2.14 Намагничивающий ток трансформатора

2.15 Коэффициент плоской части импульса

2.16 Проверка трансформатора на нагревание

2.17 Параметры трансформатора и проверка искажения импульса

3. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ВВЕДЕНИЕ

Импульсные трансформаторы применяют в современных устройствах радиоэлектроники, летательных аппаратах, автоматике, установках связи, а также в других областях техники. Это связано с тем, что при проведении различных электрофизических экспериментов необходимы электрические токи, достигающие сотен килоампер при напряжениях до нескольких мегавольт.

Режим, когда мощность генерируется и потребляется в течение небольшого интервала времени, принято называть импульсным. Импульсы могут иметь разную форму, и характер последовательности импульсов также может быть разным. Мощности и напряжения импульсов могут изменяться в весьма широких пределах.

Часто рассматриваются импульсные режимы, в которых длительность импульса мала по сравнению с периодом их повторения, а форма близка к прямоугольной. Именно в таком режиме работают мощные импульсные устройства.

Для преобразования напряжений в импульсной технике широко применяется импульсный трансформатор, который служит для трансформации кратковременных периодически повторяющихся импульсов напряжения приблизительно прямоугольной формы порядка нескольких микросекунд и менее.

В данной работе будет произведено проектирование малого импульсного трансформатора.

Проектирование ИТ состоит в решении комплекса взаимосвязанных частных технических задач. К ним относятся: задача о принципиальной возможности реализации ИТ, удовлетворяющего требованиям в отношении искажений формы трансформированного импульса; выбор конструктивной схемы активной части и общей компоновки ИТ, схемы и конструкции обмоток, изоляционных, магнитных материалов, организация режима работы и режима охлаждения, расчет конструктивных параметров обмоток, изоляции, электромагнитных и тепловых режимов; выбор типовых элементов, оценка технико-экономических и функциональных показателей спроектированного ИТ.

Решаемые в процессе проектирования задачи отличаются противоречивостью. Так, например, любые изменения конструкции ИТ, направленные на уменьшение искажений фронта трансформированного импульса или увеличение его напряжения, приводят к снижению всех, без исключения, технико-экономических показателей ИТ.

Проектирование ИТ включает в себя следующие основные этапы: анализ исходных данных и патентно-информационный поиск с целью выявления, аналогов; оценку выполнимости требований; расчет электромагнитных параметров схемы замещения и установление принципиальной возможности или невозможности реализации ИТ с заданными параметрами искажений формы трансформированного импульса; выбор конструктивной схемы ИТ; расчет или выбор главных размеров, обмоток, числа витков; разработку мер по нормализации теплового режима; выбор конструкции и охлаждающих устройств; расчет, на основании которого вносятся необходимые изменения и уточнения; оценку технико-зкономических и функциональных показателей ИТ; разработку исходных данных.

Цель проектирования ИТ является выбор конструкции, отвечающей функциональным и эксплутационным требованиям и обеспечивающей получение приемлемых технико-экономических показателей.

1. ОБЗОР АНОЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Понятие импульсного трансформатора

При помощи импульсных трансформаторов осуществляется повышение амплитуды напряжения импульса, согласование полных сопротивлений источника напряжений и нагрузки, изменение полярности импульсов.

Коэффициент полезного действия мощного ИТ может достигать 99%, поэтому потерями мощности не определяется принципиальная возможность применения ИТ. Но абсолютная величина потерь пропорциональна частоте повторения импульсов, и при увеличении частоты увеличивается тепловыделение и температура активных частей трансформатора. В связи с этим применение ИТ возможно только при частотах повторения не превышающих 10кГц. Масса и стоимость ИТ обычно меньше массы и стоимости генератора импульсов.

В целом, так же как и силовой трансформатор в промышленной электротехнике, ИТ оказывается практически незаменимым элементом в импульсной электротехнике, чем и обусловлено его широкое применение в импульсных установках.

Принципиальным фактором, определяющим возможность применения ИТ, является способность удовлетворять требованию возможно меньшего искажения передачи формы трансформируемых импульсов напряжения.

Эти искажения возникают как следствие процессов накопления и рассеяния электрической и магнитной энергии в принципиально неустранимых из системы генератор – ИТ – нагрузка (трансформаторной цепи) элементах. Такими элементами являются показанные на схеме замещения трансформаторной цепи (рис. 1.1) емкость контура Cк, емкости монтажа установки См1 и Cм2, емкости нагрузки Cн, индуктивности монтажа Lм1 и Lм2 и не показанные на рисунке электромагнитные параметры ИТ – индуктивности рассеяния и намагничивания и емкости его обмоток. Вследствие того, что искажения трансформаторных импульсов определяются именно этими параметрами трансформаторной цепи, все они характеризуются как паразитные. Соотношение между паразитными параметрами собственно генератора и ИТ может быть различны. В отдельных случаях паразитные параметры генератора и нагрузки оказывают доминирующее влияние на искажение; тогда применение ИТ существенно затрудняется или становится вообще невозможным.

Для уменьшения искажения формы трансформируемых импульсов напряжения необходимо при проектировании импульсных трансформаторов стремиться к возможно большему уменьшению указанных параметров их обмоток путем применения сердечников и специальных магнитных сплавов, а также обмоток надлежащей конструкции. При этом большое значение имеет уменьшение размеров сердечника и числа витков обмоток.

Для анализа переходных процессов в импульсных трансформаторах обычно применяют схему замещения трансформатора (рис. 1.1), учитывающую как паразитные индуктивности, так и емкости обмоток.

Рисунок 1.1– Схема замещения трансформаторной цепи

Матханов П. Н., Гоголицын Л. 3.


Матханов П. Н., Гоголицын Л. 3.  Расчет импульсных трансформаторов.— Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. — 112 с, ил. 40 к.

В книге на основе рассмотрения важнейших электромагнитных процессов в магнитопроводе и обмотках излагается методика инженерного расчета импульсных трансформаторов. Отличительная особенность методики расчета состоит в комплексном учете требовании, предъявляемых к электрическим, энергетическим и конструктивным характеристикам, позволяющем свести к минимуму число вариантов расчета. Приводятся подробные примеры расчета импульсных трансформаторов различного назначения.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся расчетом и, проектированием импульсных трансформаторов, а также для студентов старших курсов электротехнических и радиотехнических специальностей.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Импульсные трансформаторы (ИТ), предназначаемые для трансформирования коротких импульсов с минимальными искажениями и работающие в режиме переходных процессов, находят применение в различных импульсных устройствах. Диапазон мощностей, напряжений и длительностей трансформируемых импульсов получается очень широким. Кроме того, условия работы и требования предъявляемые к характеристикам ИТ, бывают весьма многообразными. Сказанное существенно усложняет расчет ИТ и поэтому, несмотря на ряд имеющихся книг [4, 7, 10, 11, 13], нельзя считать вопрос их рационального проектирования полностью решенным.

В данной книге излагается методика [5, 15, 16], в течение длительного времени применявшаяся при расчетах ИТ различного назначения. Методика расчета более двух десятилетий излагалась авторами студентам ЛЭТИ имени В. И. Ульянова (Ленина), специализирующимся по преобразовательной технике. Основная идея методики состоит: 1) в комплексном учете требований на главные характеристики ИТ и 2) в сведении к минимуму числа вариантов расчета путем введения коэффициентов и некоторых данных, которые могут быть оценены заранее с требуемой точностью. Полученное таким образом первое приближение оказывается в большинстве случаев приемлемым для практики, хотя при необходимости оно может быть уточнено.

Книга состоит из введения и четырех глав. Первые две главы написаны П. Н. Матхановым, а введение, третья и четвертая главы—Л. 3. Гоголицыным. Авторы выражают искреннюю признательность М. А. Сиверсу за ценные замечания, сделанные им при рецензировании книги. Все замечания и предложения по улучшению книги просьба направлять по адресу: 191041, Ленинград, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».

 

ВВЕДЕНИЕ

Импульсные трансформаторы (ИТ) нашли широкое применение в импульсных устройствах радиолокационных установок, установок экспериментальной физики, квантовой электроники, преобразовательной техники и т. д.

Импульсные трансформаторы позволяют изменить уровень формируемого импульса напряжения или тока, полярность импульса, согласовать сопротивление генератора импульсов с сопротивлением нагрузки, отделить потенциалы источника и приемника импульсов, получить на нескольких раздельных нагрузках импульсы от одного генератора импульсов, создать обратную связь в контурах схемы импульсного устройства. Импульсный трансформатор может быть использован и как преобразовательный элемент, например дифференцирующий трансформатор.

В некоторых установках работа импульсного устройства практически невозможна без ИТ. Это прежде всего относится к мощным высоковольтным импульсным устройствам. Повышение напряжения с помощью ИТ до уровня, необходимого по условиям работы нагрузки, оказывается необходимым, если напряжение источника, формирующего импульсы, ограничено допустимым напряжением коммутирующих приборов (электронные лампы, тиратроны, тиристоры) или электрической прочностью элементов генератора (конденсаторы, дроссели), находящихся длительное время под напряжением в процессе накопления энергии. Применение же каскадных схем для увеличения напряжения связано со сложностью управления работой многих коммутирующих приборов, находящихся в схеме под различными потенциалами,

В некоторых установках применение ИТ оказывается целесообразным по сравнению с другими возможными схемными решениями из технико-экономических соображений. Так, например, изменение полярности импульса генератора может быть достигнуто или изменением полярности источника питания, или изменением расположения элементов накопления энергии и коммутации в схеме генератора. Однако возможны случаи, когда изменение полярности источника питания или положения элементов в схеме генератора нежелательно или просто недопустимо и применение ИТ для изменения полярности импульса оказывается вполне оправданным.

В ряде импульсных устройств малой мощности ИТ является, как правило, вспомогательным элементом, используемым в схемах управления, автоматизации, защиты и т. д.

В зависимости от назначения (исключая из рассмотрения миниатюрные и уникальные трансформаторы) ИТ изготавливаются на напряжения от единиц до сотен киловольт, на токи от долей ампера до десятков килоампер, мощностью от единиц ватт до сотен мегаватт, с длительностью импульсов от долей микросекунды до сотен и тысяч микросекунд, с частотой следования импульсов от одиночных импульсов до десятков килогерц.

Включение ИТ в схему импульсного устройства всегда связано с искажением формы трансформируемого импульса, обусловленным такими параметрами трансформатора, как индуктивность рассеяния, распределенная емкость, индуктивность намагничивания.

Трансформация импульсов связана с некоторыми потерями энергии, вызываемыми процессами в магнитопроводе и обмотках трансформатора. Включение ИТ в схему может быть связано и с увеличением габаритов и массы импульсного устройства. Поэтому вопрос о применении ИТ в импульсном устройстве должен решаться комплексно, при рассмотрении условий работы всех элементов устройства — источника питания, генератора импульсов, нагрузки — и с учетом требований, предъявляемых к форме выходного импульса, коэффициенту полезного действия, габаритам, массе, а также с учетом экономических соображений. В большинстве случаев основным требованием, предъявляемым к ИТ, является минимальное искажение формы трансформируемого импульса. Это требование может дополняться ограничениями на к. п. д., массу и габариты ИТ и т. д. Вопрос об одновременном удовлетворении требований, предъявляемых к форме импульса, к. п. д., массе, габаритам ИТ, является сложным и должен решаться в процессе расчета не только ИТ, но и всего импульсного устройства Наибольшее распространение получили ИТ, трансформирующие импульсы, по форме близкие к прямоугольным, которые обладают крутым фронтом и постоянством напряжения вершины импульса, необходимыми для работы широкого класса нагрузок.

Поэтому, прежде всего, рассматриваются процессы, происходящие при трансформации фронта и вершины импульса, определяющие длительность и характер нарастания фронта и спад вершины импульса.; Если импульс прямоугольной формы должен быть трансформирован с малыми искажениями, то длительность фронта импульса должна быть значительно меньше длительности импульса и переходные процессы при трансформации фронта и вершины импульса могут рассматриваться раздельно. Эквивалентные схемы ИТ при раздельном рассмотрении переходных процессов упрощаются и позволяют становить связь между параметрами эквивалентных схем и конструктивными параметрами ИТ и найти такие соотношения между ними, при которых удовлетворяются требования к длительности фронта и спаду вершины импульса.

Особенностью работы ИТ является кратковременность режима работы и связанный с этим характер процессов, происходящих в обмотках и магнитопроводе ИТ. Высокая скорость изменения магнитного потока вызывает появление значительных вихревых токов в магнитопроводе ИТ и связанные с ними потери энергии. Кратковременность воздействующих импульсов требует учитывать не только индуктивный, но и емкостный эффект в обмотках, влияющий на характер формирования фронта импульса и энергетические характеристики ИТ. Малые длительности импульсов вызывают необходимость учитывать, поверхностный эффект в проводах обмоток при определении эффективного сечения проводов. Униполярный характер намагничивания при трансформации импульсов не позволяет полностью использовать магнитные характеристики материала магнитопровода. Несмотря на различие в функциях, выполняемых ИТ, в предъявляемых к ним требованиях, общность процессов, происходящих в обмотках и магнитопроводе, позволяет дать единый подход к рассмотрению переходных процессов, установить связь параметров эквивалентной схемы ИТ с конструктивными параметрами трансформатора и предложить методику расчета ИТ, подчиненную удовлетворению основным поставленным требованиям.

Трудности расчета ИТ обусловлены сложной и противоречивой взаимосвязью параметров эквивалентной схемы с конструктивными параметрами ИТ. Трансформация фронта импульса с малыми искажениями достигается при малых значениях индуктивности рассеяния и распределенной емкости трансформатора, которые уменьшаются с уменьшением числа витков обмоток и сечения магнитопровода ИТ.

В то же время для трансформации вершины импульса с малым спадом следует стремиться к увеличению индуктивности намагничивания трансформатора, возрастающей с увеличением числа витков и сечения магнитопровода. Для уменьшения массы и габаритов трансформатора следует уменьшать сечение магнитопровода и число витков обмоток, но это приведет к увеличению спада вершины импульса и увеличению потерь на вихревые токи Удовлетворение одновременно нескольким поставленным требованиям при расчете ИТ потребует нахождения компромиссного решения. Оно должно быть принято в зависимости от значимости того или иного поставленного требования.

Точность расчетов ИТ будет во многом зависеть от принятых в качестве расчетных величин, определяющих характеристики материала магнитопровода и изоляции обмоток, и может быть повышена, если за расчетные будут приняты экспериментальные данные, полученные для заданного режима работы ИТ Предлагаемая в данной книге методика расчета ИТ основана на определении конструктивных параметров трансформатора, удовлетворяющих поставленным требованиям, и иллюстрируется примерами расчета ИТ, различных по мощности, длительности импульсов, частоте их следования и работающих в схемах с использованием генераторов импульсов на электронных лампах, на газоразрядных и полупроводниковых коммутирующих приборах.

 

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ПАРАМЕТРЫ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

1-1. Эквивалентная схема ИТ

Расчеты электрических и энергетических характеристик ИТ производятся на основе приближенной эквивалентной схемы трансформатора. Эквивалентная схема должна:

1) учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчетов характеристик исследуемых режимов;

2) описываться уравнением невысокого порядка для того, чтобы можно было в явном виде устанавливать связь между наиболее важными характеристиками, с одной стороны, и конструктивными данными ИТ — с другой. 

Эти условия противоречивы. Для выполнения первого из них следует усложнять схему, а для выполнения второго необходима простая схема, которая допускала бы проведение анализа в общем виде.

В следующей главе будет показано, что довольно большие отклонения наиболее важных конструктивных данных от некоторых •оптимальных значений, принимаемых в качестве расчетных, незначительно влияют на электрические и энергетические характеристики трансформатора. Кроме того, при практическом исполнении конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной •степени от расчетных.

Отсюда следует, что усложнение эквивалентной схемы ИТ с целью некоторого повышения точности определения конструктивных параметров не имеет большого смысла.

Опыт проектирования ИТ и сравнительные вычисления по различным эквивалентным схемам показывают, что достаточную для инженерных целей точность дают расчеты по упрощенным эквивалентным схемам. Для наиболее важных режимов эти схемы приводятся к цепям второго порядка, которые позволяют производить анализ в общем виде. Индуктивный эффект и потери в проводах обмоток можно учитывать с помощью известной Т-образной эквивалентной схемы (рис. 1-1, а), которая получается из рассмотрения уравнения двухобмоточного трансформатора.


Расчет и изготовление «сердца» ИИП — импульсный трансформатор. Часть 2

Пролог

И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор. Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП).
После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.


Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

Великая битва или какой материал выбрать?

Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника». Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.

Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?


Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким, то есть легко намагничиваться и размагничиваться

Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл

2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность

Насыщение

Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.
В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко

4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности.

Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.


Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше…
Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 оС и это у самый простых и дешевых марок.

Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах

И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения. Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

Несколько слов об альсифере и чем он отличается


1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 оС — подходит? Еще лучше чем феррит!
2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.
3) индукция насыщения до 1,2 Тл!, в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.

Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.

Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.
Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».

Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу


И так приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора

Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста, а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.
Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.
Если в кратцезазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост», там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:

а)
Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)

б)
Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа

Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все!
Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.

Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51. Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1.

Привожу пример расчета на 2 кВт:

Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий

Как производить расчет:

1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию:
а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов
б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше, то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц
в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут
г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм2. Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.

2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект

Скин-эффект

Скин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»

3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.

4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.

5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки.
Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.

Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0. Расчет для нашего трансформатора приведу:

Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя

В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.

Стадии изготовления

Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.
Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!

Стадия 1:

Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки

Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.

Стадия 2:

Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку

Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.

Стадия 3:

Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас
Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!

Стадия 4:

Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки

Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.

Стадия 5:

Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена
Стадия 6:

Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке

Киперная лента

Киперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей.
Спасибо википедии.

Стадия 7:

Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора

Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.


Намотка дросселя

Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.

Стадия 1:

Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой

Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!

Стадия 2:

Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем

В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.

Стадия 3:

Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком

Эпилог

Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается. Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах. И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее.
Продолжение следует…

Автор: R4ABI

Источник

Программа расчета импульсных трансформаторов телевизоров. Программы для расчёта

Всем привет! Много лазил по сайту, а особенно по своей ветке и нашёл много чего интересного. В общем в этой статье хочу собрать всевозможные радиолюбительские калькуляторы, чтобы народ сильно не искал, когда возникнет необходимость в расчётах и проектировании схем.

1. Калькулятор расчета индуктивности — . За представленную программу говорим спасибо краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя — . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла — . Снова спасибо краб

4. Калькулятор расчета GDT в SSTC — . Предоставлено [)еНиС

5. Программа для расчета контура лампового УМ — . Благодарности за информацию краб

6. Программа опознавания транзисторов по цвету — . Благодарности краб

7. Калькулятор для расчета источников питания с гасящим конденсатором — . Спасибо посетителям форума

8. Программы расчета импульсного трансформатора — . Спасибо ГУБЕРНАТОР . Примечание — автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 — Евгений Москатов из г. Таганрога.

9. Программа для расчета однофазных, трехфазных и автотрансформаторов — . Спасибо reanimaster

10. Расчет индуктивности, частоты, сопротивления, силового трансформатора , цветовая маркировка — . Спасибо bars59

11. Программы для разных радиолюбительских расчетов и не только — и . Спасибо reanimaster

12. Помощник Радиолюбителя — радиолюбительский калькулятор — . Тема на . Спасибо Antracen , т.е. мне:)

13. Программа по расчёту DC-DC преобразователя — . Благодарности краб

ExcellentIT – узкоспециализированная программа для расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

Главное окно состоит из трех основных блоков. В первом необходимо ввести начальные данные: амплитуда индукции, частота преобразования, рабочее время, сопротивление канала и др. Здесь же необходимо ввести выходные данные – напряжение, ток, диаметр и стандарт провода и т. д.

Во втором блоке выбирается тип преобразователя – Пуш-пул, полумостовая или мостовая. Здесь же выводятся все результаты расчетов – габаритная мощность трансформатора, число витков, минимальное напряжение и т. д.

В третьем блоке можно выбрать тип сердечника, материал форму и т.д. В базе данных ExcellentIT содержится большое количество готовых сердечников, но при необходимости вы можете вручную ввести данные (размеры, эффективная проницаемость, площадь сечения и др.). Заданные вами параметры сохраняются в программе, и при повторном расчете вам не придется вводить их снова. После указания всех данных кликните на «Рассчитать», и ExcellentIT сразу же выдаст вам результаты.

Особенности программы

Быстрый расчет различных физических показателей.
Всплывающие подсказки по каждому параметру.
Справочная информация в виде схем преобразования и выпрямления.
Выбор размера окна – большой или маленький.
Интерфейс на русском языке.
Поддержка Windows XP и выше.

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.

Существуют , позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора. Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками. Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления. Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.

Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами — броневым, стержневым и . Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

В сети можно найти множество программ для расчета импульсных трансформаторов, и каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, но, как говорится, на вкус и цвет……. Поэтому в этой статье мы остановимся на нескольких бесплатных программах, предназначенных для этих целей, которыми пользуются многие радиолюбители.

«Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6».

Одной из них является программа Владимира Денисенко «Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6». Как уже говорилось выше, она бесплатна и имеет статус свободного распространения, не требует установки.
Просто извлеките файл запуска программы из архива (Расчет ИТ(2.6.0).exe) , запустите его, и пользуйтесь на здоровье.

Вот так выглядит интерфейс программы «Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6»:

Во вкладке «Показать схемы выпрямления» вы можете посмотреть возможные варианты выпрямителей, стоящих на выходе импульсного источника питания. Вкладка выглядит вот так:

Если возникают какие то вопросы, загляните во вкладку «Помощь».

Программа “Transformer”.

Эта программа также позволяет рассчитывать трансформаторы для импульсных источников питания. Как утверждает автор, она не содержит шпионских модулей, отсутствует реклама и всплывающие окна, бесплатна.

При запуске файла «Transformer_1.0.0.1.exe» из архива, запускается мастер установки программы:

Жмем «Next», открывается окно, где можно прописать путь, куда будет установлена программа. По умолчанию она установится в: c:\Program Files (x86)\Transformer\*.*

В этой же папке вы сможете найти документацию на программу (файл в формате *.chm), прочитать раздел «Работа с программой», и архив с исходниками. Окно документации выглядит так:

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа «Lite — CalcIT v. 1.5».

Следующая программа для расчета импульсных трансформаторов двухтактных преобразователей, на которую мы хотели обратить ваше внимание, называется «Lite — CalcIT». Установки программа не требует, поэтому распакуйте папку «Lite-CalcIT(1500)» куда хотите, запускайте файл «Lite-CalcIT(1500).exe», и пользуйтесь.

Внешний вид окна программы следующий:

Выбирайте тип сердечника, вводите исходные данные, и жмите «Рассчитать!»
К сожалению программа не содержит вкладки «Помощь» или справочной информации. Наверно автор предполагал, что программой будут пользоваться более-менее опытные радиолюбители.

Программа «ExcellentIT v.3.2».

Бесплатная, установки не требует. Интерфейс чем то напоминает Lite-CalcIT, только здесь уже можно сохранить полученный расчет в файл формата *.sav , а в последствии открыть уже ранее сохраненные расчеты. Также полученный расчет можно сохранить в обычный текстовый файл с расширением *.txt

Программа позволяет добавлять в базу и удалять не нужные типоразмеры магнитопроводов.

Приведены образцы схем преобразования и выпрямления. На некоторых полях ввода программы и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.

Подробнее о программе

1. Основная работа в программе происходит в группе «Оптимизация».
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных (за пределами группы «Оптимизация») для получения отправной точки при оптимизации намоточных данных трансформатора.

2. В группе «Оптимизация» при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации запускается автоматически.
Но если новое значение введено «вручную», то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.

3. Для ШИМ-контроллеров задается частота, равная половине частоты задающего генератора микросхемы. Импульсы задающего генератора подаются на выходы по очереди, поэтому частота на каждом выходе (и на трансформаторе) в 2 раза ниже частоты задающего генератора.
Микросхемы IR2153, и подобные ей этого семейства микросхем, не являются ШИМ-контроллерами, и частота на их выходах равна частоте задающего генератора.
Не стоит гнаться за большой частотой. При высокой частоте увеличиваются коммутационные потери в транзисторах и диодах. Также при большой частоте из-за малого числа витков ток намагничивания получается слишком велик, что приводит к большому току холостого хода и, соответственно, низкому КПД.

4. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет медь всех обмоток.

5. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника.
При естественном охлаждении следует выбирать 4 — 6 А/мм2.
При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 — 10 А/мм2.
Большие значения плотности тока соответствуют маленьким сердечникам.
При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения.

6. Если выбрана стабилизация выходных напряжений, то первый выход является ведущим. И на него надо назначать выход с наибольшим потреблением.
Остальные выходы считаются по первому.
Для реальной стабилизации всех выходов следует применять дроссель групповой стабилизации.

7. При однополярном выпрямлении, несмотря на больший расход меди, имеет преимущество схема выпрямления со средней точкой, так как потери на двух диодах будут в 2 раза меньше, чем на четырех диодах в мостовой схеме.

8. Для правильной работы дросселя в выпрямителе после диодов перед дросселем не должно быть никаких конденсаторов! Даже маленького номинала.

Принципы работы импульсного трансформатора

— Gowanda

Примером применения силового импульсного трансформатора может быть точное управление нагревательным элементом от фиксированного источника постоянного напряжения. Напряжение может повышаться или понижаться в зависимости от коэффициента трансформации импульсного трансформатора. Питание импульсного трансформатора включается и выключается с помощью переключателя (или коммутационного устройства) с рабочей частотой и длительностью импульса, которые обеспечивают необходимое количество мощности. Следовательно, температура также контролируется.Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку между входом и выходом. Трансформаторы, используемые в источниках питания с прямым преобразователем, в основном представляют собой импульсные трансформаторы силового типа. Существуют конструкции мощных импульсных трансформаторов, мощность которых превышает 500 киловатт.

Конструкция импульсного трансформатора сигнального типа направлена ​​на подачу сигнала на выходе. Трансформатор выдает импульсный сигнал или серию импульсов. Коэффициент трансформации импульсного трансформатора может использоваться для регулировки амплитуды сигнала и обеспечения согласования импеданса между источником и нагрузкой.Импульсные трансформаторы часто используются при передаче цифровых данных и в схемах управления затвором транзисторов, полевых транзисторов, SCR и т. д. В последнем случае импульсные трансформаторы могут называться трансформаторами затвора или трансформаторами управления затвором. Импульсные трансформаторы сигнального типа работают с относительно низкими уровнями мощности. Для цифровой передачи данных трансформаторы предназначены для минимизации искажения сигнала. Трансформаторы могут работать с постоянным током смещения. Многие импульсные трансформаторы сигнального типа также относятся к категории широкополосных трансформаторов.Импульсные трансформаторы сигнального типа часто используются в системах связи и цифровых сетях.

Конструкции импульсных трансформаторов сильно различаются по номинальной мощности, индуктивности, уровню напряжения (от низкого до высокого), рабочей частоте, размеру, импедансу, полосе пропускания (частотной характеристике), корпусу, емкости обмотки и другим параметрам. Конструкторы пытаются свести к минимуму паразитные элементы, такие как индуктивность рассеяния и емкость обмоток, используя конфигурации обмоток, которые оптимизируют связь между обмотками.

Gowanda разрабатывает и производит импульсные трансформаторы из самых разных материалов и размеров. Сюда входят различные стандартные типы конструкций «сердечник с катушкой» (E, EP, EFD, PQ, POT, U и другие), тороиды и некоторые нестандартные конструкции. Наши верхние пределы составляют 40 фунтов веса и 2 киловатта мощности. Наши возможности включают обмотки из фольги, обмотки из литцендрата и идеальное наслоение. Для тороидов список включает секторную обмотку, прогрессивную обмотку, накопительную обмотку и прогрессивную накопительную обмотку.У Gowanda есть множество намоточных машин, в том числе программируемые автоматические машины и машина для намотки тороидальных лент. Gowanda имеет вакуумные камеры для вакуумной пропитки, а также может инкапсулировать. Для обеспечения качества Gowanda использует программируемые автоматизированные испытательные машины. Большая часть нашей продукции на 100% тестируется на этих машинах.

%PDF-1.3 % 1 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 4 0 объект > >> /Содержание [83 0 R 84 0 R 85 0 R] /CropBox [0 0 612 792] /Анноты [86 0 R] >> эндообъект 5 0 объект > /Содержание 89 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 6 0 объект > /Содержание 92 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 7 0 объект > /Содержание 95 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 8 0 объект > /Содержание 98 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 9 0 объект > /Содержание 101 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 10 0 объект > /Содержание 104 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 11 0 объект > /Содержание 107 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 12 0 объект > /Содержание 110 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 13 0 объект > /Содержание 113 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 14 0 объект > /Содержание 118 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 15 0 объект > /Содержание 121 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 16 0 объект > /Содержание 124 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 17 0 объект > /Содержание 127 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 18 0 объект > /Содержание 131 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 19 0 объект > /Содержание 134 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 20 0 объект > /Содержание 137 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 21 0 объект > /Содержание 140 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 22 0 объект > /Содержание 145 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 23 0 объект > /Содержание 148 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 24 0 объект > /Содержание 151 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 25 0 объект > /Содержание 154 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 26 0 объект > /Содержание 157 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 27 0 объект > /Содержание 160 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 28 0 объект > /Содержание 163 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 29 0 объект > /Содержание 168 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 30 0 объект > /Содержание 173 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 31 0 объект > /Содержание 176 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 32 0 объект > /Содержание 179 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 33 0 объект > /Содержание 182 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 34 0 объект > /Содержание 185 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 35 0 объект > /Содержание 188 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 36 0 объект > /Содержание 191 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 37 0 объект > /Содержание 196 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 38 0 объект > /Содержание 199 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 39 0 объект > /Содержание 202 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 40 0 объект > /Содержание 205 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 41 0 объект > /Содержание 208 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 42 0 объект > /Содержание 211 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 43 0 объект > /Содержание 214 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 44 0 объект > /Содержание 217 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 45 0 объект > /Содержание 220 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 46 0 объект > /Содержание 225 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 47 0 объект > /Содержание 228 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 48 0 объект > /Содержание 231 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 49 0 объект > /Содержание 234 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 50 0 объект > /Содержание 237 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 51 0 объект > /Содержание 240 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 52 0 объект > /Содержание 245 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 53 0 объект > /Содержание 250 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 54 0 объект > /Содержание 253 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 55 0 объект > /Содержание 257 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 56 0 объект > /Содержание 260 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 57 0 объект > /Содержание 264 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 58 0 объект > /Содержание 269 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 59 0 объект > /Содержание 274 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 60 0 объект > /Содержание 279 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 61 0 объект > /Содержание 284 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 62 0 объект > /Содержание 289 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 63 0 объект > /Содержание 294 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 64 0 объект > /Содержание 299 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 65 0 объект > /Содержание 304 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 66 0 объект > /Содержание 307 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 67 0 объект > /Содержание 310 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 68 0 объект > /Содержание 313 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 69 0 объект > /Содержание 316 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 70 0 объект > /Содержание 319 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 71 0 объект > /Содержание 322 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 72 0 объект > /Содержание 325 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 73 0 объект > /Содержание 328 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 74 0 объект > /Содержание 331 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 75 0 объект > /Содержание 334 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 76 0 объект > /Содержание 337 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 77 0 объект > /Содержание 340 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 78 0 объект > /Содержание 343 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 79 0 объект > /Содержание 346 0 Р /CropBox [0 0 612 792] >> эндообъект 80 0 объект > эндообъект 81 0 объект > эндообъект 82 0 объект > поток х

Трансформаторы


Общая информация

Что ж, нет ничего лучше, чем найти правильную интуитивную модель для что-то.Интуиция так быстра, если вы можете не подпускать плохую интуицию.

Теоретические модели трансформаторов

На основании [2]

На вопросы о трансформаторах часто легче ответить, если вы рассматриваете эквивалентную схему «t». Вы теряете понятие изоляции с эквивалентом «т», но вы можете получить его обратно притворяясь, что существует идеальный преобразователь, соединенный между «т» и нагрузка. Вы также можете указать коэффициент поворота в идеальный трансформатор, если вы хотите, чтобы все значения были такими, как показано по первичке.

Пример эквивалентной схемы «t»

Вот эквивалентная схема «t» для звука 1: 1. Разделительный трансформатор (рассчитан на нагрузку 300 Ом):

 ------R1---L1-----+----L2----R2------
  Первичный | Среднее
  Сторона Лм Сторона
                             |
           ------------------+------------------
 

  • R1,R2 = сопротивление первичной и вторичной обмотки (медь).Обычно около 50 Ом. Не обязательно равно.
  • L1,L2 = первичная и вторичная индуктивности рассеяния. Около 5 мГн. Не обязательно равно.
  • Lm = взаимная индуктивность, около 2Гн.

Я назвал Lm взаимной индуктивностью, и это, вероятно, не лучший термин, хотя я думаю что в 1:1 взаимная индуктивность примерно такая же как собственная индуктивность или шунтирующая индуктивность или индуктивность намагничивания или как его лучше всего назвать.

Для упрощения вы можете комбинировать обе индуктивности рассеяния. в единую индуктивность по обе стороны от Lm.

Описание работы модели

Хорошо, давайте предположим, что на первичной обмотке есть среднеквадратичное значение 1,25 В на частоте 1 кГц. и без нагрузки. На взаимной индуктивности появляются полные 1,25 В. так что есть около 0,1 мА через взаимную индуктивность. Это ток, который вызывает поток в сердечнике. Через индуктивность рассеяния и первичную обмотку проходит 0,1 мА (0,995 мА). сопротивление тоже. Короче через первичную обмотку с сосредоточенным замыканием.

Теперь пусть будет нагрузка 300 Ом. Напряжение на взаимной индуктивности уменьшается очень мало (не нужно делать сложный анализ).Даже если закоротить вторичку, взаимный ток уменьшается лишь примерно в два раза.

Эта схема выше аккуратно разделила ток на два пути. В реальном трансформаторе через каждую обмотку проходит только один проводящий путь. не две, но эта модельная схема ведет себя как реальная из-за эффект отмены.

Эффект компенсации магнитного потока

Но какой ток проходит через первичную обмотку?
Ответ: 0,1 мА + 4,2 мА.Почему этот ток не увеличивает поток в сердечнике? Потому что ток во вторичной обмотке отменяет его действие. Энергия уходит в нагрузку, а не в феррит, т.к. два магнитных поля, противодействующие друг другу, компенсируют друг друга. Это в основном то, что подразумевается под линейностью электромагнитных уравнений. Конечно в ближних полях обмоток это неверно, в чем легко убедиться, просто нарисовав замкнутая кривая по окружности витков проволоки в одном месте. Направленный интеграл B-поля вокруг кривой должен быть пропорциональна току внутри.Но в массе ядра поля делай отмену. Вы можете думать об этом как о взбрыкивании, если хотите, но эффект Холла зонд, вставленный в центр, покажет очень низкое поле из-за почти полная отмена. Интеграл запасенной энергии в магнитном интеграл поля ( B точка H ) по всему пространству будет намного меньше, чем интеграл для токов только в одной или другой обмотке, но не в обеих одновременно.

В любом случае присутствует неизбежный поток намагничивания. трансформатор и первичный ток намагничивающего потока.Конечно, это ток проходит через первичную индуктивность и составляет +90 градусов по WRT. напряжения и не потребляет напрямую никакой энергии. Однако этот ток вызывает потери сопротивления первичной обмотки. Величина потока определяется напряжением и частотой на первичной обмотке. а не по току нагрузки (если есть).

Помните основную формулу трансформатора переменного тока, V = k f N Ac Bm, что говорит нам, какой поток присутствует при любом напряжении. и частота? Это формула, используемая для нахождения Bmax, поэтому мы можем быть уверены. сердечник трансформатора не слишком близок к насыщению, что может ввести еще больше потерь.Обратите внимание, что в формуле нет термина для тока нагрузки.

Ток короткого замыкания трансформатора

Только индуктивность рассеяния ограничивает ток при коротком замыкании. Кажется, что ток через первичку ограничен сопротивление обмотки и сопротивление утечки при коротком замыкании вторичной обмотки.

Вторичное падение напряжения

Поле в сердечнике трансформатора на самом деле немного СНИЖАЕТСЯ, когда трансформатор загружен. Это связано с тем, что действующее первичное напряжение уменьшается на (первичный ток * сопротивление первичной обмотки):

Vs = IpRp + BA[omega]Np

куда:

  • Б р.м.с (не пиковая) индукция
  • А — площадь поперечного сечения сердечника
  • [омега] равно 2[pi]f, конечно
  • Np — количество витков.

Другие модели для трансформаторов

Что с изоляцией?

Настоящий трансформатор обеспечивает изоляцию между входом и выходом. Вышеприведенная модель не показывает изоляцию, но достаточна для большую часть анализа. Где необходима изоляция в модели можно сделать вид, что есть идеальный преобразователь между «т» и нагрузка как на картинке ниже:

 1:N идеальный трансформатор
            ------R1---L1-----+----L2----R2-----о о-----
   Первичный | 0|| Среднее
   Сторона Lm 0||0 Сторона
                              | 0||
            ------------------+-----------------о о-----
 

Одна модель для идеального трансформатора с изоляцией

Эта модель отображает трансформаторы интуитивно, как мы чаще всего о них думаем:

 -> Ip -----R1---L1---+---, ,---L2----R2------ Is ->
   Первичный | О|| / Среднее
   Сторона, Vp Lm O||O Сторона, Vs
                        | О|| \
         ---------------+---' '-----------------
            идеальное отношение намагничивания
             трансформатор индуктивности
 
Lm – требуемая индуктивность намагничивания.2).

Характеристики трансформатора

На основании [2]

Что касается того, как мы разберемся, в одном случае, который имеет большое значение мне, мы указываем общие детали обмотки, диапазон для R1 и R2, максимальные значения для L1+L2||Lm (измерено от первичного с закороченной вторичной обмоткой) и L2+L1||Lm (измеряется от вторичная с закороченной первичной), минимальные значения для L1+Lm (измеряется от первичного с открытым вторичным) и L2+Lm. Продавец получает возможность выбрать количество витков (одинаково как для вторичного, так и для первичный), проволока, и начинает играть с ламинированием (смесь из кремнистой стали и стали с высоким содержанием никеля).Затем при входном контроле мы измеряем все эти вещи. На данный момент у нас есть четыре измерения определяя 3 вещи (L1,L2,Lm), так что хотя соотношение оборотов 1:1, Я предполагаю, что соотношение оборотов равно 1:n, что дает мне 4 переменные и четыре уравнения, и я решаю весь беспорядок.

Фаза

если ты сильно нагрузить трансформатор резистивной нагрузкой, так что потребляемый ток большой по сравнению с током холостого хода. Вы найдете течения и напряжения совпадают по фазе. Они должны совпадать по фазе, потому что при фазовом сдвиге 90 между током и напряжением нет передачи полезной мощности (усредненная за один цикл имеет место).Как вы хорошо знаете, энергетические компании тратят много сил на то, чтобы и напряжение в фазе (отсюда коэффициент мощности).

Это правда, что наклон синусоиды для тока и напряжения равен максимум при пересечении нуля. Я вижу, как это сочетается с V=LdI/dt. создается впечатление, что ток и напряжение должны быть не в фазе на 90. НО. Это происходит только для ненагруженного трансформатора, который выглядит как индуктор. Для реактивно нагруженного трансформатора вы уменьшите фазу угол уменьшается с увеличением нагрузки.Это легко для вас попробовать, сделать это!

Причина этого в том, что мы можем только (просто) применить закон Ампера вокруг контура, охватывающего половину каждой обмотки. В той ситуации, если вы рассмотрим Vprimary и d( N*Iprimary — Iвторичный)/dt, которые вы придумаете ситуация, которую вы описали, где разница этих токов и напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов. НО, (N*Iprimary-Isecondary) намного меньше, чем Iprimary (порядка 1%) для сильно нагруженного трансформатора.В такой ситуации доминирует токи (самых больших) компонентов могут быть в фазе и обычно так и есть.

Например, возьмем ненагруженный трансформатор 1:1, потребляющий 10 мА при включении. загружен. Назовем этот текущий Iinitial Ток и напряжение не совпадают по фазе на 90. Но если мы добавим 1 ампер к Iпервичная в то же время добавляет 1 ампер к Iвторичной в фазе с напряжением и друг друга (или 180 градусов в зависимости от полярности трансформатора соглашение), тогда d(Iprimary-Isecondary/1)/dt не меняется, это все еще просто ненагруженный ток Iinitial.Однако, если мы посмотрим на общий первичный ток трансформатора, Iprimary+Iinitial = 1cos(wt)+.01sin(wt), то это почти идеально совпадает по фазе с напряжением Vcos(wt)

Обратите внимание, что токи не обязательно должны быть в фазе, если мы нагрузим трансформатор. на выходе с большим конденсатором или маленькой индуктивностью гораздо большие токи будут течь, но фаза первичного тока изменится соответственно.

Если входное напряжение и токи не совпадают по фазе на 90 градусов, нет подается питание. Если входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов, то все, о чем все узнали трансформеры совершенно не так.2*загрузка. Вход мощность может быть рассчитана из Vp*Ip. Для идеального трансформатора эти два числа равны. Если между ними есть разность фаз, то это не может быть правдой. Булавка = Надуться! Не Pout=Pin*cos(theta).

Определения из учебника для идеальных трансформаторов:

 Vs=Vp*(Ns/Np)
Ip=Is*(Ns/Np)
Пин=Выход
 
Мне кажется вполне ясным, что разностей фаз быть не может (по крайней мере, для идеального трансформатора).

Измерения трансформатора

На основании [2]

Измерение кривой B-H

Вы можете легко отобразить кривую B-H трансформатора на осциллографе, который может отображать XY с помощью всего нескольких компонентов.Обогреватель трансформатор (Для тех, кто помнит вентили — или трубки, как местные скажем) используется в обратном порядке работает хорошо. Подайте на него 6,3 В переменного тока от другого аналог трансформатора.

R2 определяет ток в первичной обмотке (силу намагничивания) — он должен выбрать, чтобы дать пару вольт для оси X дисплея — a несколько ом.

R1 и C1 действуют как грубый интегратор, так как напряжение на вторичный трансформатор пропорционален скорости изменения магнитного поля а не само поле.Выберите R1, чтобы дать пренебрежимо малую нагрузку на трансформатор. (это могут быть сотни К) и C1 так, чтобы напряжение на нем было менее 5% от напряжения на вторичный трансформатора.

 Р1
-------- ----/\/\/\--|-- Область ввода Y
        )||( |
        )||( 240/120 = С1
 6,3 В )||( |
        )||(____________|___ Область действия Основание
        |
        |_________ Область ввода X
        |
        \
        /
        \ R2
        /
        |
------------------ Область применения
 
Например, вы можете использовать резистор 100 кОм и конденсатор 3 мкФ для этой схемы.

Другие идеи измерения трансформаторов

Вот некоторые основные измерения, чтобы узнать большинство параметров трансформатора:

  • 1. Сопротивление обмоток Pri/Sec можно измерить непосредственно мультиметром.
  • 2. Измерьте вторичное напряжение холостого хода с некоторым известным первичным напряжением. чтобы получить коэффициент поворота.
  • 3. Замкните вторичную обмотку амперметром и постройте первичную обмотку V против вторичной обмотки I. (Осциллограф на амперметре может пригодиться для проверки формы волны сек. на всякий случай.2)——-+ | | | E(t)Rl | | О———————————————————+ Напряжения холостого хода на моем трансформаторе показывают Ns/Np = 8,5. Другие измеренные значения:
     Rp = 144,5 Ом
    Rs = 2,13 Ом
    Е(т) = 14.2 = 2, что согласуется с Rs = 2,13 для
    хорошо продуманный трансформатор. Первичка должна иметь чуть больше обмотки
    площадь, чем вторичная.
     

    Измеренное реактивное сопротивление рассеяния (3 мГн) немного завышено. но не безосновательно для ламинированного трансформатора. Это слишком высоко для хорошо спроектированного тороида. Во всяком случае в измерениях нравится точность измерений необходимо учитывать.

    Текущие формы сигналов должны быть разумно близки синусоидальный в обоих тестах, в отличие от первичного тока холостого хода.

    Конструкция трансформатора и выбор для приложений

    Выбор типа сердечника трансформатора

    ПРЕИМУЩЕСТВА ТОРОИДОВ
    по сравнению с E-CORES
    Тороиды:
    • Более компактный, чем дизайн E-core
    • Стоимость материалов ниже благодаря использованию одного компонента
    • Более жесткая магнитная муфта - меньше рассеяния потока
    Электронные ядра:
    • Легче автоматизировать процесс намотки
    • Может крепиться шпильками на шпульки
    • Легче электрически изолировать несколько обмоток
    • Сердцевина может быть легко разделена для увеличения емкости накопления энергии

    Принципы проектирования силовых трансформаторов

    На основе [1]

    Я подозревал, что для экономии железа и веса большая часть мощности трансформаторы рассчитаны на работу прямо на грани насыщения, следовательно, все может развалиться (по крайней мере, трансформатор слышит больше) когда вы берете продукт, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, и питаете его частотой 50 Гц.

    Проектирование силового трансформатора требует осторожности, если требуется оптимизированная конструкция. нужный. Получить общее представление о конструкции силового трансформатора Я даю вам несколько приблизительных расчетных уравнений для мощности 50 Гц. трансформатор с использованием многослойного железного трансформатора E-core:

     первичных витка = 45 * первичное напряжение / площадь ядра
    
    вторичные витки = 48 * вторичное напряжение / площадь ядра
    
    площадь ядра = 1,1 * кв. м ( P )
     
    Где:
    • площадь сердечника = площадь поперечного сечения сердечника, проходящего через катушку, в квадратных сантиметрах.
    • первичное напряжение = переменное напряжение, подаваемое на первичную обмотку, в вольтах
    • вторичное напряжение = требуемое переменное напряжение на вторичной обмотке в вольтах
    • P = мощность трансформатора
    Вторичной нужно немного больше витков на напряжение потому что внутри сердечника трансформатора всегда есть какие-то потери и катушка провода.Больше витков вторичной обмотки компенсировало некоторые из этих потерь.

    Сечение провода в первичной и вторичной обмотках должно соответствовать допустимые перепады напряжения и нагрев внутри трансформатора. Как эмпирическое правило не пытайтесь протолкнуть более 2,5 ампер тока на квадратный миллиметр провода в катушках внутри трансформатора.

    Размер сердечника трансформатора должен определяться исходя из полная мощность трансформатора. Площадь ядра (как используется в уравнении выше) должен, по крайней мере, иметь значение согласно следующему уравнению (можно больше):

     площадь ядра = sqrt (мощность трансформатора в ваттах)
     

    Вот таблица размеров проводов для разных токов, подходящих для силовые трансформаторы:

     Ток Диаметр провода
    (мА) (мм)
    
    10 0,05
    25 0,13
    50 0,17
    100 0,25
    300 0,37
    500 0,48
    1000 0,7
    3000 1,2
    5000 1,54
    10000 2,24
     
    Если вы сделаете трансформатор, используя эти уравнения, вы проверьте его перед подключением к сети.Вообще в наши дни рекомендуется купить сетевой трансформатор в готовом виде и сделать так, чтобы уверены, что вы получаете продукт, который безопасен в использовании (выполняет все правила техники безопасности).

    Трансформаторы низкочастотные

    На основе [1]

    Общие формулы

    Для маломощных низкочастотных трансформаторов обычно можно определить, что отношение витков определяет коэффициент передачи напряжения. Для данного импеданса circuti необходимо определить минимальное сопротивление для определенного катушки трансформатора по следующей формуле:

     L = Z / (2 * пи * f)
     
    Где:
    • L = индуктивность первичной обмотки (вторичная разомкнутая цепь)
    • Z = полное сопротивление цепи
    • пи = 3.14159
    • f = самая низкая частота, на которой должен работать трансформатор
    Это рекомендуемое значение импеданса. Импеданс катушки может быть выше значения определяется этими уравнениями. Использование слишком высокой индуктивности как правило, не было бы особых проблем, но в целом это не очень хорошая идея, потому что много практических причин (длиннее первичная катушка, больше сопротивление, больше емкость, возможно по этим причинам более плохая ВЧ характеристика и т.д.).

    Фактическое количество витков, необходимое для получения необходимой индуктивности зависит от модели сердечника трансформатора и магнитного материала использовал его.Обратитесь к техническому описанию материала катушки, который вы используют для получения более подробной информации или его. Другой вариант - сначала подключите один тестовый кабель и измерьте его. Использование измерения результаты, вы можете определить, сколько витков необходимо для конкретная индуктивность. Общая приблизительная формула индуктивности (для катушек с сердечниками) для этого пригодится:

     Л = Н*Н*а
     
    Где:
    • L = индуктивность
    • N = количество витков
    • a = постоянное значение (определить значение по данным сердечника катушки или измерить его с помощью тестовой катушки)

    Если вы используете железное ядро ​​и вам нужно перенести некоторые мощности можно определить необходимый размер сердечника по формуле:

     Afe = sqrt ( P / (Bmax * S * f))
     
    Где:
    • Afe = площадь сердцевины (см^2)
    • P = максимальная передаваемая мощность
    • Bmax = максимальный магнитный поток в сердечнике (Вс/м^2) (обычно 4000 Гс = 0.2)
    • L1 = индуктивность первичной обмотки (Гн)
    • l = средняя длина силовых линий магнитного потока (см) (длина линии вокруг катушки, проходящей внутри сердечника)
    • u = относительная проницаемость магнитного материала (около 500 для обычного железа трансформатора)

    Вы можете определить количество витков на вторичной обмотке используя следующую формулу (ожидается КПД трансформатора 90%):

     N2 = 1,1 * U2 / U1 = 1,1 * sqrt (Z2 / Z1) =
     
    Где:
    • N1 = количество витков в первичной обмотке
    • N2 = количество витков вторичной обмотки
    • U1 = первичное напряжение
    • U2 = вторичное напряжение
    • Z1 = основное сопротивление
    • Z2 = вторичное сопротивление
    Для оптимальной работы трансформатора сопротивление катушек следует держать как можно ниже.Это означает, что вы должны использовать в качестве толстый провод, как вы можете. При выборе размера провода не забудьте оставить 30-50% объема катушки на изоляцию.
    Трансформаторы с воздушным зазором

    Если на первичной обмотке трансформатора протекает постоянный ток, первичная индуктивность уменьшается. Чтобы компенсировать эффект из этого (в схемах, где это проблема) ядро должен иметь небольшой воздушный зазор в сердечнике. На практике воздушный зазор следует выбирать равным примерно 1/1000 длины магнитных линий в сердечнике.2)

  • L1 = индуктивность первичной обмотки (Гн)
  • li = размер воздушного зазора (мм)
Обратите внимание, что эта формула дает гораздо большее число витков. для первичной обмотки, чем уравнение для трансформатора без воздушный зазор. Другие расчеты для трансформаторов выполнен как с трансформатором без воздушного зазора.

Импульсные трансформаторы

На основании [4]

Выбор согласующего трансформатора полного сопротивления

Согласование требуется для обеспечения максимальной передачи мощности от источник к нагрузке.Условие совпадения существует, когда:

 N = N2 / N1 = sqrt (Zl / Zs)
 
Где:
  • N = соотношение витков между первичным и вторичным
  • N1 = количество витков в первичной
  • N2 = количество витков вторичной обмотки
  • Zs = импеданс источника сигнала
  • Zl = полное сопротивление нагрузки трансформатора
В реальном мире согласующий трансформатор будет иметь собственный шунт. импеданс к источнику. Величина этого импеданса будет зависеть от первичная индуктивность и частота работы.Это должно быть большим по сравнению с импедансом источника. Коэффициент безопасности 5 должно быть достаточно для большинства приложений. Так что подходящий значение индуктивности первичной катушки можно рассчитать с помощью следующая формула:
 Lp = 5*Zs/(2*pi*fmin)
 
Где:
  • Lp = первичная индуктивность
  • Zs = импеданс источника
  • fmin = минимальная частота, которую необходимо передать через трансформатор
  • пи = 3,14159
Если выбрана слишком высокая первичная индуктивность, паразитные компоненты (шунтирующая емкость, индуктивность утечки и т. д.).) сговориться снизить высокочастотные характеристики схемы.
Процедуры выбора согласующих трансформаторов импульсов

Необходимо проверить наличие искажений импульса при выборе трансформатор. Существует максимальная площадь импульса, которую данный трансформатор может передавать. Это известно как константа Et. Следующие формулы описывают, как это можно оценить из известная форма импульса

 Et = Vp * tpw

  Lp = R * tpw / Ln (I - D)

  D = дельта / Vp = 1 - exp (-R * tt / Lp)

  0 < тт < трв
 
Где:
  • tpw = наихудшая (максимальная) длительность передаваемого импульса
  • Vp = импульсное напряжение (напряжение сверху вниз)
  • дельта = насколько может опускаться верхушка импульса
  • tt = время активности вершины импульса (tpw - начальный и конечный наклоны)
  • D = провисание (обычно допускается 10&)
  • R = параллельная комбинация импеданса источника и отраженной нагрузки (для согласованного случая это половина импеданса источника)
Стоит отметить, что если нельзя установить верхний предел длительности импульса (tpw) тогда нельзя будет использовать трансформатор в этом приложении потому что трансформаторы не работают с постоянным током.Если выбрана слишком высокая константа Et, полная ширина импульса не будет передается, и трансформатор вызовет чрезмерную нагрузку из-за насыщения. И наоборот, слишком высокая константа Et принесет сопутствующие высокие паразитные емкости и индуктивности что приведет к плохому времени нарастания сигнала.

Другим искажением, которое следует проверить, является спад. Падение по отношению к длительности импульса, первичное индуктивность и полное сопротивление системы. Если иначе указанное падение на 10% обычно допустимо.Здесь снова чрезмерная индуктивность приводит к паразитам и их сопутствующие проблемы.

Из предыдущего описания мы можем предложить стратегию что должно позволить нам выбрать правильные компоненты в большинство приложений.

  • 1. Определите полное сопротивление системы Zs и Zl
  • 2. Определите минимальную рабочую частоту (fmin)
  • 3. Определите максимальную ширину импульса (tpw) и напряжение (Vp)
  • 4. Рассчитайте соотношение витков по формуле: N = sqrt (Zl / Zs)
  • 5.Рассчитайте минимальную первичную индуктивность по формуле: Lp(min) = 2,5 * Zs / (2 * pi * fmin)
  • 6. Рассчитайте минимальную константу Et по формуле: Et(min) = Vp * tpw
  • 7. Убедитесь, что падение является приемлемым (вероятно < 10%): D = 1 - exp ( -Zs * tpw / (2*Lp))
  • 8. Если отклонение недопустимо, пересчитать Lp из: Lp = - Zs * tpw / (2 * Lp)
  • 9. Выберите устройство, соответствующее указанным выше характеристикам, с наименьшими значениями индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости.

Приближения, сделанные в формулах, что стратегия имеет свои ограничения но ошибки обычно незначительны.

Трансформаторы для тиристорных приводов

Трансформаторы используются в тиристорных приводах для обеспечения изоляции схема управления и преобразование напряжения/тока. Для тиристора для включения затвор необходимо удерживать на высоком уровне до тех пор, пока ток в тиристоре не превысит ток удержания устройства. Это время зависит от самого устройства и характеристики нагрузки. Резистивная нагрузка будет иметь быстрый рост тока времени и, следовательно, требуют более узкого импульса, чем для индуктивной нагрузки.К сожалению, большинство приложений предназначено для моторных приводов, и это часто бывает трудно определить цифру максимальной длительности импульса.

Также важно следить, чтобы тиристор не включался слишком медленно. Это приводит к локальным «горячим точкам» в устройстве и преждевременному отказу устройства. Это требование означает, что трансформатор должен иметь минимальную утечку индуктивность насколько это возможно.

Для приложений, где используются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). устроиться на работу следует помнить, что это очень сложно, если не невозможна работа импульсных трансформаторов и более 60% коэффициента деления.Причина этого в том, что трансформатору требуется время для сброса. между импульсами.

Подробная информация об использовании трансформаторов в электронных конструкциях

На основании [2]

Низкое искажение сигнала

Да, при использовании следует остерегаться искажения нижнего изгиба. трансформаторы с кремниево-железным сердечником для аудиоприложений за пределами их технические характеристики. В обычном случае используется слишком большой трансформатор, так что индукция при низких уровнях сигнала минутная.Это также может произойти с никель-железные сердечники, но только при очень низких индукциях.

Когда учащиеся впервые знакомятся с кривой гистерезиса, S-образная Сначала обычно рисуется «начальная кривая намагничивания», затем петля ЧД. После этого S-образность исходной кривой забывается, но это Нижний изгиб все еще там, ждет, чтобы укусить вас!

Что касается линейности кривой при низкой интенсивности, мы все знаем, что кривая B-H выравнивается вверху, но я думаю, вы обнаружите, что вокруг происхождение также.

Например, это может произойти, когда вы уменьшили первичный сигнал на 80 дБ, вторичный сигнал может быть уменьшен, например, на 81 дБ. Т Действительно, кривая BH имеет уплощение около нуля. Эта проблема может быть уменьшена за счет использования воздушного зазора правильного размера в сердечнике трансформатора, что позволяет получить, например, линейность более 80 дБ.

Информация о трансформаторах, используемых в импульсных источниках питания

Выходное напряжение высокочастотного трансформатора та же форма сигнала (не обязательно напряжение), что и входной сигнал (утечка и т. д. игнорируется).На самом деле вторичный ток может быть «ощущен» или измерен от первичной обмотки, как это обычно бывает для системы управления режимом тока или даже схемы контроллера режима напряжения с защитой от перегрузки. вторичный напряжение и ток полностью совпадают по фазе с первичным напряжением и ток.

Ниже приведено то, что, я надеюсь, понятно в виде типичных сигналов напряжения и тока. для двухфазного прямого преобразователя SMPS:

                 |-------| |------
                 | | |
Пвольты ---| |---| |---|
                             | |
                             |--------|

                        /| /|
                       / | / |
                      / | / |
                     / | / |
                    / | / | /
                   / | / | /
                  / | / | /
Текущий / | / | /
                / |---/ |---/
 
Вы, без сомнения, узнаете форму волны тока катушки индуктивности в первичной обмотке. текущая форма волны выше.Все дело в том, что ввод и формы выходного напряжения и тока полностью совпадают по фазе (игнорируя утечка L C и т. д. и т. д.).

В чем разница между ламинированным и тороидальным трансформатором?

Принципиальной разницы между тороидальным трансформатором и трансформатором нет. обычный трансформатор. Оба работают одинаково. В принципе разница только в механической форме трансформатора.

Основное отличие состоит в том, что традиционный трансформатор и тороидальный трансформатор намотан на другой сердечник трансформатора.В традиционных трансформаторах обычно используются так называемые «E»-сердечники. которые сделаны из штабелей железа. Трансформатор Toroidla использовал тороидальный сердечник трансформатора (форма «О»). торрид сердечник обеспечивает замкнутую магнитную цепь и не теряет магнитного потока в свободное пространство, как если бы то же самое ядро ​​имело форму стержня. потерянный поток - это потерянная энергия, поэтому торрид обеспечит более высокую индуктивность, более тесная связь, более высокая эффективность и более высокая добротность, и так далее. Вся концепция заключается в том, чтобы физически сконцентрировать поток там, где он необходим.Кроме того, поскольку поток концентрируется в сердечнике, компоненты, которые обычно на них влияет нахождение рядом с катушкой индуктивности/трансформатором, можно установить ближе к торриду, а торрид, как правило, будет меньше чем индуктор или трансформатор с более традиционными формами сердечника.

Тороиды обычно изготавливаются из более тонкой полосы кремния более высокого качества. железа, и у них действительно непрерывная магнитная цепь. Это основные характеристики, обеспечивающие меньшие потери и почти нулевые внешнее магнитное поле, которые являются обычными причинами для выбора, часто более дорогостоящий тороидальный трансформатор, чем трансформатор с многослойным сердечником.

В принципе идеальная тороидальная обмотка не имеет внешнего магнитного поля. и на практике тороидальные трансформаторы имеют более низкие внешние поля, но разработчики трансформаторов склонны проектировать тороиды так, чтобы они работали ближе к насыщение, которое увеличивает внешнее поле, в значительной степени устраняя преимущество.

Тороиды популярны в усилителях Hi-Fi, потому что они позволяют предъявлять претензии. о слабом внешнем поле и, что гораздо важнее, потому что вес намотанного тороидального трансформатора меньше эквивалентного обычный трансформатор.

«Сплющенный» профиль тороидального трансформатора также придает ему площадь поверхности на единицу ВА больше, чем у обычного трансформатора, поэтому он рассеивает больше тепла на единицу повышения температуры, что разработчики используют их, запуская их при более высокой плотности тока.

Детали силового трансформатора

Когда сердечник трансформатора насыщается, он теряет свои индуктивные характеристики; ток первичной обмотки может достигать чрезвычайно высоких значений в течение нескольких циклов переменного тока. Поскольку трансформаторы остаются поляризованными при выключении, возникновение насыщения зависит от полярности и фазового угла цикла переменного тока при включении и выключении цепи.

Насыщение сердечника трансформатора может привести к необъяснимому перегоранию предохранителей, системным сбоям или преждевременному выходу из строя переключателей и реле. Кроме того, по пусковому току насыщения трансформатора от источника питания также может быть вызван импульсом начального заряда конденсаторов фильтра.

Используя резистор, пусковое устройство или индуктивный входной фильтр во вторичной обмотке, вы можете уменьшить этот пусковой выброс. Другим решением является плавный пуск трансформатора с помощью резистора в первичной обмотке для ограничения пусковых токов и токов насыщения до приемлемого уровня.

Источники информации

  • [1] Ханну Миеттинен, Kytnnn Elektroniikkaa, Infopress, 1976
  • [2] Различные новостные статьи Usenet
  • [3] Различные веб-документы
  • [4] Книга заметок по применению компонентов Newport
  • [5] Интеллектуальный выключатель отключает ток включения трансформатора, EDN 23 апреля 1998 г.

автор: Томи Энгдаль


Конический импульсный трансформатор с воздушным сердечником и высоким коэффициентом трансформации

Синь Цзяци, Ли Минцзя, Кан Цян.Высокий коэффициент трансформации и конический спиральный импульсный трансформатор с воздушным сердечником[J]. Лазер высокой мощности и пучки частиц, 2010, 22.

Ссылка: Синь Цзяци, Ли Минцзя, Кан Цян. Высокий коэффициент трансформации и конический спиральный импульсный трансформатор с воздушным сердечником[J]. Лазер высокой мощности и пучки частиц , 2010, 22.

Синь Цзяци, Ли Минцзя, Кан Цян.Высокий коэффициент трансформации и конический спиральный импульсный трансформатор с воздушным сердечником[J]. Лазер высокой мощности и пучки частиц, 2010, 22.

Ссылка: Синь Цзяци, Ли Минцзя, Кан Цян. Высокий коэффициент трансформации и конический спиральный импульсный трансформатор с воздушным сердечником[J]. Лазер высокой мощности и пучки частиц , 2010, 22.
  • 1.

    Институт прикладной электроники, CAEP, почтовый ящик 919-1015, Мяньян 621900, Китай

  • Аннотация

    Теоретически проанализированы выходные характеристики импульсного трансформатора с воздушным сердечником на конической спиральной обмотке.Параметры эквивалентной схемы рассчитываются для оптимизации выходных напряжений. Создан компактный спиральный импульсный трансформатор с воздушным сердечником с высоким коэффициентом трансформации, который можно использовать в сверхширокополосной системе. Трансформатор можно заряжать от промышленной сети вместо источника высокого напряжения. Экспериментальный результат показывает, что выходное напряжение на ФЛ достигает 350 кВ при входном напряжении зарядного конденсатора 800 В при коэффициенте трансформации 1∶700 и коэффициенте связи 0,52. Результат согласуется с расчетом.

  • Каталожные номера

  • Пропорциональные виды

  • .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.