Мощность ферритового трансформатора: Габаритная мощность ферритового сердечника — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Габаритная мощность ферритового сердечника

Здравствуйте, гость Вход Регистрация. Правила Форума «Электрик». Файловый архив форумов. Искать только в этом форуме? Дополнительные параметры.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Как рассчитать трансформатор на ферритовом кольце?

Двухтактные преобразователи (упрощенный расчет) (стр. 3 )

Как сделать расчет трансформатора. Расчёт и изготовление силового трансформатора

Ферритовые сердечники

Трансформаторы, индуктивности, дроссели

Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн

Трансформаторы, индуктивности, дроссели

Расчет трансформаторов – Радиолюбительская азбука

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Намотка и расчет трансформатора. ПОДРОБНО!

Как рассчитать трансформатор на ферритовом кольце?

Решил попробовать сделать на сердечнике Pot core. Но нигде не смог найти как расчитать его габаритную мощность. Подозреваю, что должно быть похоже на расчет кольца или Ш-образного, но все же сомнения есть. Уж больно различаются площади центрального керна и стенки чашки. Вполне возможны какие-то нюансы в расчетах. Кто-нибудь сталкивался с подобным. Частота примерно кГц. Режим непрерывного тока. Там есть закладка расчета мощности. Трансформатор — таки да, а дроссель — нет. Расчёт можно глянуть, например, у Мелешина «Транзисторная преобразовательная техника».

Зазор по-любому нужен. А проверить проще всего по теплу. Если сопротивление меди даст потери на рабочем токе не более 2 Вт — все ОК. Дроссель лучше рассчитывать на двойную амплитуду индукции 0,,2 Тл, среднюю — ок.

Грубо, моща через дроссель пройдет в 2 раза большая, чем через транс обратнохода с той же индукцией и при той же частоте. Обмоток у транса две, а у дросселя одна. Книга как раз отвратительная. Автор вообще не шарит в теме. Профессионал это сразу заметит, а начинающего книга может здорово и надолго запутать, т. Формулы там, конечно, правильные, т. Правильные расчеты приводятся в справочнике по микросхемам для ИИП издательства Додека, кроме того можно почитать Application Notes от Power Integrations.

Но это ИМХО для тех кто забыл или не знает вузовский курс электротехники и не хочет вспоминать. Сам не так давно основательно освежил это в памяти, и столько нового узнал ;.

Силовые дроссели никогда не делаются на феррите без зазора. Рекомендую снизить частоту раза в 3 и применить кольцо из порошкового железа. Так намного проще получить работающую конструкцию, не спалив при наладке ящик деталей. На Вт ему, похоже, надо выдрать кольцо дросселя из компового БП. Но феррит мне тоже нравится. А насчет спалить — если у него есть режим токового ограничения, правильная индукция и шотка как обратный диод — все должно работать.

Kittin, имхо, книжка прикольная, если не доверять рассчетам автора. Чисто почитать о принципе действия разных преобразователей — на это годится. Типа, научно-популярная :. О рассчете по аналогии с трансом обратнохода — забыл сказать, зазор надо в 2 раза больше, чем у транса. А так все должно быть ОК. Сейчас уже индакторы для баков все чаще делают на мю-пермаллое Здесь потери на перемагничивание не очень существенные правда, при низких выходах — и с насыщением никаких проблем!

Стандратные полудюймовые дроссели от вшей, сделанные на пермаллое, прекрасно работают и на трехстах килах Так что бело-желтое кольцо материал 26 от майкромиталс из компового питателя — правильный выбор и на сотне кил! А вообще, лучше подходить творчески к выбору индуктивности для бака — диапазон оптимальных индуктивностей может очень сильно варьироваться в каждом конкретном случае.

Извиняюсь, я как-то не упомянул про зазор, потому что это типа само собой разумеется. Дроссель таки Хорошая книжка, в плане понимания принципов. Спасибо, я раньше ее скачал и распечатал. При надобности заглядываю. Я расчитывал потери по меди, у меня чуть больше ватта получилось. Это скин-эффекту. Активное сопротивление там липовое, даже считать не стал.

И почему 0,2Т это двойная амплитуда индукции? Насыщение у него 0,4Т примерно, я и решил задать 0,2Т максимум? Или я что-то не прнимаю? Ну если читать только одну книжку, то можно долго в тему въезжать. Я обложился литературой со всех сторон. Вот за формулами я туда и хожу Кстати, вот нее заглянуть у меня мозгов не хватило. Спасибо за мыслю. Про зазор я уже говорил выше. А вот по поводу снижения частоты, это из области мечт.

Понятно, что на кГц снижаются паразитные эффекты в феррите и меди, но тогда обмотки надо больше мотать, чтобы выйти на нужную индуктивность. Вылезают активные потери Кольцо, эт замечательно, сам думал над этим.

Не технологично и дорого. Один дроссель намотаю, а если надо? Я уже говорил, что кольцо это рулез, но цена и технологичность не ахти. Если я правильно помню, то й материал рекомендуют до кГц. А у меня кГц. Есть у них й или й, не помню , но там цена еще выше. На выходе у него кондер, так что сглаживание есть, но опять проблема. Или кондер больше а следовательно и ESR кондера больше , или вшивый кондер, но дроссель покрупнее и индуктивностью побольше Ну, вот если в двух словах как считать.

Сначала потребная индуктивность. Можно считать как для прямого, так и для обратного хода, в данном случае подставляются одинаковые цифры. Допустим, для обратного хода: в индуктивности L ток должен измениться на I за время Toff под приложенным напряжением Uout один конец дросселя на земле, «прижат» диодом, второй конец на выходном напряжении.

Вообще говоря, размах никакой, и потери в феррите тоже будут никакие. При желании можно посчитать по номограмме на феррит. Дальше смотрим какой максимально жирный провод влезет в окно.

С учетом плотности укладки скорее всего влезет только провод 0. Средняя длина витка примерно 26мм, то есть общая длина провода 7,7м. Скин эффект, может, и увеличит немного потери, но все равно здесь ничего с этим не поделать, и на общем фоне — крохи.

Насчет двойной мощности — очень просто. У транса обратнохода прямой импульс идет через первичную обмотку, обратный — через вторичную. Получается, половинки обьема меди используются по очереди. В дросселе обмотка одна, весь обьем меди используется одновременно. Получается, та же мощность в дросселе вызывает вдвое меньшие потери. Но насчет двух раз я ошибся :. Чтобы получить те же потери, общий ток мощность нужно увеличить в корень из двух.

Ну а поскольку намагничивающая сила в корень из двух больше, то и зазор надо увеличить в корень из двух. Тогда индукция будет та же. Витки и индукция у Bludger правильные, но средняя индукция выходит 0,14 Тл, а двойная! В окно, получается, запросто влезет витков 0,3 мм провода м , сопротивление 3 Ом.

Потери меньше 1 Вт. Пусть 15 мГн, 20 кГц. Двойная ампл. А 0,18 А запросто пропустит эл. Стало быть, дроссель получается такой могучий, что работать будет при 20 кГц, и при 10 к может :. Единственно, нарастание и спад тока медленные. Я обычно даю двойную ампл.

Это дает макс. You need to be a member in order to leave a comment.

Двухтактные преобразователи (упрощенный расчет) (стр. 3 )

Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом. А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами. При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один — массогабаритные показатели. Всё остальное — сплошной минус. Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований. Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR и IR, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.

И так по этой формуле мы оценим реальную габаритную мощность трансформатора и прикиним что можем выжать с этого сердечника.

Как сделать расчет трансформатора. Расчёт и изготовление силового трансформатора

Следует отметить, что на частотах — ниже 10 кГц габариты электромагнитных элементов оказываются завышенными, что и определяет ограничение применения. Ферриты имеют большое, удельное сопротивление, следовательно и пренебрежимо малые потери на вихревые токи. Поэтому КПД трансформаторов обычно лежит в пределах 0, Из последних разработок наиболее перспективными являются ферриты марок НМС1 и НМС2 как имеющие, в отличие от остальных марок, отрицательную температурную зависимость потерь. Ферриты НМС1 и НМС обладают малыми значениями потерь в сильных магнитных полях в диапазоне частот, принятых в телевизионной технике, повышенной магнитной нндукцией при высоких температурах окружающей среды и при подмагничивании. В области средних полей до Нт включительно с ростом индукции растет и проницаемость, что обуславливает медленный рост потерь. При переходе в область сильных полей проницаемость начинает уменьшаться и уже не компенсирует рост индукции, вследствие чего потери резко возрастают.

Ферритовые сердечники

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка.

Кольцевые ферритовые сердечники дешевы. Недостатками тороидальных ферритовых колец является более высокая трудоемкость намотки, необходимость изоляционного покрытия сердечника отечественные сердечники выпускаются без изоляционного покрытия, импортные ферритовые сердечики — ферритовые кольца — как без покрытия, так и с изоляционным покрытием.

Трансформаторы, индуктивности, дроссели

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки. Это когда лень считать витки. Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки? Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты? Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра. Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники.

Расчет трансформатора на стержневом сердечнике в онлайн

Прежде всего этот листок я составлял для себя, чтобы как то более-менее свободно ориентироваться в размерах и ценах. Чтобы иметь представления о том, что это за феррит размеры были сведены в таблицу и обозначены согласно программам «Старичка» Владимира Денисенко. Итак, обозначение размеров приведено ниже, еще ниже таблица с размерами и примерами расчетов. За базовые чатоты были взяты 30 кГц и 50 кГц. Выше я стараюсь не лезть и Вам не советую, ну а ниже 30 как бы можно в звуковой диапазон попасть — одна октава вниз — 15 кГц, а это уже многие слышать, следовательно можно получить звук если не на силовом трансформаторе, то на фильтрах вторичного питания. При увеличении потребляемой мощности габаритная мощность трансформаторов несколько увеличивается, особенно это заметно при увеличении вторичного напряжения, поскольку витков на вторичной обмотке становится больше и увеличивается связь магнитных потоков. В таблице же приведены габаритные мощности при выходном напряжении 10 вольт и токе 1 ампер. Сделано это для получения общей информации о сердечнике.

В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше По таблице его габаритная мощность свыше ватт, что более чем.

Трансформаторы, индуктивности, дроссели

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок. В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: К D x d x H.

Расчет трансформаторов – Радиолюбительская азбука

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Расчет тороидального трансформатора

Чтобы намотать импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике на любую мощность, необходимо провести предварительный, прикидочный расчет. И так далее Витки всех обмоток не влезут в его окно. Чтобы получить мощность ватт, нужно брать больше размер кольца. Для определения количества витков в обмотках трансформатора, необходимо определить число витков на 1 вольт, исходя из площади Sк.

Войдите , пожалуйста.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

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.

Габаритная мощность ферритового сердечника. Расчет трансформатора на Ш — образном ферритовом сердечнике. Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения. Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности.

Следующая упрощенная методика позволяет рассчитать основные параметры импульсного трансформатора выполненного на кольцевом магнитопроводе.

Расчет габаритной мощности трансформатора

где Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2; Sw — площадь окна сердечника, см2; f — f — частота колебаний, Гц; Bмах — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых и никель-цинковых ферритов на частотах до 100 кГц.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита
Параметр	6000НМ	4000НМ	3000НМ	2000НМ	1500НМ	1000НМ
	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
Параметр	200НН	1000НН	600НН	400НН	200НН	100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Для расчета площади поперечного сечения магнитопровода и площади окна сердечника магнитопровода используются следующие формулы:

Sc = (D — d) ⋅ h / 2

Sw=(d / 2)2 π

где D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d — внутренний диаметр; h — высота кольца;

2. Расчет максимальной мощности трансформатора

Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:

Pмах = 0,8 Pгаб

3. Расчет минимального числа витков первичной обмотки W1

Минимальное число витков первичной обмотки W1 определяется максимальным напряжением на обмотке U1 и допустимой индукцией сердечника Bмах:

4. Расчет эффективного значения тока первичной обмотке:

Эффективное значение тока первичной обмотки рассчитывается по формуле:

I1 = Pмах / Uэфф

При этом следует учитывать, что Uэфф = U1 / 1,41 = 0,707U1, так как Uэфф это действующее значение напряжения, а U1 максимальное значение напряжения.

5. Расчет диаметра провода в первичной обмотке:

где I1 — эффективное значение тока в первичной обмотке, A ; j — плотность тока, А/мм2;

Плотность тока зависит от мощности трансформатора, рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4..5 кВА плотность тока не превышает 1..2 А/мм².

Для справки в таблице приведены данные плотности тока в зависимости от мощности трансформатора

Pн, Вт	1 .. 7	8 .. 15	16 .. 40	41 .. 100	101 .. 200
j, А/мм 2	7 .. 12	6 .. 8	5 .. 6	4 .. 5	4 .. 4,5

6. Эффективное значение тока вторичной обмотки (I2), кол-во витков во вторичной обмотке (W2) и диаметр провода во вторичной обмотке (d2) рассчитывается по следующим формулам:

I2 = Pмах / U2эфф

где Uвых — выходное напряжение вторичной обмотки, Рмах — максимальная выходная мощность трансформатора, так же следует учитывать, что значение Pмах можно заменить на мощность нагрузки при условии, что мощность нагрузки будет меньше максимальной выходной мощности трансформатора.

W2 = (U2эфф*W1) / Uэфф

Исходя из всех выше перечисленных формул (с учетом плотности тока зависящим от мощности трансформатора) можно примерно рассчитать основные параметры импульсного трансформатора, для удобства рассчетов можно воспользоваться онлайн калькулятором.

Данная статья является упрощенной методикой расчета импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя, все формулы и онлайн-калькулятор позволяют рассчитать примерные намоточные данные импульсного трансформатора , так как трансформатор имеет много взаимозависимых параметров.
При обнаружении ошибок в формулах, методике их применения и другие замечания просьба оставлять в комментариях.

После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией.

Таблица данных обмоточных проводов.

Диаметр без изоляции, мм	Сечение меди, мм²	Диаметр с изоляцией, мм
0,03	0,0007	0,045
0,04	0,0013	0,055
0,05	0,002	0,065
0,06	0,0028	0,075
0,07	0,0039	0,085
0,08	0,005	0,095
0,09	0,0064	0,105
0,1	0,0079	0,12
0,11	0,0095	0,13
0,12	0,0113	0,14
0,13	0,0133	0,15
0,14	0,0154	0,16
0,15	0,0177	0,17
0,16	0,0201	0,18
0,17	0,0227	0,19
0,18	0,0255	0,2
0,19	0,0284	0,21
0,2	0,0314	0,225
0,21	0,0346	0,235
0,23	0,0416	0,255
0,25	0,0491	0,275
0,27	0,0573	0,31
0,29	0,0661	0,33
0,31	0,0755	0,35
0,33	0,0855	0,37
0,35	0,0962	0,39
0,38	0,1134	0,42
0,41	0,132	0,45
0,44	0,1521	0,49
0,47	0,1735	0,52
0,49	0,1885	0,54
0,51	0,2043	0,56
0,53	0,2206	0,58
0,55	0,2376	0,6
0,57	0,2552	0,62
0,59	0,2734	0,64
0,62	0,3019	0,67
0,64	0,3217	0,69
0,67	0,3526	0,72
0,69	0,3739	0,74
0,72	0,4072	0,78
0,74	0,4301	0,8
0,77	0,4657	0,83
0,8	0,5027	0,86
0,83	0,5411	0,89
0. 86	0,5809	0,92
0,9	0,6362	0,96
0,93	0,6793	0,99
0,96	0,7238	1,02
1	0,7854	1,07
1,04	0,8495	1,12
1,08	0,9161	1,16
1,12	0,9852	1,2
1,16	1,057	1,24
1,2	1,131	1,28
1,25	1,227	1,33
1,3	1,327	1,38
1,35	1,431	1,43
1,4	1,539	1,48
1,45	1,651	1,53
1,5	1,767	1,58
1,56	1,911	1,64
1,62	2,061	1,71
1,68	2,217	1,77
1,74	2,378	1,83
1,81	2,573	1,9
1,88	2,777	1,97
1,95	2,987	2,04
2,02	3,205	2,12
2,1	3,464	2,2
2,26	4,012	2,36

Здравствуйте уважаемые коллеги!!

Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках . Теперь расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».

Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора, напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.
Смотреть схему .

Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора. Магнитопровод с зазором используется только в однотактных ИБП.

Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки. Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример.

Первый пример .

Выберем из ферритовых сердечников №17, Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.
Окно Sо = 150 мм.кв. Расчетная мощность 200 ватт.
Количество витков на 1 вольт у этого сердечника будет: n = 0,7/Sк = 0,7 / 0,56 = 1,25 витка.
Количество витков в первичной обмотке трансформатора будет: w1 = n х 145 = 1,25 х 145 = 181,25. Примем 182 витка.
При выборе толщины провода для обмоток, я исходил из таблицы « ».
В своем трансформаторе я применил, в первичной обмотке, провод диаметром 0,43 мм. (провод большим диаметром не умещается в окне). Он имеет площадь сечения S = 0.145 мм.кв. Допустимый ток (смотреть в таблице) I = 0,29 A.
Мощность первичной обмотки будет: Р = V x I = 145 х 0,29 = 42 ватта.
Поверх первичной обмотки необходимо расположить обмотку связи. Она должна выдавать напряжение v3 = 6 вольт. Количество витков ее будет: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 витка. Примем 7 витков. Диаметр провода 0,3 — 0,4 мм.
Затем мотается вторичная обмотка w2. Количество витков вторичной обмотки зависит от необходимого нам напряжения. Вторичная обмотка, например на 30 вольт, состоит из двух равных полуобмоток, w3-1 и w3-2 ).
Ток во вторичной обмотке, с учетом КПД (k=0,95) трансформатора: I = k xР/V = 0,95 x 42 ватта / 30 вольт = 1,33 А;
Подберем провод под этот ток. Я применил провод, нашедшийся у меня в запасе, диаметром 0,6 мм. Его S = 0,28 мм.кв.
Допустимый ток каждой из двух полуобмоток I = 0,56 А. Так, как эти две вторичные полуобмотки работают вместе, то общий ток равен 1,12 А, что немного отличается от расчетного тока 1,33 А.
Количество витков в каждой полуобмотке для напряжения 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 1,25 х 30 = 37,5 вит.
Возьмем по 38 витков в каждой полуобмотке.
Мощность на выходе трансформатора: Рвых = V x I = 30 В х 1,12 А = 33,6 Ватт, что с учетом потерь в проводе и сердечнике, вполне нормально.

Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв.

Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности.

Второй пример.
Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17, Ш 7,5 х 7,5 .

При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.
Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв. Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.
Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:
w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35. Примем 92 витка.

В обмотке обратной связи w3, для 6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка.
Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.
Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19 витков.
Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв., ток 0,56 А.
С этим проводом мощность первичной обмотки будет: Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.
Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. 0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера. Для двух полуобмоток ток во вторичной обмотке равен 2,72 ампера.
Мощность вторичной обмотки Р2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 ватт.
Провод диаметром 0,9 мм. немного великоват, подходит с большим запасом, это не плохо.

Провод для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм. кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток.
Общий вывод из этих расчетов таков:
— при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк» в два раза при той же площади окна «Sо».
— число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется.
— первичная обмотка w1 с 182 витков уменьшается до 92 витка;
— вторичная обмотка w2 с 38 витков уменьшается до 19 витков.

Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза.

Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас.

Нужно иметь в виду, что трансформаторы, по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт. ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение.

Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником и пример-2, с двумя сложенными сердечниками . Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно.

Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам.
Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему .
Выходное напряжение (а следовательно и выходная мощность) зависят от многих причин:
— емкости сетевого электролитического конденсатора С1,
— емкостей С4 и С5,
— падения мощности в проводах обмоток и в самом ферритовом сердечнике;
— падения мощности на ключевых транзисторах в генераторе и на выходных выпрямительных диодах.
Общий коэффициент полезного действия «k» таких импульсных блоков питания около 85%.
Этот показатель все же лучше, чем у выпрямителя с трансформатором на стальном сердечнике, где k = 60%. При том, что размеры и вес ИБП на феррите существенно меньше.

Порядок сборки ферритового Ш — трансформатора.

Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.
Как изготовить « » смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю.
Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную.
На каркас сначала мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д. На начало и конец провода надевается тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился.
Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи w3. Обмотка w3 имеет мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки. Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания.
Намотка ведется сразу двумя проводами (две полуобмотки), виток к витку в ряд, затем слой бумаги или скотч и второй ряд двух проводов. ПВХ трубку на концы провода можно не надевать, т.к. провод толстый и ломаться не будет. Готовый каркас снимается с оправки и надевается на ферритовый сердечник. Предварительно проверьте сердечник на отсутствие зазора.
Если каркас туго одевается на сердечник, будьте очень осторожны, феррит очень легко ломается. Сломанный сердечник можно склеить. Я клею клеем ПВА, с последующей просушкой.
Собранный ферритовый трансформатор, для крепости, стягивается по торцу скотчем. Нужно проследить, чтобы торцы половинок сердечника совпали без зазора и сдвига.

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

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

Великая битва или какой материал выбрать?

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

Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?

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

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

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

Насыщение

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

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

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

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

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

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

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

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

Несколько слов об альсифере и чем он отличается

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

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

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

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

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 кратце — зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост» , там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:

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

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

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

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

Привожу пример расчета на 2 кВт:

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

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/мм 2 . Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм 2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм 2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.

2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0. 6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект

Скин-эффект

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

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

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

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

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

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

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

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…

Импульсные трансформаторы (ИТ) являются востребованным прибором в хозяйственной деятельности. Часто устанавливают в блоки питания бытовой, компьютерной, специальной техники. Импульсный трансформатор своими руками создают мастера с минимальным опытом работы в области радиотехники. Что это за устройство, а также принцип работы будут рассмотрены далее.

Область применения

Задача импульсного трансформатора заключается в защите электрического прибора от короткого замыкания, чрезмерного увеличения значения напряжения, нагрева корпуса. Стабильность блоков питания обеспечена импульсными трансформаторами. Подобные схемы применяются в триодных генераторах, магнетронах. Импульсник применяется при работе инвертора, газового лазера. Данные приборы устанавливают в схемах в качестве дифференцирующего трансформатора.

Радиоэлектронная аппаратура основана на трансформаторной способности импульсных преобразователей. При использовании импульсного блока питания организовывается работа цветного телевизора, обычного компьютерного монитора и т. д. Помимо обеспечения потребителя током требуемой мощности и частоты, трансформатором выполняется стабилизация значения напряжения при работе оборудования.

Видео: Как работает импульсный трансформатор?

Требования к приборам

Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.

Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.

Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.

Принцип работы

Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию. Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью. Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.

На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы. Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке. Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

Спиральные.
Цилиндрические.
Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая, технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Преимущества

Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.

Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:

Малый вес.
Низкая цена.
Повышенный уровень КПД.
Расширенный диапазон напряжения.
Возможность встроить защиту.

Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.

Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.

Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками. Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.

Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.

Разновидности материалов

Представленное оборудование изготавливается из различных материалов. Создавая блоки питания представленного типа, потребуется рассмотреть все возможные варианты. Применяются следующие материалы:

Электротехническая сталь.
Пермаллой.
Феррит.

Одним из лучших вариантов является альсифер. Однако его практически не найти в свободной продаже. Поэтому, желая создать оборудование самостоятельно, его не рассматривают в качестве возможного варианта.

Чаще всего для создания сердечника применяется электротехническая сталь марок 3421-3425, 3405-3408. Магнитно-мягкими характеристиками известен пермаллой. Это сплав, который состоит из никеля и железа. Его легируют в процессе обработки.

Для импульсов, интервал которых находится в пределах наносекунды, используется феррит. Этот материал имеет высокое удельное сопротивление.

Расчет

Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.

Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:

П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².

На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:

Д = 78/181 = 0,43 мм.

Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:

ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.

На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.

Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.

От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.

Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.

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.

9. На числах витков обмоток в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с числом слоев, занимаемых обмотой.

10. На числах проводов в обмотках в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с плотностью тока в обмотке.

****************************************************************************************

П О П У Л Я Р Н О Е:

Бесплатная программа AntWorks FotoAlbum поможет Вам без труда на компьютере создать свой фотоальбом.

Программа имеет простой и доступный интерфейс, имеется поддержка языковых модулей, множество графических форматов, комментарии для фотографии, с возможностью прикрепления звуковых файлов и других объектов, возможность убирания «красных глаз и многое другое…

Выбор размера магнитопровода для силовых трансформаторов и дросселей — Coretech

При выборе сердечника руководствуются его объёмом (V, куб.мм.) и величиной окна для размещения обмотки. Вводят понятие габаритная мощность магнитопровода.
В следующих таблицах приводится пропускная способность мощности (P, Вт) при частоте коммутации 100кГц для различных типоразмеров ферритов:
• EE, EF, EC, ETD, EFD,
• UU, UI, P, PM, RM и тороиды (кольца).
Данные для разборных сердечников, которые имеют отверстие на главном стержне в таблице снабжены дополнительнительным индексом «о».

~P, Вт /100кГц/	EE, EF (V ,мм³)	EC (V ,мм³)	ETD (V ,мм³)	EFD (V ,мм³)
P < 5	EF12.	ETD29(5470мм³)	EFD20(1460мм³)
50…100	EE30/15/7(4000мм³)	EC35(6530мм³), EC41(10800мм³)	ETD29(5470мм³), ETD34(7640мм³)	EFD25(3300мм³), EFD30(4700мм³)
100…200	EE42/21/15(17300мм³), EE42/21/20(22700мм³)	EC41(10800мм³), EC52(18800мм³)	ETD34(7640мм³), ETD39(11500мм³), ETD44(17800мм³)	—
200. ..500	EE55/28/21(44000мм³)	EC52(18800мм³)	ETD44(17800мм³), ETD49(24000мм³), ETD54(35500мм³)	—
P > 500	EE65/32/27(79000мм³) EE70/33/32(102000мм³)	EC70(40100мм³)	ETD59(51500мм³)	—

~P, Вт /100кГц/	UU, UI (V ,мм³)	P, PM (V ,мм³)	RM (V ,мм³)	T (V ,мм³)
P < 5	UU10(309мм³)	P11/7(309мм³)	RM4(322мм³)	T14/9/5(430мм³)
5.	P14/8(628мм³)	RM5(574мм³)	T20/10/6(1250мм³)
10…20	UU15(1680мм³)	P18/11(1270мм³)	RM6(1090мм³)	T22/14/6.4(1340мм³)
20…50	UU20(3800мм³)	P22/13(2460мм³), P26/16(4370мм³)	RM8(2440мм³), RM10(4310мм³)	T25/15/10(2944мм³)
50.	P30/19o(6190мм³)	RM12(8340мм³)	T29/19/15(5410мм³)
100…200	UU25(9180мм³), UU30(17900мм³)	P36/22o(10700мм³)	RM14(13900мм³)	T50/30/19(22378мм³)
200…500	UU46(71300мм³)	P42/29o(18200мм³), PM74/59o(101000мм³)	—	T63/38/25(46500мм³), T80/40/15(50200мм³)
P > 500	UI93/16(115000мм³), UI100/25(158000мм³)	P66/56o(88200мм³), PM87/70o(133000мм³), PM114/93o(344000мм³)	—	T140/106/22 (161100мм³)

В зависимости от специфики работы высокочастотного преобразователя выбирают ту или иную форму и габариты магнитопровода.
В таблицах приведены рекомендации компетентных производителей сердечников, которые помогают конструкторам радиоэлектронной аппаратуры осуществить только предварительный выбор типоразмера феррита.
Спектр магнитопроводов не ограничивается приведенными типоразмерами, существуют промежуточные размеры и совсем другие формы сердечников.
Если Ваш типоразмер отсутствует в этом обзоре, свяжитесь с нами, и наши инженеры предоставят информацию о самом широком спектре продукции.

Мощность ферритового сердечника серии er для трансформатора фильтра, импульсного трансформатора

продукты

Главная /

магнитные сердечники

ферритовый сердечник

/Мощность ферритового сердечника серии er для трансформатора фильтра, импульсного трансформатора

категории

индукторы (катушки)
- дроссель общего режима
  - дроссель общего режима ET / ut
  - дроссель общего типа uu / uf
  - инкапсулированный рядный дроссель общего режима
  - дроссель общего режима с базовым
  - токовые компенсационные дроссели
  - smod тороидальный дроссель 1-5a
- индуктор барабанного сердечника
- индуктор стержневого сердечника
- диммерный дроссель для подавления EMI
- большой ток-индуктор
  - высоковольтный индуктор pq
  - индуктор индуктивности с высоким током
- трехфазный синфазный дроссель
- индуктор катушки индуктивности
электронные трансформаторы
- аудиочастотные трансформаторы
- обратные трансформаторы
- мощность тороидального трансформатора в 30 ~ 2000 ватт
- трансформаторы тока
- ee / ei / ui инкапсулированный трансформатор
- Трансформаторы типа r
- трансформаторы smps
- трансформатор
  - Трансформаторы изоляции 10base-t
- низкочастотные трансформаторы
- рф балун трансформатор
катушки
- шпулька
- корпус трансформатора
- основание индуктора
- катушка
- бобина EI
- бобин EFD
- эль-бобина
- бобин
- эп бобина
- шпульная катушка
- PQ бобин
- рулонная катушка
- бобина pqt
- UU bobbin
- бобина
- бобин
- бритва edr
- SMD-бобина
- зажимы трансформаторов (зажимы)
- UI бобина
- CQ бобина
- бобин
- бобина
- EVD bobbin
- бобин
- кастрюля
- бобин EOP
- мочалка
- эпоксидная бобина
- угольная катушка
- uf бобина
- ETd бобина
- катушка eei
- бобин
- erl бобина
- qp бобин
- другая бобина
- вечера бобина
- кв бобина
- гу бобин
- PQM Bobbin
магнитные сердечники
- ферритовый сердечник
- порошковое
- ядро sendust
- амофатическое ядро
- ферритовый сердечник
фильтры EMI
- фильтры EMI для инвертора
- фильтры для домашних хозяйств
- фильтры iec EMI
- военные фильтры
- фильтры EMI для монтажа на печатной плате
- однофазные фильтры EMI
- трехфазные фильтры EMI
- трехфазный четырехрядный фильтр EMI
- dc EMI фильтры
- EMI ферритовый сердечник
- фильтр подачи через фильтр
реле
- магнитное фиксирующее реле
- общее реле мощности
- автоматическое реле
- контактор
- сигнальное реле

новые продукты

Горизонтальная рама силового трансформатора ee65
однофазный трансформатор ee65 , горизонтальная шпулька ee65 8 + 8 контактов. Размер шпульки = 51,5 мм х 43,7 мм х 54,8 мм. параллельное расстояние = 44,5 мм. шаг вывода = 5,0 мм. Трансформатор ee65 хорошего качества, отдельно упакованный в коробке.
Трансформатор EF30 Вертикальная катушка 6 + 6-контактный
EF30 выпрямительный трансформатор, Вертикальная катушка ef30 с 6 + 6 контактами. Размер шпульки = 35,3 мм x 19,0 мм x 34,8 мм. шаг вывода = 5,08 мм. параллельное расстояние = 15,24 мм. трансформатор smps имеет небольшие размеры, высокую мощность и низкую стоимость, мы проектируем и производим высокочастотный трансформатор.
высокочастотный индуктор индуктивности высокого тока
высокочастотный индуктор имеет низкую стоимость, экранированную конструкцию, очень низкое сопротивление постоянному току. он легко настраивается, а диапазон высоких частот может достигать 1,0 МГц. наши большие текущие продукты без свинца. (RoHS)
etd44 высокочастотный трансформатор ферритовый сердечник 120 ~ 180w обратный трансформатор для мощности светодиодного привода
высокочастотный обратный трансформатор etd44диапазон мощности 20 ~ 800 Вт. использование: преобразователи постоянного тока, преобразователи напряжения, индукторы pfc.обмотки: автотрансформатор.

er power ферритовый сердечник Положение соединения хорошее, центральная колонна круглая, легко наматывается и увеличивает площади намотки, используется в трансформаторе большой индуктивности с малой утечкой.

марка:
MCT
предмет номер.:
ER Series Ferrite Core
порт доставки:
Shanghai

связаться сейчас

описание продукта

быстрые детали

номер части: ферритовый сердечник серии er	имя бренда: MCT
материал: ферритовое ядро mn-zn / ni-zn	логотип: может быть настроить
тип: мощность ядро высокая проницаемость	ОЙ: имеется в наличии
ядро материалы: M10P, M7P, M5P, MP4	moq: любой количество
упаковка: коробка, можно настроить	сделанный на заказ: имеется в наличии
Время выполнения: 25 дней после оплаты	сертификация: iso9001, RoHS, CE

часть информации

наименование товара: Мощность ферритового сердечника серии er для фильтра трансформатор, импульсный трансформатор

ассортимент продукции: электронный трансформаторы, фильтрующие катушки индуктивности, дроссельные катушки, катушки, реле, магнитопроводы.

Приложения: высокая частота коммутация силовых трансформаторов. согласующий трансформатор. Фильтр трансформатор. пульс трансформатор. электронные балласты.

Преимущества: наша фабрика состоит из 500 человек, огромный вывод может быть закончен каждый день.

у нас есть техническая команда, состоящая из 5 опытных инженеры.

Все материалы защищены окружающей средой. мы принимаем выполненные на заказ и дизайнерские услуги.

время образцов: 7-10 дней для подгонянных частей, 3-5 дней для стандартные запчасти.

Сведения о доставке: по воздуху, по морю и т. д.

информация о продукте

ферритовый сердечник серии er для электронных трансформаторов и индукторов

тип	Размер: мм						Вес: г
тип	A	б	с	d	е	е	Вес: г
er7. 5	7,50 ± 0,15	2,50 ± 0,05	4.5 ± 0,1	6,22	2,65 ± 0,15	1,75 ± 0,05	0,75
er9.5	9,35 ± 0,15	2,45 ± 0,05	4,9 ± 0,1	7,5 + 0,25	3,40 ± 0,1	1,68 ± 0,08	0,96
Er11 / 5	10. 8 ± 0,25	2,45 ± 0,1	5,9 ± 0.2	8,70	4,40 ± 0,15	1,60 ± 0,15	1,0
er14.5 / 6	14,5 ± 0.2	2,95 ± 0,05	6,7 ± 0,1	11,8 ± 0. 2	4,70 ± 0,1	1,65 ± 0,1	2,0
er22	22,0 ± 0,4	14,7 ± 0,3	6,65 ± 0,15	15,5	6,65 ± 0,15	10,7 ± 0,3	15,0
Er28 ec28	28,0 ± 1,1	14,0 ± 0,25	11,4 ± 0,25	21,2	9,9 ± 0,25	9,65 ± 0,25	28,0
er28l	28,02 ± 1,1	16,9 ± 0,25	11,4 ± 0,25	21,2	9,9 ± 0,25	12,25 ± 0,55	33,0
er35 EC35	35,0 ± 0. 7	20,7 ± 0,25	11,3 ± 0,25	25,6	11,3 ± 0,25	14,7 ± 0,3	52,0
er39 ec39	39,3 ± 0,5	22,7	12,8 ± 0,3	28,6	12,8 ± 0. 2	17,0 ± 0,3	62,5
ER40 ec40	40,0 ± 0.6	22,4 ± 0,4	13,3 ± 0.2	29,0	13,3 ± 0,3	15,4 ± 0.2	78,0
er42 ec42	42,0 ± 0. 8	22,0 ± 0,5	15,2 ± 0.2	30,5	15,2 ± 0.2	15,4 ± 0,3	102,0
er49 ec49	49,0 ± 0.8	19,0 ± 0,3	17,2 ± 0,4	36,4	17,2 ± 0,25	12,4 ± 0. 2	110,0
er53	53,2 ± 0.8	23,2 ± 0,5	+21,5 ± 0,3	38,7	20,0 ± 0.2	32,6 ± 0,5	178,0

тип	эффективный параметр				аль ( пН / п 2 ) ( аль ± 25% )
тип	с 1 (мм -1 )	A е (мм 2 )	L е (Мм)	v е (мм 3 )	mp4	M5P	m7p	m10p
er7. 5	2,28	5,85	13,3	73,3	680
er9.5	1,67	8,47	14,2	120	610min
Er11 / 5	1,23	11,9	14,7	174	960
er14. 5 / 6	1,08	+17,6	19	333	1600
er22	1,665	+37,5	62,4	2340	1450
Er28 ec28	0,784	82,1	64,0	5257	2990
er28l	0,924	85	78,3	6640	2660
er35 EC35	0,820	113	92,2	10400	2800
er39 ec39	0,792	130	103	13380	3500
ER40 ec40	0,656	149	98,0	14587	3890
er42 ec42	0,547	183	96,3	17622	4500
er49 ec49	0,395	231	91,3	21100	6250
er53	0,338	319,5	105,9	33835	6200

Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами или оставив свои комментарии, мы дадим вам быстрый ответ.

электронная почта: [email protected]

скайп: sales003_125

контакт: лилия ю

высокочастотные трансформаторы ферритовый сердечник серии efd для поверхностного монтажа трансформаторное ядро преобразования энергии, em ферритовый сердечник мощности

Обратная связь

вы можете связаться с нами любым удобным для вас способом. мы доступны 24/7 по факсу, электронной почте или телефону.

сопутствующие товары

магнитные ферритовые тороидальные сердечники для трансформаторов и дроссельных катушек…
магнитные ферритовые тороидальные сердечники для трансформаторов, индукторов, датчиков, двигателей, роторов, ветрогенераторов, магнитных держателей, фильтров автомобилей. низкий уровень шума, низкий ток намагничивания.
ee / ef / eel ферритовые сердечники для электронных трансформаторов
ee / ef / eel тип ферритовый сердечникимеет широкий спектр применения, разновидности, свинцовое пространство, удобная обмотка. материалы ферритового сердечника: mp4, m5p, m7p, m10p
ef ферритовый сердечник, высокочастотный переключающий силовой трансформатор мягкого ферритового сердечника…
Трансформаторный ферритовый сердечник ef типа mnzn имеет высокочастотные материалы с низким коэффициентом потерь.ef: mp4, m5p, m7p, m10p. mainly для переключающих трансформаторов, трансформаторов фильтров, импульсных трансформаторов.
разрезанный ферритовый сердечник mn-zn для датчика высокой эффективности, трансформатор преобразования мощности…
сечение ферритового сердечника трансформатора имеет малый размер, высокую индуктивность, легкую обмотку, высокую индуктивность на единицу пространства, магнитное экранирование и эффект охлаждения сбалансированного.
серия ферритового сердечника для переключения силового трансформатора
Серия ферритового сердечника имеет высокую частоту и низкую потерю. в основном для коммутационных трансформаторов, дроссельных индукторов, импульсных трансформаторов. Магистральные источники энергии: mp4 / m5p / m7p / m10p
Высокочастотный мягкий ферритовый сердечник серии edr, используемый для переключения выходного трансформатора…
твердое ферритовое сердечник edr имеет высокочастотный, низкий уровень потерь. в основном используется в коммутации выходных и сглаживающих схем. эффективность: более 98% сертификации: iso9001, rohs, ce.
трансформаторное ядро преобразования энергии, em ферритовый сердечник мощности…
em ферритовый сердечник имеет малый размер, высокую индуктивность, легкую обмотку, высокую индуктивность на единицу пространства, магнитное экранирование и эффект охлаждения сбалансированного.
высокочастотные трансформаторы ферритовый сердечник серии efd для поверхностного монтажа…
Мощность ферритового сердечника серии efd час как небольшое тепловое сопротивление, затухание, мощность, рабочая частота. Широкий уровень использования стула. Готовый продукт — легкий вес, разумная структура.
высокочастотные mn-zn плоские ядра ei серии ферритовые сердечники
ферритовый сердечник ei имеет компактную структуру, малый размер, высокую частоту, широкий диапазон рабочих напряжений, воздушный зазор в верхней части катушки, плотно затянутый, низкие потери.
ферритовый сердечник серии EP с малыми потерями при передаче и высокой индуктивностью…
ep ферритовый сердечник имеет хорошую магнитную защиту, малую распределенную емкость, низкую передачу losse.bobbin оснащен несколькими разъемами, легко настраивается несколько выходных трансформаторов ,
высокочастотный ферритовый сердечник pcb, ферритовый сердечник epc10
Мощность ферритового сердечника имеет небольшое тепловое сопротивление, низкое затухание, высокую мощность, широкую рабочую частоту, малый вес, r легкодоступная структура, легкое поверхностное крепление, эффект экранирования хорош.
ET и ft серия высокочастотных фильтрующих ферритовых сердечников для компьютеров, видеотелефонов…
ET / ft ферритовый сердечник имеет небольшую паразитную емкость, низкий коэффициент пульсаций, меньший поток утечки, высокая индуктивность. Обычно для электронных трансформаторов, компьютеров, цветных телевизоров, мониторов.

Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания

Импульсные источники питания могут быть выполнен как с гальванической развязкой, так и без нее. Первые, как правило, содержат регулируемый или нерегулируемый инвертор или конвертор, наиболее важным моточным узлом которых является трансформатор. Исполнение трансформатора зависит от вида и режима работы инвертора или конвертора. Рассмотрим некоторые виды моточных изделий для различных видов таких преобразователей.

Нерегулируемые и регулируемые двухтактные инверторы (преобразователи постоянного напряжения в переменное) и конверторы (преобразователи постоянного напряжения в постоянное) могут быть выполнены по схеме со средней точкой (рис. 1а), по полумостовой (рис. 1б) и мостовой (рис. 1в) схемам. В полумостовой схеме инвертора первичная обмотка трансформатора подключается через конденсаторы, поэтому постоянная составляющая тока (ток подмагничивания) полностью отсутствует. В двух других схемах, а также в полумостовом конверторе, в котором трансформатор нагружен на выпрямитель, подмагничивание сердечника полностью отсутствует только в идеальном случае — при полной симметрии схемы, при равенстве падения напряжения на открытых ключах и выпрямительных диодах и при одинаковом времени включения, выключения, восстановления обратного сопротивления ключевых элементов и диодов обоих плеч. При невыполнении этих условий возможно появление некоторой постоянной составляющей, что приведет к несимметричному режиму работы сердечника трансформатора, и это обстоятельство в ряде случаев необходимо учитывать.

Рис. 1

Поскольку сердечник трансформатора работает в сильных полях при большом размахе магнитной индукции, целесообразно выбирать так называемые «силовые» марки марганцево-цинковых ферритов, например, N87 или N97 производства фирмы Epcos до частоты 500 кГц или N49 фирмы Epcos до 1 МГц или их аналоги производства других фирм. При частоте преобразования до 30 кГц можно использовать отечественный материал М2500НМС2, а также аморфные магнитные сплавы. Применять порошковые магнитные материалы (мо-пермаллой и т. п.) нецелесообразно, так как они имеют низкое значение магнитной проницаемости и многие из них дороже ферритов. При выборе материала сердечника необходимо учитывать величину потерь в сердечнике, которая зависит от частоты и магнитной индукции и растет с увеличением обоих параметров. Сравнительные зависимости величины удельных потерь от частоты для некоторых магнитомягких материалов при магнитной индукции 0,1 Тл приведены на рис. 2.

Рис. 2

Конфигурация сердечника для двухтактных преобразователей может быть любая. Наиболее часто применяются кольцевые (тороидальные) сердечники (особенно для устройств малой и средней мощности). Трансформаторы на них при прочих равных условиях обладают минимальной индуктивностью рассеяния, что уменьшает выбросы напряжения на силовых ключах, излучение помех, снижает выходное сопротивление трансформатора. Кроме того, кольцевые сердечники дешевы. Недостатками тороидальных катушек является более высокая трудоемкость намотки, необходимость изоляции сердечника (отечественные сердечники выпускаются без покрытия, импортные — как без покрытия, так и с изоляционным покрытием, рассчитанным на определенное значение испытательного напряжения). Возможно также применение разъемных
сердечников броневой и стержневой конструкции. Широко применяются отечественные сердечники типа КВ (импортные аналоги RM), а также Ш-образные сердечники и их модификации (отечественные Ш, импортные EE, EI, EFD, ER, ETD и т. п.). Сердечники КВ (RM) вписываются в квадрат в плане, что удобно для размещения их на плате. Они имеют круглую катушку как с одной секцией, так и с двумя и более, удобную и технологичную в намотке. Однако из-за большей индуктивности рассеяния в некоторых случаях необходимо применять технологические усложнения в намотке, а также увеличивать демпфирующие цепи в схеме преобразователя, что в свою очередь несколько снижает КПД. Сердечники типа Б (импортные аналоги P) подобны КВ, но круглые в плане, менее удобны при размещении на плате и применяются реже.

Достаточно удобны сердечники EP, которые вписываются в прямоугольник (почти квадрат), имеют удобную в намотке катушку, которую сердечник закрывает со всех сторон, кроме одной, обращенной к плате. Сердечники типа EFD расположены горизонтально и имеют уменьшенную высоту. Низкопрофильные сердечники с индексами LP применяются в тех случаях, когда требуется особо маленькая высота изделия. При этом часто применяются печатные обмотки в виде многослойных печатных плат. Для трансформаторов повышенной мощности и высоковольтных трансформаторов могут использоваться П-образные сердечники. Повышенная индуктивность рассеяния при высоких выходных напряжениях и маленьких токах не является большим недостатком, но зато такая конструкция с большим окном позволяет разместить высоковольтную обмотку, в которой много места занимает изоляция.

Рис. 3

Однотактные прямоходовые конверторы выполняются в основном по одной из трех схем: с размагничивающей обмоткой (рис. 3а), без размагничивающей обмотки с рекуперацией энергии в емкость, в том числе паразитную (рис. 3б), и на двух транзисторах и двух диодах по так называемой однотактной полумостовой схеме (рис. 3в). В любом из этих случаев энергия от источника питания передается в нагрузку на прямом ходе, без накопления энергии в трансформаторе, в котором накапливается лишь небольшая энергия за счет тока намагничивания первичной обмотки. Рекуперация (возврат) этой энергии, при которой происходит размагничивание трансформатора, в каждой из схем происходит по-разному.

В первом случае для этого служит размагничивающая обмотка, и при разработке трансформатора необходимо обеспечить максимально возможную связь между нею и первичной обмоткой, учитывая при этом рабочее напряжение. Во втором — рекуперация происходит в емкость, и на обмотке во время обратного хода возникает выброс значительной величины, который необходимо учитывать при выборе элементов схемы и при проектировании трансформатора. В третьем случае рекуперация энергии происходит в источник
питания через открывающиеся рекуперационные диоды, причем через ту же самую первичную обмотку, что обеспечивает отсутствие
выброса на ней и наиболее надежное размагничивание трансформатора. В любом случае имеется постоянная составляющая тока первичной обмотки, а сердечник трансформатора перемагничивается по частному циклу петли гистерезиса от максимальной индукции B_mдо остаточной индукции B_r. При этом, чем больше разность B_s–B_r, где B_s —индукция насыщения материала, тем лучше. Для данного применения также предпочтительно использовать марки ферритов, предназначенные для работы в сильных полях. Конфигурация сердечника может быть любой. Могут быть использованы как кольцевые сердечники, так и любые другие, упомянутые ранее.

Рис. 4

Однотактные обратноходовые конверторы (рис. 4). Трансформатор работает с накоплением энергии на прямом ходе и передачей энергии в нагрузку на обратном ходе. Режим работы трансформатора аналогичен режиму работы дросселя, т. е. имеется постоянная составляющая тока обмоток и подмагничивающее поле. Намагничивание происходит посредством первичной обмотки, а размагничивание — при передаче энергии в нагрузку через вторичную обмотку. Возможны три режима работы трансформатора по аналогии с дросселем: режим непрерывных токов, при котором энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, не уменьшается до нуля за время обратного хода; режим прерывистых токов, когда энергия передается в нагрузку полностью за часть длительности обратного хода, и граничный режим между первыми двумя. Наиболее часто используется граничный режим и режим прерывистых токов. Иногда выбирается непрерывный режим, однако он возможен только при определенной нагрузке, а при снижении тока нагрузки режим работы трансформатора неизбежно становится прерывистым.

Поскольку такой трансформатор всегда работает с подмагничиванием, он может быть выполнен либо на разъемном сердечнике из феррита «силовых» марок с немагнитным зазором, либо на кольцевом или разъемном сердечнике из магнитодиэлектрика без зазора. Конфигурация ферритовых сердечников может быть любой, но зазор должен быть обязательно. Различия в зависимости от конфигурации будут состоять в разной индуктивности рассеяния, разных габаритах, технологичности и стоимости.

Трансформаторы на ферритовых сердечниках с зазором имеют более стабильную индуктивность при изменении тока, но затем при достижении насыщения сердечника их индуктивность резко падает. У трансформаторов с сердечниками из магнитодиэлектриков при изменении тока индуктивность изменяется плавно, но в большей степени, и резкого насыщения не наблюдается. Последняя характеристика предпочтительнее, хотя для обратноходовых конверторов подходит и та и другая. Преимущество ферритов в более высокой магнитной проницаемости в данном применении теряется, так как величина эквивалентной проницаемости невелика и определяется в основном величиной немагнитного зазора.

Поскольку трансформатор работает в сильных полях, важное значение имеет величина потерь в сердечнике. Среди магнитодиэлектриков наилучшими техническими параметрами обладает мо-пермаллой, но этот материал относительно дорогой. Если требуется снизить цену, то используется Sendust или Cool Mµ, но при этом могут возрасти габариты изделия, так как для снижения потерь до той же величины, что и у мо-пермаллоя, придется снизить магнитную индукцию в сердечнике. В крайнем случае можно использовать сердечники из распыленного железа, но при этом габариты трансформатора могут еще больше возрасти, зато цена будет меньше. Трансформаторы на кольцевых сердечниках из магнитодиэлектриков обладают минимальной индуктивностью рассеяния по сравнению с разъемными сердечниками и обеспечивают минимальную величину паразитных выбросов напряжения.

Дроссели прямоходовых двухтактных и однотактных конверторов с гальванической развязкой (L1 на рис. 1 и 3) работают примерно в одинаковых режимах. В двухтактных схемах режим более легкий, так как дроссель работает на удвоенной частоте преобразования и с меньшей длительностью паузы (как правило). Дроссель работает с накоплением энергии, как и трансформатор обратноходового преобразователя, но имеет, в общем случае, одну обмотку, посредством которой осуществляется и накопление энергии, и передача ее в нагрузку. В сходном режиме работают дроссели конверторов без гальванической развязки и дроссели корректоров коэффициента мощности. Сердечник дросселя работает
в сильных полях при большой постоянной составляющей тока. Поэтому, как и в предыдущем случае, подходят любые разъемные сердечники из ферритов с зазором либо сердечники из магнитодиэлектриков без зазора с учетом всех соображений, высказанных ранее.

Дроссели фильтров питания, которые используются обычно во втором и последующих звеньях фильтрации (второе звено выходного фильтра источника питания, развязывающие фильтры питания на платах функциональной аппаратуры и т. п.) — L2 на рис. 1, 3 и 4— работают при большом уровне тока подмагничивания, но при маленьком уровне переменной составляющей. При этом рабочий размах магнитной индукции в сердечнике невелик и потери в дросселе определяются больше потерями в меди, чем потерями в сердечнике. Для этого случая могут использоваться ферритовые незамкнутые сердечники (стержни, гантели), ферритовые сердечники с зазорами, а также ферритовые кольца, бусины, трубочки (в основном для одновитковых дросселей). В последнем случае, несмотря на то, что сердечник работает с подмагничиванием, оставшейся магнитной проницаемости вполне достаточно для снижения уровня пульсаций, шумов и помех в несколько раз, а стабильность индуктивности при изменении тока не имеет принципиального значения. С успехом могут применяться также дроссели на сердечниках из магнитодиэлектриков, причем наиболее подходящим материалом в данном случае будет распыленное железо, так как при маленькой переменной составляющей нет никакого смысла применять дорогие материалы, например мо-пермаллой.

Повышенная величина потерь в сердечнике будет даже играть положительную роль и способствовать переводу энергии шумов и помех в тепло. Все сказанное выше относится также и к дросселям входных фильтров DC/DC-конверторов и DC/AC-инверторов (рис. 5а), так как они имеют сходный режим работы.

Рис. 4

Дроссели сетевых фильтров AC/DC-источников питания применяются в трех вариантах:

Тококомпенсированные дроссели, предназначенные для подавления синфазных составляющих помех (L1 на рис. 5б, в), содержат две одинаковые обмотки, связанные между собою через магнитное поле сердечника. Подмагничивания сердечника током частоты 50 Гц в них не происходит, так как токи в обеих обмотках создают поля, направленные навстречу и компенсирующие друг друга. Для такого дросселя могут быть применены ферритовые сердечники без зазора, причем предпочтительны высокопроницаемые марки ферритов, так как сердечник работает в слабых полях, создаваемых токами помех, и для получения максимально возможной резонансной частоты дросселя желательно получить заданную индуктивность с минимальным числом витков. Применение магнитодиэлектриков нецелесообразно ввиду низкой магнитной проницаемости и отсутствия подмагничивания, а также невысокой стоимости ферритов. Конструктивно дроссель часто выполняется на двухсекционном каркасе с П-образным или Ш-образным сердечником или на кольцевом сердечнике с намоткой обмоток на разных сторонах кольца.

Одно- и двухобмоточные дроссели (L2 на рис. 5б и L2 и L3 рис. 5в), в которых обмотки для токов низкой частоты (50 Гц) включаются согласно, предназначены для подавления дифференциальных (противофазных) составляющих помех в проводах питающей сети. Здесь, при небольшом уровне напряжения помех, имеет место подмагничивание большим током потребления источника питания, действующим с частотой 50 Гц, что в данной ситуации эквивалентно подмагничиванию постоянным током. Поэтому для таких дросселей необходимо применять ферритовые сердечники с зазором или сердечники из магнитодиэлектриков. Проницаемость ферритовых сердечников не имеет принципиального значения, так как коэффициент индуктивности конкретного сердечника определяется в основном его геометрией и величиной немагнитного зазора. Сердечники по переменной составляющей высокой частоты работают в слабых полях, и потери в материале сердечника не имеют большого значения и даже играют положительную роль. Из магнитодиэлектриков целесообразно использовать кольцевые сердечники или Ш-образные без зазора из распыленного железа (Iron Powder), как наиболее дешевые и хорошо удовлетворяющие предъявляемым требованиям.

Таким образом, для каждого моточного изделия, работающего в составе импульсного источника питания, можно подобрать наиболее подходящую конфигурацию и материал сердечника.

Расчет импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя и согласующих устройств

В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Поскольку трансформатор имеет много взаимозависимых параметров, расчет ведут по шагам, уточняя при необходимости исходные данные.

1. Как определить число витков и мощность?

Габаритная мощность, полученная из условия не перегрева обмотки, равна [1]:

Pгаб = So ⋅ Sc ⋅ f ⋅ Bm / 150 (1)

Где: Pгаб — мощность, Вт;
Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см²;
So — площадь окна сердечника, см²;
f — частота колебаний, Гц;
Bm = 0,25 Тл — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых ферритов на частотах до 100 кГц.

Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:

Pmax = 0,8 ⋅ Pгаб (2)

Минимальное число витков первичной обмотки n1 определяется максимальным напряжением на обмотке Um и допустимой индукцией сердечника Bm:

n1 = (0,25 ⋅ 104 ⋅ Um) / (f ⋅ Bm ⋅ Sc) (3)

Размерности единиц здесь те же, что и в формуле (1).

Плотность тока в обмотке j для трансформаторов мощностью до 300 Вт принимаем 3…5 А/мм² (большей мощности соответствует меньшее значение). Диаметр провода в мм рассчитываем по формуле:

d = 1,13 ⋅ (I / j)½ (4)

Где I — эффективный ток обмотки в А.

Пример 1:

Для ультразвуковой установки нужен повышающий трансформатор мощностью 30…40 Вт. Напряжение на первичной обмотке синусоидальное, с эффективным значением Uэфф = 100 В и частотой 30 кГц.

Выберем ферритовое кольцо К28×16×9.

Площадь его сечения: Sc = (D — d) ⋅ h / 2 = (2,8 — 1,6) ⋅ 0,9 / 2 = 0,54 см²
Площадь окна: So = π ⋅ (d / 2)2 = π⋅ (1,6 / 2)2 = 2 см²
Габаритная мощность: Pгаб = 0,54 ⋅ 2 ⋅ 30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 / 150 = 54 Вт
Максимальная мощность: Pmax = 0,8 ⋅ 54 = 43,2 Вт
Максимальное напряжение на обмотке: Um = 1,41 ⋅ 100 = 141 В
Число витков: n1 = 0,25 ⋅104 ⋅ 141 / (30 ⋅ 103 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54) = 87
Число витков на вольт: n0 = 87 / 100 = 0,87
Эффективное значение тока первичной обмотки: I = P / U = 40 / 100 = 0,4 A
Плотность тока выберем 5 А/мм².
Тогда диаметр провода по меди: d = 1,13 ⋅ (0,4 / 5)½ = 0,31 мм

2. Как уточнить плотность тока?

Если мы делаем маломощный трансформатор, то можем поиграть с плотностью тока и выбрать более тонкие провода, не опасаясь их перегрева. В книге Эраносяна [2, Стр. 109] дана такая табличка:

Pн, Вт	1 … 7	8 … 15	16 … 40	41 … 100	101 … 200
j, А/мм²	7 … 12	6 … 8	5 … 6	4 … 5	4 … 4,5

Почему плотность тока зависит от мощности трансформатора?

Выделяемое количество теплоты равно произведению удельных потерь на объем провода. Рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4…5 кВА плотность тока не превышает 1…2 А/мм² [3].

3. Как уточнить число витков первичной обмотки?

Зная число витков первичной обмотки n вычислим ее индуктивность. Для тороида она определяется по формуле:

L = μ0 ⋅ μ ⋅ Sс ⋅ n2 / la (5)

Где:
Площадь Sс дана в м²;
средняя длина магнитной линии la в м;
индуктивность в Гн;
μ0 = 4π ⋅ 10–7 Гн/м — магнитная постоянная.

В инженерном виде эта формула выглядит так:

L = AL n2 (5А) , n = (L / AL)½ (5Б)

Коэффициент AL и параметр мощности Sо ⋅ Sc для некоторых типов колец приведены в Таблице 2 [4,5,6]:

Кольцо	К7×4х2	К10×6х3	К10×6х4,5	К16×10х4,5	К20×12х6	К32×20х6	К38×24х7	К40×25х11
AL, нГн/вит2 ± 25%	224	310	460	430	620	570	650	1050
Sо ⋅ Sc, см⁴	0,004	0,017	0,025	0,106	0,271	1,131	2,217	4,050

Для работы трансформатора в качестве согласующего устройства должно выполняться условие:

L > (4 … 10) ⋅ R / (2 ⋅ π ⋅ fmin) (6)

Где L — индуктивность в Гн;
R = U2эфф / Pн приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Ом;
fmin — минимальная частота, Гц.

В ключевых преобразователях в первичной обмотке трансформатора текут два тока: прямоугольный ток нагрузки Iпр = Um / R и треугольный ток намагничивания обмотки IT:

Для нормальной работы преобразователя величина треугольной составляющей не должна превышать 10% от прямоугольной, т.е индуктивность обмотки должна удовлетворять неравенству:

L > 5 R / f (7)

При необходимости число витков увеличивают или применяют феррит с большей μ. Чрезмерно завышать число витков в обмотке не желательно. Из-за роста межвитковой емкости на рабочей частоте могут возникнуть резонансные колебания.

Выбранный феррит должен иметь достаточную максимальную индукцию и малые потери в рабочей полосе частот. Как правило, на низких частотах (до 1 МГц) применяют феррит с μ = 1000 … 6000, а на радиочастотах приходиться использовать материалы с μ = 50 … 400.

Пример 2:

Трансформатор из Примера 1 намотан на кольце К28×16х9 из никель-марганцевого феррита 2000НМ с магнитной проницаемостью μ = 2000.
Мощность нагрузки P = 40 Вт , эффективное напряжение первичной обмотки Uэфф = 100 В , частота f = 30 кГц. Уточним число его витков.

Приведенное сопротивление нагрузки: R = 1002 / 40 = 250 Ом
Площадь поперечного сечения магнитопровода: Sc = 0,54 см² = 0,54 ⋅ 10 -4 м²
Средняя длина магнитной линии: la = π (D +d) / 2 = π (2,8 + 1,6) ⋅ 10 -2 / 2 = 6,9 ⋅ 10 -2 м
Коэффициент индуктивности: AL = 4π ⋅ 10–7 ⋅ 2000 ⋅ 0,54 ⋅ 10 -4 / 6,9⋅10–2 = 1966 нГн / вит2

Минимальная индуктивность первичной обмотки по формуле (6):
L = 10 ⋅ 250 / (2π ⋅ 3 ⋅ 104) = 13,3 мГн
Число витков: n = (13,3 ⋅ 10 -3 / 1,963 ⋅ 10 -6) ½ = 82

Оно даже меньше, чем рассчитанное ранее в Примере 1 nmin = 87.
Таким образом, условие достаточной индуктивности выполнено и число витков первичной обмотки n = 87.

4. Какие ферриты можно применить и почему?

Как известно, сердечник в трансформаторе выполняет функции концентратора электромагнитной энергии. Чем выше допустимая индукция B и магнитная проницаемость μ, тем больше плотность передаваемой энергии и компактнее трансформатор. Наибольшей магнитной проницаемостью обладают т.н. ферромагнетики — различные соединения железа, никеля и некоторых других металлов.

Магнитное поле описывают две величины: напряженность Н (пропорциональна току обмотки) и магнитная индукция В (характеризует силовое действие поля в материале). Связь В и H называют кривой намагничивания вещества. У ферромагнетиков она имеет интересную особенность — гистерезис (греч. отстающий) — когда мгновенный отклик на воздействие зависит от его предыстории.

После выхода из нулевой точки (этот участок называют основной кривой намагничивания) поля начинают бегать по некой замкнутой кривой (называемой петлей гистерезиса). На кривой отмечают характерные точки — индукцию насыщения Bs, остаточную индукцию Br и коэрцитивную силу Нс.

Рис. 1. Магнитные свойства ферритов. Слева форма петли гистерезиса и ее параметры. Справа основная кривая намагничивания феррита 1500НМ3 при различных температурах и частотах: 1 — 20кГц, 2 — 50кГц, 3 — 100 кГц.

По значениям этих величин ферромагнетики условно делят на жесткие и мягкие. Первые имеют широкую, почти прямоугольную петлю гистерезиса и хороши для постоянных магнитов. А материалы с узкой петлей используют в трансформаторах. Дело в том, что в сердечнике трансформатора есть два вида потерь — электрические, и магнитные. Электрические (на возбуждение вихревых токов Фуко) пропорциональны проводимости материала и частоте, а вот магнитные тем меньше, чем меньше площадь петли гистерезиса.

Ферриты это пресс порошки окисей железа или других ферромагнетиков спеченные с керамическим связующим. Такая смесь сочетает два противоположных свойства — высокую магнитную проницаемость железа и плохую проводимость окислов. Это минимизирует как электрические, так и магнитные потери и позволяет делать трансформаторы, работающие на высоких частотах. Частотные свойства ферритов характеризует критическая частота fc, при которой тангенс потерь достигает 0,1. Тепловые — температура Кюри Тс, при которой μ скачком уменьшается до 1.

Отечественные ферриты маркируются цифрами, указывающими начальную магнитную проницаемость, и буквами, обозначающими диапазон частот и вид материала.

Наиболее распространен низкочастотный никель-цинковый феррит, обозначаемый буквами НН. Имеет низкую проводимость и сравнительно высокую частоту fc. Но у него большие магнитные потери и невысокая температура Кюри.

Никель-марганцевый феррит имеет обозначение НМ. Проводимость его больше, поэтому fc низкая. Зато малы магнитные потери, температура Кюри выше, он меньше боится механических ударов.

Иногда в маркировке ферритов ставят дополнительную цифру 1, 2 или 3. Обычно, чем она выше, тем более температурно стабилен феррит.

Какие марки ферритов нам наиболее интересны?

Для преобразовательной техники хорош термостабильный феррит 1500НМ3 с fc=1,5 МГц, Bs=0,35…0,4 Тл и Tc=200 ℃.

Для спец применений выпускают феррит 2000НМ3 с нормируемой дезакаммодацией (временной стабильностью магнитной проницаемости). У него fc=0,5 МГц, Bs=0,35…0,4 Тл и Tc=200 ℃.

Для мощных и компактных трансформаторов разработаны ферриты серии НМС. Например 2500НМС1 с Bs=0,45 Тл и 2500НМС2 c Bs=0,47 Тл. Их критическая частота fc=0,4 МГц, а температура Кюри Tc>200 ℃.

Что касается допустимой индукции Bm, этот параметр подгоночный и в литературе не нормируется. Ориентировочно можно считать Bm = 0,75 Вsmin. Для никель-марганцевых ферритов это дает примерно 0,25 Тл. С учетом падения Bs при повышенных температурах и за счет старения в ответственных случаях лучше подстраховаться и снизить Bm до 0,2 Тл.

Основные параметры распространенных ферритов сведены в Таблицу 3:

Марка	100НН	400НН	600НН	1000 НН	2000 НН	2000 НМ	1000 НМ3	1500 НМ1	1500 НМ3
μнач	80…120	350… 500	500… 800	800… 1200	1800… 2400	1700… 2500	800… 1200	1200… 1800	1200… 1800
fc, МГц	7	3,5	1,5	0,4	0,1	0,5	1,8	0,7	1,5
Tc, ℃	120	110	110	110	70	200	200	200	200
Bs, Тл	0,44	0,25	0,31	0,27	0,25	0,38… 0,4	0,33	0,35… 0,4	0,35… 0,4

5.

Насколько нагреется сердечник?

Потери в магнетике.

При частоте менее критической fс потери энергии в магнетике складываются в основном из потерь на перемагничивание, а вихретоковыми можно пренебречь.

Опыт и теория показывают, что потери энергии в единице объема (или массы) на одном цикле перемагничивания прямо пропорциональны площади петли гистерезиса. Следовательно мощность магнитных потерь:

PH = P0 ⋅ V ⋅ f (8)

Где:
P0 — удельные потери в единице объема (измеренные на частоте f0 при индукции B0) ;
V — объем образца.

Таблица 4. Удельные объемные потери в ферритах 2500НМС при f0 =16 кГц ; B0=0,2 Тл:

T, oC	P0, мкВт / (см 3 ⋅ Гц)
2500НМС1	2500НМС2
25	10,5	8,5
100	8,7	6

Однако, с ростом частоты индукция насыщения уменьшается, петля гистерезиса деформируется, а потери растут. Для учета этих факторов Штейнмец (C.P. Steinmetz, 1890–1892) предложил эмпирическую формулу:

PH = P1 ⋅ m ⋅ (f / f1) α (B / B1) β (9)

Условились [7, Стр. 54], что f1 = 1 кГц, B1 = 1 Тл.
Величины P1, α, β и массу сердечника m указывают в справочнике.

Таблица 5. Удельные потери в некоторых ферритах

Марка	1500НМ3	2000НМ1-А, Б	2000НМ3	2000НМ-17	3000 НМ-А	6000НМ-1
f	—	0,4…100 кГц	0,1…1 МГц	—	0,4…100 кГц	0,1…1 МГц	0,4…200 кГц	20…50 кГц	50…100 кГц
P1, Вт / кг	23,2	32±7	13±3	44,6	63±10	25±4	48±8	11±2	38±0,8
α	1,2	1,2	1,4	1,3	1,2	1,4	1,2	1,35	1,6
β	2,2	2,4	2,7	2,85	2,76	2,69	2,6

Потери в меди.

Омические потери в первичной обмотке при комнатной температуре и без учета скин-эффекта:

PM1 = I2 эфф (ρ / Sm) ((D — d) + 2h) ⋅ n1 (10)

Где:
Iэфф — эффективный ток,
D — внешний, d — внутренний диаметр кольца, h — его высота в метрах;
n1 — число витков; Sm — поперечное сечение провода, в мм²;
ρ = 0,018 Ом ⋅ мм² / м — удельное сопротивление меди.

Суммарные потери во всех обмотках при повышенной температуре окружающей среды:

PM = (PM1 + PM2 + …)⋅ (1 + 0,004⋅ (T — 25oC)) (11)

Общие потери в трансформаторе.

Потери в магнетике и меди:

PΣ = PH + PM (12)

Предполагаемая температура перегрева при естественной конвекции:

ΔT = PΣ / (αm Sохл) (13)

Где αm = (10…15) -4 Вт/(см²oС) , Sохл = π /2 (D2 — d2) + π h (D + d)

Пример 3:

Найдем потери в трансформаторе из Примеров 1 и 2. Для простоты считаем, что вторичная и первичная обмотка одинаковые.

Эффективный ток первичной обмотки Iэфф = 0,4 А.

Потери в меди первичной обмотки:
PM1 = 0,42 ⋅ (0,018 / 0,08) ⋅ (28 — 16 + 18) ⋅ 10 -3 ⋅ 87 ≈ 0,1 Вт.

Потери в меди обеих обмоток: PM = 0,2 Вт.

Согласно справочным данным для феррита 2000НМ P1 = 32 Вт / кг ; α = 1,2; β = 2,4; масса сердечника К28×16х9 равна 20 грамм.

Потери в феррите: PH = 32 ⋅ (30 / 1) ⋅ 1,2 ⋅ (0,25 / 1) ⋅ 2,4 ⋅ 20 ⋅ 10 -3= 1,36 Вт

Суммарные потери в трансформаторе: PΣ = 1,56 Вт.

Ориентировочный КПД = (40 — 1,56) / 40 ⋅ 100% ≈ 96%

6. Как учесть инерционные свойства трансформатора?

На Рис. 2. показана T-схема замещения трансформатора. В нее входят сопротивление источника ri, приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн или R = Pн / U2эфф , где n = U1 / U2 — коэффициент трансформации, Uэфф — эффективное напряжение первичной обмотки.

Рис. 2. Эквивалентная схема трансформатора.

Инерционные свойства трансформатора определяют малые индуктивности рассеяния Ls, индуктивность намагничивания Lμ (почти равна индуктивности первичной обмотки L1), параллельная емкость обмотки Сp (т.н. динамическая емкость) и последовательная емкость между обмотками Сп.

Как оценить индуктивности и емкости?

L1 рассчитывают по формуле (5) или измеряют экспериментально.
Согласно [8] индуктивность рассеивания по порядку величины равна Ls ~ L1 / μ.
Емкость Ср составляет примерно 1 пФ на виток.

Трансформатор работает подобно полосовому фильтру. На малых частотах он представляет собой ФВЧ с частотой среза ωн = R / Lμ.
На высоких частотах элементы Ls и Cp образуют ФНЧ с частотой среза ωв ≈ (Ls Cp)-½
Последовательная емкость Сп невелика и на работу практически не влияет.

В модели есть два характерных резонанса:

Низкочастотный (резонанс намагничивания) в параллельном контуре Lμ Ср.
Его частота fμ ≈ (1/ 2 π) ⋅ (Lμ Cp)-½ , а добротность
Qμ ≈ (ri || R) ⋅ (Lμ / Cp)-½ (14)

Высокочастотный (резонанс рассеивания) в контуре, образованном Ls и Cр.
Его частота fs ≈ (1/ 2 π) ⋅ (Ls Cp)-½ , а добротность Qs ≈ (Ls / Cp)½ / ri (15)

Как влияют резонансы обмотки?

Амплитудно-частотная характеристика трансформатора похожа на АЧХ полосового фильтра, но на ее верхнем краю резонанс fs дает характерный пик.

Реакция же на импульсы напряжения зависит от способа включения источника и величин сопротивлений схемы.

При малом внутреннем сопротивлении источника riпроявляется лишь резонанс fs в виде характерного «звона» на фронтах импульсов.
Если же источник подключается через ключ, то при его размыкании могут возникать интенсивные колебания с частотой fμ.

Рис. 3. Пример АЧХ и переходного процесса в трансформаторе. Его эквивалентная схема дана ниже на рисунке 4.

7. Экспериментальное измерение параметров импульсного трансформатора.

Для пробы было взято кольцо из феррита 3000НМ размера К10×6х2. Первичная обмотка составляла 21 виток; вторичная 14; коэффициент трансформации n = 1,5; сопротивление нагрузки равнялось 4,7 кОм; источником служил генератор прямоугольных импульсов на TTL микросхемах с уровнем 6В, частотой 1 МГц и внутренним сопротивлением ri ≈ 200 Ом.

Рассчитаем теоретические параметры:

Sc = 4 ⋅ 10 -6 м², la = 25,13 ⋅ 10 -3 м , ALтеор = 600 нГн / вит2, L1теор = 0,6 ⋅ 212 = 265 мкГн, Ls теор ≈ 265/3000 = 0,09 мкГн , Сp теор ≈ 21+14 = 35 пФ.
Приведенное сопротивление нагрузки R = n2 Rн = 2,25 ⋅ 4,7 ~ 10 кОм.

Результаты измерений индуктивностей прибором АКИП-6107:

L1 = 269 мкГн , L2 = 118 мкГн , закоротив вторичную обмотку получим 2Ls = 6,8 мкГн, что на два порядка выше ее теор оценки.

Динамическую емкость Cp можно оценить по формуле (15), подав на трансформатор прямоугольные импульсы и измерив при помощи осциллографа период колебаний «звона» на фронтах импульсов на выходе вторичной обмотки. Частота «звона» fs оказалась 18,5 МГц , что дает Ср ≈ 21 пФ и неплохо согласуется с теор оценкой.

Для сравнения с опытом эквивалентная схема с измеренными параметрами моделировалась в программе LT Spice.

Рис. 4. Модель трансформатора. Vout — приведенное напряжение, фактическое будет в n раз меньше.Рис. 5. Результаты эксперимента. Масштаб вертикальной шкалы 1 вольт на деление.

Итак, модель, построенная на основе измеренных Lμ , Ls и Cp вполне согласуется с экспериментом.

Теоретическая оценка [8] емкости 1 пФ на виток для малых колец приемлема, но оценка индуктивности рассеяния на два порядка расходится с фактической. Ее проще определять на опыте.

Приложение 1. Вывод формулы для числа витков.

При подаче напряжения U на обмотку в ней возникнет ЭДС индукции E:
U = -E = n Sc dB / dt

Для синусоидального напряжения с амплитудой Um:
Um = n Sc ω Bm
Откуда число витков: n = Um / (Sc ω Bm)

Выразив круговую частоту через обычную, а площадь в см² получим инженерную формулу:

n = 0,16 ⋅ 104 / (f ⋅ Bm⋅ Sc)

Для прямоугольного напряжения величиной Um приращение индукции:
dB = dt Um / (n Sc)
Интегрируя ее по времени от 0 до T/2 и учитывая, что за половину периода поле изменится от -Bm до +Bm получим: 2Bm = (T / 2) Um / (n Sc)

Выразив период через частоту, а площадь в см² получим инженерную формулу:

n = 0,25 ⋅104 / (f ⋅ Bm ⋅ Sc)

Она пригодна для обоих случаев.

Приложение 2. Вывод формулы для габаритной мощности трансформатора.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея связь напряжения на катушке с изменением магнитной индукции в ней:

U dt = n Sc dB

За время от 0 до T/2 индукция изменится от -Bm до +Bm. Интегрируя в этих пределах получим среднее напряжение:

Uср = 4n ⋅ Sc ⋅ Bm ⋅ f

Где:

Но приборы измеряют не среднее, а действующее напряжение, которое эквивалентно постоянному по энергии. Связь среднего и действующего напряжения дает коэффициент формы кф = Uэфф / Uср . Для меандра он равен 1, для синуса 1,11.

Отсюда эффективное напряжение на катушке:
Uэфф = 4 ⋅ кф ⋅ n ⋅ Sc ⋅ Bm ⋅ f

Габаритную мощность оценим из следующих соображений. Частота f не велика, потери на вихревые токи и перемагничивания малы и мощность ограничена лишь перегревом обмотки. Его определяет максимальная плотность тока j, одинаковая для обоих обмоток.

Определим габаритную мощность как полусумму мощностей первичной и вторичной обмоток.

Pгаб = (P1+P2) / 2 = (Uэфф1⋅ I1 + Uэфф2 ⋅ I2) / 2 = j (S1 n1 + S2 n2) 4 кф Sc Bm f / 2

Где S1 и S2 площади витка первичной и вторичной обмоток.

Это соотношение можно записать через площадь меди Sm:

Pгаб = 2⋅ кф ⋅ f ⋅ Sc ⋅ Sm ⋅ Bm ⋅ j

Площадь меди связывают с коэффициентом заполнения окна σ = Sm / Sо.

Сигма это некий эмпирический коэффициент, равен минимум 0,15 для однослойной обмотки и максимум 0,4 для многослойной (больше не поместится).

В итоге наша формула имеет вид:

Pгаб = 2 ⋅ кф ⋅ σ⋅ f ⋅ Sc⋅ Sо ⋅ Bm ⋅ j

Все величины здесь в СИ.

Допустим, что напряжение имеет форму меандра, кф = 1. Выбирая плотность тока j = 2,2 А / мм²; коэффициент заполнения σ = 0,15; выразив площади в см²; Bm в Тл ; частоту в Гц получим расчетную формулу:

Pгаб = Sc ⋅ So ⋅ f ⋅ Bm / 150

Как видно, эта формула выведена с большим запасом, реально можно получить с трансформатора и большую мощность.

Литература.

Косенко С. «Расчёт импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» // Радио, №4, 2005, с. 35 — 37, 44.
Эраносян С.А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, — 176 с: ил.
С.В. Котенёв, А.Н. Евсеев. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — М.: Горячая линия-Телеком, 2013. — 359 с.: ил.
А. Петров «Индуктивности, дроссели, трансформаторы »// Радиолюбитель, №12, 1995, с. 10–11.
Михайлова М.М., Филиппов В.В., Муслаков В.П. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1983. — 200 с., ил.
Расчетные геометрические параметры кольцевых сердечников.
Б.Ю. Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М. : Солон-Р, 2001. — 327 с. : ил
Курс лекций «Импульсная техника» для студентов 4-го курса кафедры Радиофизики. Глава 3.

трансформатор с ферритовым сердечником

; Полное руководство по основам

Большинство электрических трансформаторов имеют вторичную и первичную обмотки в качестве основных характеристик. В других случаях могут быть третичные обмотки. Таким образом, между обмотками должна быть эффективная потокосцепление для привода трансформатора. Следовательно, добавлен высокоэффективный магнитный путь с низким магнитным сопротивлением, обеспечивающий превосходную работу потокосцепления. Магнитный путь — это то, что мы называем сердечником.

Теперь сердечники изготавливаются из различных материалов, таких как ферриты, сталь, кремний и многие другие. В этой статье речь пойдет исключительно о ферритовых сердечниках, а также о различных типах, преимуществах и областях применения. Кроме того, мы можем предоставить другие сведения, которые могут быть важны для вас.

1. Что такое трансформатор с ферритовым сердечником?

Часто магнитные ферритовые сердечники имеют комбинацию соединений марганца, цинка, никеля и оксидов железа. Поскольку соединения обладают низкой коэрцитивной силой, они попадают под мягкие ферриты. Типы ферритовых сердечников включают оболочковые, тороидальные, цилиндрические и закрытые сердечники.

(тороидальные или цилиндрические катушки индуктивности на магнитном сердечнике)

Трансформаторы с ферритовым сердечником обычно предъявляют более высокие требования по сравнению с трансформаторами с железным сердечником. Ферритовые трансформаторы имеют преимущества, в том числе устойчивость к повышенным токам, низкие потери на гистерезис и отсутствие необходимости в ламинировании.

С другой стороны, трансформаторы с железным сердечником требуют ламинирования для достижения режима низких потерь на вихревые колебания. Кроме того, поскольку вы не можете сделать пластины тоньше, они, как правило, неэффективны для высоких частот.

2. Типы и преимущества трансформаторов с ферритовым сердечником

Типы

В приведенном ниже списке представлены основные типы трансформаторов с ферритовым сердечником.

Марганец Цинк (MnZn)

Помимо того, что MnZn имеет более высокую проницаемость, он также имеет более высокий уровень насыщения, чем никель-цинковый феррит. Поэтому они лучше всего подходят для приложений с рабочей частотой менее 5 МГц. Кроме того, импеданс сердечника подходит для катушек индуктивности до 70 МГц.

Никель Цинк (NiZn)

По сравнению с MnZn, NiZn имеет более высокое удельное сопротивление. Из-за этого вы в основном будете использовать его в приложениях, требующих частотного диапазона от 2 МГц до нескольких сотен МГц. Более того, его импеданс может работать с катушками индуктивности, выходящими за пределы 70 МГц. Однако сердечник из феррита NiZn чувствителен к температуре с еще более низкой температурой Кюри, ниже 500°C.

Песчаная пыль

Песчаная пыль — это высокочастотный дроссель, который можно использовать только с ферритом.

Ламинирование/аморфное и нанокристаллическое покрытие

В основном вы найдете ламинированное/аморфное и нанокристаллическое покрытие в таких областях, как ИБП, сварочные аппараты и инверторы.

Также следует отметить, что ферритовые сердечники бывают разных форм:

Сердечники ETD; Во-первых, у нас есть сердечники ETD с минимальным сопротивлением обмотки на их центральной опоре. Сопротивление обмотки позволяет оптимизировать размеры для повышения энергоэффективности. Кроме того, они эффективно подходят для катушек индуктивности и силовых трансформаторов.

ядра EER; Во-вторых, есть сердечники EER с круглой центральной опорой. В большинстве случаев круглая центральная стойка обеспечивает более короткую длину пути намотки по сравнению с квадратной центральной стойкой.

E, I ядро; Его особенностью является катушечная намотка. И собрать его можно без труда. E, я основные виды использования; инверторные трансформаторы, широкополосные, силовые, преобразователи, телекоммуникационные катушки индуктивности и дифференциалы.

Сердечники EFD; Иметь элемент площади поперечного сечения. Из-за этого они могут быть полезны для приложений с несколькими трансформаторами и катушками индуктивности и компактными трансформаторами.

(ферритовые катушки индуктивности).

Преимущества

Некоторые из преимуществ трансформатора с ферритовым сердечником, предлагаемого для большинства электрических применений, включают:

Во-первых, он обладает высокой магнитопроницаемостью. Из-за этого трансформатор часто применяется в высокочастотных трансформаторах.
Затем, его электропроводность низкая . Это гарантирует, что ферритовый сердечник не потеряет вихревые токи.
Кроме того, напряженность электрического поля выше . Это позволяет изменять магнитное направление с небольшими потерями на гистерезис. Более того, приятно отметить, что сердечники из твердого феррита имеют меньшую коэрцитивную силу, чем сердечники из мягкого феррита.

(гистерезис в магнитном поле).

Другие преимущества трансформаторов с ферритовым сердечником в электротехнической промышленности, в том числе;

Низкий коэффициент гистерезиса,
Высокие значения добротности,
Низкое искажение сигнала и
Низкая чувствительность по постоянному току.

3. Каковы основные области применения трансформаторов с ферритовым сердечником?

Трансформатор с ферритовым сердечником находит широкое применение, в том числе:

Преобразователи постоянного тока; Здесь они уменьшают или увеличивают напряжение постоянного тока.
Мобильные зарядные устройства; Очевидно, что каждое зарядное устройство для телефона имеет определенный ток и напряжение. Следовательно, трансформаторы с ферритовым сердечником помогают повышать и понижать напряжение в соответствии с требованиями.
Силовые электронные схемы; Все силовые электронные схемы с высокими частотами содержат трансформатор с ферритовым сердечником. Например, есть чистые синусоидальные инверторы и импульсные инверторы питания.
Бытовая техника; Несколько бытовых приборов, в которых используется ферритовый трансформатор, включают холодильники, кондиционеры, стиральные машины и телевизоры. Кроме того, трансформатор помогает снизить уровень шума при фильтрации электромагнитных помех во время работы.

(шумоподавление с использованием ферритовых компонентов).

Бесщеточные инверторы постоянного тока; Ферритовые трансформаторы преобразуют переменный ток в постоянный или переменный ток в переменный в бесщеточных инверторных схемах постоянного тока.
Панели солнечных батарей; Кроме того, в солнечных панелях и батареях трансформаторы повышают низкое напряжение постоянного тока.
Электромобили; В двигателях и зарядных устройствах электромобилей используется трансформатор с ферритовым сердечником.
Освещение; Наконец, ферритовые трансформаторы действуют как трансформаторы драйвера и обеспечивают необходимое напряжение в светодиодных сегментах.

4. Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником

Прежде всего, подготовьте все необходимые параметры. Наша конструкция представляет собой двухтактную топологию с центральным отводом.

Расчет первичных витков

3 — первичный виток.

Расчет вторичных витков; Пиковое вторичное значение постоянно на уровне 310 В. Это помогает поддерживать рабочее напряжение от 13 В до 10,5 В (самое низкое). Дополнительные 20 В к 310 В дают 330 В, что достаточно для максимального выходного пикового напряжения.
Определить максимальное вторичное напряжение для ШИМ-управления с обратной связью; PMW составляет 98% от всего рабочего цикла. Итак, когда батарея на 10,5В, 310В на вторичной, используем расчет; 98% × 10,5 В = 10,29 В. Окончательное максимальное вторичное напряжение составляет 330 В, в то время как первичное напряжение составляет 10,29 В.
Найдите коэффициент трансформации первичной вторичной обмотки; Соотношение составляет 330:10,29 = 32,1
Расчет количества витков вторичной обмотки определяется путем умножения числа витков первичной обмотки (3) на отношение номинальных напряжений (32,1). Теперь 32,1 × 3 = 9.6.3 округлить до 96.
Рассчитать количество витков вспомогательной обмотки

Вспомогательная обмотка потребуется для внешней реализации. Формула выглядит следующим образом;

5. Как проектировать ферритовые трансформаторы различных топологий

Различные приложения и типы сердечников имеют разные названия и топологии в зависимости от схемы. Некоторые из топологий включают обратноходовую, двухтактную, полумостовую и оболочковую. Тем не менее, при проектировании любого ферритового трансформатора с любой формой топологии необходимо учитывать форму, удельную стоимость, оптимальную температуру, размер и частоту. Упомянутые пункты должны поддерживать трансформатор, сводя к минимуму потери в сердечнике, обеспечивая электрическую изоляцию и предотвращая насыщение сердечника.

Рабочая частота и размер ферритовых трансформаторов зависят от двух основных применений; мощность и сигнал.

Ферромагнитный металлический сердечник для высокоэнергоэффективного трансформатора. Ферритовый трансформатор для импульсного источника питания. Селективный фокус, малая глубина резкости

(ферромагнитные металлические сердечники).

Применение сигналов; ферритовый трансформатор здесь имеет высокочастотный диапазон в мегагерцовом масштабе и имеет небольшие размеры.

Силовые приложения; В отличие от сигнальных приложений, трансформаторы здесь большие и низкочастотные (диапазон от 1 кГц до 200 кГц)

Шаги

Прежде чем приступить к процессу проектирования трансформатора, убедитесь, что ваши требования соответствуют желаемому применению. Требования к проекту могут включать уровень тока, выходное напряжение, рабочие частоты и входное напряжение.
Во-вторых, проверьте другие параметры, включая рабочую температуру, способ монтажа, изоляцию, расстояние, токи утечки и размер.
Затем перейдите к выбору ядра. Вам понадобятся шпульки, чтобы соответствовать выбранному вами сердечнику, и они также помогут установить ваш продукт после того, как вы его закончите.
В-четвертых, используя формулы подзаголовка «Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником», рассчитайте потери мощности, число витков. Также можно рассчитать и другие необходимые параметры.
Далее необходимо определиться с размером шины и током первичной обмотки.

Формула: первичный ток = общая выходная мощность + потери мощности трансформатора, деленные на первичное напряжение.

Затем определите количество витков вторичной обмотки. Здесь вы проверите провода на своем механическом чертеже. Затем убедитесь, что они вписываются в зону намотки по средней длине витков, высоте и шпульке. Кроме того, добавьте некоторую изоляцию между обмотками, но также учитывайте общую высоту обмотки.
Кроме того, измерьте напряжение нагрузки и разомкнутую цепь поперек вторичной обмотки, чтобы проверить свою конструкцию. Опять же, используйте формулы из подзаголовка четыре для расчета сопротивления каждой обмотки. Кроме того, рассчитайте поперечное падение напряжения на той же обмотке. Падение напряжения = ток × сопротивление.
Наконец, закончите, рассчитав требуемую температуру. Повышение температуры в ферритовых трансформаторах связано с потерями мощности в обмотках и потерями мощности в сердечнике. В зависимости от вашего применения расчет должен определить приемлемую температуру.

6. В чем разница между трансформатором с ферритовым сердечником и простым трансформатором?

В таблице ниже приведены различия между простым трансформатором и трансформатором с ферритовым сердечником.

(трансформатор с медной катушкой).

Заключение

В целом, трансформаторы с ферритовым сердечником являются лучшим вариантом при рассмотрении высокочастотных приложений, поскольку они обладают эффективными характеристиками. Трансформаторы обладают высокой магнитной проницаемостью, высокой коэрцитивной силой и проводят малую электрическую мощность. К высокочастотным устройствам относятся импульсные источники питания, фильтры помех, катушки индуктивности, трансформаторы и т. д. Если вы заинтересованы, вы можете связаться с нами, и мы будем рады помочь.

Трансформатор с ферритовым сердечником | Почему они пользуются спросом?

Трансформаторы — это пассивные устройства, используемые для передачи электроэнергии из одной цепи в другую. Их основная цель состоит в том, чтобы увеличить или уменьшить уровни напряжения между цепями. Они имеют две основные конструкции сердечника — трансформаторы с ферритовым сердечником и трансформаторы с железным сердечником. Из них трансформаторы с ферритовым сердечником являются наиболее популярными, и есть несколько причин, по которым они заслуживают этого.

В этом блоге мы собираемся изучить важную информацию о трансформаторах с ферритовым сердечником и почему они пользуются большим спросом в электротехнической промышленности.

Что такое трансформатор с ферритовым сердечником?

Трансформатор с ферритовым сердечником — это непроводящий ферромагнитный состав, обмотка которого изготовлена из ферритовых сердечников. Они используются для высокочастотных приложений, потому что они имеют низкую коэрцитивную силу и обеспечивают низкие потери на вихревые токи.

Каковы их типы?

Трансформаторы с ферритовым сердечником бывают разных типов, в том числе:

1. Марганцево-цинковый (MnZn): Они имеют более высокие уровни насыщения и более высокую проницаемость, чем ферриты NiZn. Они подходят для приложений с рабочей частотой менее 5 МГц. Кроме того, их полное сопротивление делает их идеальными для катушек индуктивности до 70 МГц.

2. Никель Цинк (NiZn): Имеют более высокое удельное сопротивление по сравнению с ферритами MnZn. Они используются в электрических приложениях, когда частота находится в диапазоне от 2 МГц до нескольких сотен МГц, и подходят для катушек индуктивности выше 70 МГц.

3. Песчаная пыль: Это высокочастотные дроссельные катушки, идеально подходящие для использования только с ферритами.

4. Ламинированные/аморфные и нанокристаллические: Трансформаторы для ламинирования в основном используются в инверторах, сварочных аппаратах и ИБП.

Почему они так востребованы?

Трансформаторы с ферритовым сердечником обычно более востребованы, чем трансформаторы с железным сердечником, поскольку они обладают рядом преимуществ ферритов.

Ферриты представляют собой керамические материалы, образованные с использованием соединений марганца и цинка. Они действуют как изоляторы в трансформаторах и обладают высокой устойчивостью к большим токам.

Еще одним преимуществом является то, что ферриты обеспечивают низкие потери на вихревые токи на нескольких частотах и обладают высокой магнитной проницаемостью, поэтому они идеально подходят для высокочастотных трансформаторов и регулируемых катушек индуктивности.

Кроме того, высокая магнитная проницаемость и низкая электропроводность ферритов помогают предотвратить вихревые токи в трансформаторах. Таким образом, вам не нужно ламинировать сердечники, прежде чем использовать их для трансформаторов.

С другой стороны, обычные трансформаторы с железным сердечником имеют железный сердечник с пластинами для предотвращения потерь из-за вихревых токов в них. Становится невозможным сделать пластины тоньше, чтобы сделать их эффективными на более высоких частотах.

Каковы преимущества их использования?

Трансформатор с ферритовым сердечником предлагает ряд преимуществ, которые делают его идеальным для различных электрических применений. Некоторые из их основных преимуществ включают:

Высокая магнитная проницаемость: Трансформаторы с ферритовым сердечником обладают высокой магнитной проницаемостью, что является одной из причин, по которой они используются в высокочастотных трансформаторах.
Низкая электропроводность : Высокая проницаемость наряду с низкой электропроводностью помогает ферритовым сердечникам предотвращать потери на вихревые токи. Благодаря этому ядра обеспечивают выдающуюся производительность на более высоких частотах.
Более высокая коэрцитивность: Мягкие ферритовые сердечники имеют более высокую коэрцитивную силу по сравнению с твердыми ферритовыми сердечниками. Кроме того, они могут изменять свое магнитное направление, обеспечивая при этом незначительные потери на гистерезис.

Помимо преимуществ, упомянутых выше, сердечники также обладают высокими значениями добротности, низкой чувствительностью к постоянному току, низким коэффициентом гистерезиса и низкими искажениями сигнала для электротехнической промышленности.

Каковы их основные приложения?

Основные области применения трансформаторов с ферритовым сердечником приведены ниже:

Силовые электронные схемы: Они используются во всех силовых электронных схемах, таких как инверторы импульсных источников питания и инверторы с чистой синусоидой для высокой частоты.
Преобразователи постоянного тока в постоянный: Используются в преобразователях постоянного тока для увеличения или уменьшения напряжения постоянного тока.
Солнечные панели: Используются для увеличения низкого напряжения постоянного тока аккумуляторов и солнечных панелей.
Освещение: Применяются в сегментах освещения светодиодов в качестве драйверного трансформатора для обеспечения в них необходимого напряжения.
Бытовая техника: Они используются в основных бытовых приборах, таких как стиральная машина, телевизор, кондиционер и холодильник, чтобы обеспечить их эффективную работу. Трансформаторы также помогают в фильтрации электромагнитных помех для снижения уровня шума во время работы.
Электромобили: Они используются в зарядных устройствах и двигателях электромобилей.
Мобильные зарядные устройства: Каждое мобильное зарядное устройство имеет разное напряжение и силу тока. Эти трансформаторы помогают повышать и понижать напряжение согласно требованию.
Бесщеточные инверторы постоянного тока: Они используются в бесщеточных инверторах постоянного тока для преобразования переменного тока в переменный или переменного тока в постоянный в электрической цепи.

В основном, везде, где есть электронная схема, содержащая печатную плату (PCB), ферритовые трансформаторы являются первым выбором.

Заключение

Трансформаторы с ферритовым сердечником эффективны и обеспечивают превосходную работу в различных условиях. Если вы планируете приобрести трансформаторы с ферритовым сердечником самого высокого качества для ваших электрических применений, вы можете связаться с Alisha Coils & Transformers (подразделение Cosmo Ferrites Ltd). Кроме того, если вам нужно какое-либо руководство или консультация перед покупкой этих трансформаторов, они будут рады помочь вам найти правильные.

Тестирование ферритовых трансформаторов

Введение в тестирование ферритовых трансформаторов

Поскольку в электронных устройствах используются высокочастотные технологии для уменьшения размера и повышения эффективности, ферритовые сердечники используются во все большей части конструкций трансформаторов. Поэтому производители трансформаторов
должны удовлетворять потребность в трансформаторах меньшего размера, предназначенных для работы на более высоких частотах, что предъявляет дополнительные требования как к методам производства, так и к методам испытаний.

Эти вопросы относятся к широкому спектру распространенных приложений, включая импульсные источники питания, осветительные балласты, инверторные приводы, аудио- и телекоммуникационное оборудование и многое другое.
Сегодняшняя потребность в проверенных рабочих характеристиках всех компонентов продукта привела к необходимости более тщательного тестирования каждого трансформатора, чем обычно ожидалось.
На следующих страницах мы рассмотрим ряд тестов, подходящих для тщательного тестирования конструкций ферритовых трансформаторов, и начнем с обзора компонентов, присутствующих в обычном трансформаторе.

РИСУНОК 1

Схема простого двухобмоточного трансформатора, подключенного к четырем проводным узлам Кельвина тестера трансформаторов серии AT.

Из схемы на рисунке 1 видно, что даже самый простой трансформатор включает в себя довольно сложную комбинацию резистивных и реактивных компонентов.
Чтобы с уверенностью установить, что трансформатор был изготовлен правильно, необходимо выполнить ряд испытаний, которые в совокупности обеспечивают уверенность в том, что используемые материалы и выполненный производственный процесс приводят к получению трансформаторов, соответствующих проектным спецификациям.

CTY: Преемственность

Обеспечивает правильную посадку трансформатора в своем креплении и хорошую целостность концов обмотки.
Единица измерения, Ом. Диапазон от 10 кОм до 10 МОм
Выбирая этот тест первым, оператор может быть предупрежден о плохих соединениях перед выполнением основных тестов, экономя время и избегая неправильных отчетов об ошибках трансформатора в статистике партии.

R: Сопротивление

Обеспечивает правильность сечения меди, используемой для каждой обмотки.
Единица измерения, Ом. Диапазон от 10 мОм до 10 МОм
Все обмотки испытываются по отдельности, чтобы убедиться в отсутствии обмоток с недостаточным сечением меди для пропуска требуемого тока.

LS: последовательная индуктивность

Обеспечивает использование правильного материала сердечника и правильное число витков.
Единица измерения, Генри. Диапазон от 1 нГн до 1 МГц с уровнем сигнала от 1 мВ до 5 В при частоте от 20 Гц до 3 МГц.
Различные материалы сердечника обладают разной проницаемостью и, следовательно, разным значением индуктивности для определенного числа витков. При правильном числе витков индуктивность обеспечивает меру способности материалов сердечника поддерживать требуемый магнитный поток без насыщения.

Рис. 3. Пример экрана ввода данных для проверки индуктивности с использованием программы Editor.

QL: Коэффициент качества

Обеспечивает правильность материала сердечника и его сборки. индуктора как отношение накопленной энергии к потраченной впустую энергии и выводится из уравнения L / (R SQRT (LC) ). Можно видеть, что более высокие значения добротности получаются, когда индуктивная составляющая велика по сравнению с резистивной и емкостной составляющими.

Рис. 4 Пример экрана ввода теста для Q Factor с использованием программы Editor.

ANGL: угол импеданса

Обеспечивает соответствие материала сердечника, сопротивления проводов, количества витков и межобмоточной емкости конструктивным требованиям.
Единица измерения, Градусы. Диапазон от -360° до +360° с уровнем сигнала от 1 мВ до 5 В при частоте от 20 Гц до 3 МГц.
Для трансформаторов, работающих в широком диапазоне частот, например. звуковых трансформаторов разработчику или производственному отделу может потребоваться измерить фазовый угол между реальным импедансом (резистивным (R)) и мнимым импедансом (индуктивным или емкостным (jXs)). Сумма R и jXs обычно обозначается как Z (полный импеданс).
По мере увеличения подаваемой частоты на индукторе импеданс увеличивается, а фазовый угол импеданса уменьшается до точки собственного резонанса, в этой точке фазовый угол импеданса равен нулю (также самое высокое значение импеданса).

Рис. 5. Пример экрана ввода теста для фазового угла с использованием программы Editor.

LL: индуктивность рассеяния

Обеспечивает правильное расположение обмоток на бобине и правильный размер воздушного зазора, включенного в конструкцию сердечника.

Единица измерения, Генри. Диапазон от 1 нГн до 1 кГн с уровнем сигнала от 1 мВ до 5 В при частоте от 20 Гц до 3 МГц

Индуктивность рассеяния — это индуктивная составляющая, относящаяся к магнитному потоку, который не связывает первичную и вторичную обмотки. Конструкции могут требовать определенного значения индуктивности рассеяния для правильной работы цепи, в которую будет вставлен трансформатор, или может быть необходимо поддерживать очень низкое значение. Измерение индуктивности рассеяния требует короткого замыкания вторичных обмоток, что часто может создавать проблемы в производственной среде. Тестеры серии AT устраняют эти проблемы с помощью уникальной методики измерения, которая подробно описана в отдельной технической заметке VPN: 104-105.

Рис. 6. Пример экрана входа в тест для индуктивности рассеяния с использованием программы Editor.

C: Межобмоточная емкость

Обеспечивает правильную толщину изоляции между обмотками.
Единица измерения, Фарады. Диапазон от 100 фФ до 1 мФ с уровнем сигнала от 1 мВ до 5 В при частоте от 20 Гц до 3 МГц
Емкость возникает в катушках индуктивности и трансформаторах из-за физической близости электростатической связи между проводами внутри обмотки.
Емкость также существует между отдельными обмотками от первичной к вторичной или от вторичной к вторичной.

Рис. 7 Пример экрана ввода данных для проверки емкости с использованием программы Editor.

TR: Коэффициент витков

Обеспечивает соответствие количества витков каждой обмотки и полярности обмотки спецификации.
Единица измерения, десятичное отношение. От 1:100 кОм до 100 кОм:1 с уровнем сигнала от 1 мВ до 5 В при частоте от 20 Гц до 3 МГц
Коэффициент витков измеряется, чтобы установить, что число витков на первичной и вторичной обмотках правильное и, следовательно, достигаются требуемые вторичные напряжения при использовании трансформатора. Важно помнить, что различные потери трансформатора, показанные на рис. 1, приведут к коэффициенту напряжения, который не будет точно соответствовать соотношению физических витков, присутствующих в обмотках. Тестеры серии AT включают возможность расчета витков по соотношению индуктивностей (TRL), что устраняет ошибки, связанные с потерями в сердечнике и индуктивностью рассеяния.
Этот и другие соображения относительно коэффициента поворота описаны в отдельной технической заметке VPN: 104-113.

Рис. 8. Пример экрана ввода теста для коэффициента поворотов с использованием программы Editor.

SURG: испытание на перенапряжение высокого напряжения

Гарантирует, что изоляционный материал вокруг медного провода (обычно лак) не был поврежден во время производства, что может привести к риску межвиткового короткого замыкания.
Единица измерения, мВ Секунды. Диапазон от 1 мВс до 1 кВс с уровнем импульсного сигнала от 100В до 5кВ.
Трансформаторы с большим числом витков, в которых используется тонкая проволока, подвержены повреждению изоляции. Повреждение изоляционного материала во время производства очень трудно обнаружить, так как полного короткого замыкания может не быть, а напряжение, приложенное во время проверки витков, будет недостаточным для устранения этого частичного короткого замыкания. Однако во время работы в готовом изделии трансформатор подвергается воздействию гораздо более высокого напряжения, которое может вызвать коронную дугу в месте повреждения, или нагревание при нормальном использовании может привести к короткому замыканию через короткий промежуток времени.

Подключив заряженный конденсатор внутри AT3600 к обмотке трансформатора, на обмотку подается импульсное напряжение, и путем измерения площади под затухающими колебаниями можно установить, произошел ли пробой между витками обмотки. На приведенной ниже диаграмме показаны затухающие колебания обмотки трансформатора без повреждения изоляции по сравнению с той же обмоткой с поврежденной изоляцией.

Рис. 9 Примеры формы импульса

Вычисляя произведение вольт-секунд под кривой, AT3600 предоставляет числовое значение, по которому можно установить хорошие или плохие компоненты. Это дает преимущество обнаружения короткозамкнутых витков с использованием метода импульсного напряжения, избегая при этом потенциальных ошибок, присущих пользовательской интерпретации сложных сигналов.

Рис. 10 Пример экрана входа в тест для Surge Stress с использованием программы Editor.

IR: Сопротивление изоляции

Обеспечивает соответствие изоляции между обмотками требуемым спецификациям
Единица измерения, Ом. Диапазон от 1 МОм до 100 ГОм с уровнем сигнала от 100 В до 7 кВ (AT5600 + AT3600) или 500 В (ATi).~
С помощью генератора постоянного тока высокого напряжения и системы измерения постоянного тока вычисляется значение сопротивления.

Рис. 11. Пример экрана ввода результатов измерения сопротивления изоляции с использованием программы Editor.

HPAC: испытание на безопасность переменного тока высокого напряжения

Обеспечивает правильное расположение обмоток с использованием правильных материалов для обеспечения требуемого уровня безопасной изоляции.
Единица измерения, Ампер. Диапазон от 10 мкА до 10 мА с уровнем сигнала от 100 В переменного тока до 5 кВ переменного тока.
Все трансформаторы, обеспечивающие изоляцию от энергосистемы переменного тока, должны быть испытаны, чтобы подтвердить их способность выдерживать напряжения, необходимые для испытаний на безопасность, без пробоя. Чтобы соответствовать правилам тестирования, необходимо предоставить доказательства того, что тестовое напряжение поддерживается в течение периода тестирования, и AT3600/AT5600 достигает этого путем измерения и контроля приложенного напряжения в течение всего периода тестирования.

Рис. 12 Пример экрана входа в тест для HPAC с использованием программы Editor.

Выводы по тестированию феррита

Можно видеть, что соответствующий набор тестов обеспечит полную уверенность в том, что все материалы и производственные процессы в трансформаторе соответствуют требованиям.
Это, в свою очередь, гарантирует, что каждый протестированный трансформатор полностью соответствует требуемой спецификации.
Такое тщательное тестирование здесь исторически было слишком дорогостоящим, слишком сложным или отнимало слишком много времени.
Однако тестеры серии AT представляют собой экономичное, простое в использовании и быстрое решение.
Показанный выше полный тест был выполнен тестером AT со скоростью 1,2 секунды одним нажатием кнопки.

Ферритовые трансформаторы Топливные широкополосные делители мощности

Скачать эту статью в формате .

PDF
Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Многие пассивные многопортовые устройства, такие как делители/сумматоры мощности, балуны, гибриды и трансформаторы импеданса, используют электромагнитную (ЭМ) связь для выполнения своих функций. В микроволновом диапазоне связь обычно достигается за счет емкостного (электрического) взаимодействия между близко расположенными линиями передачи. С этим механизмом связи самая широкая доступная полоса пропускания достигается, когда длина участка связи приближается к четверти длины волны. Следовательно, когда частота падает ниже микроволнового диапазона, размер устройств, использующих этот механизм связи, становится недопустимо большим.

Жизнеспособной альтернативой емкостной связи в ВЧ-диапазоне является индуктивная связь, реализуемая за счет взаимного магнитного взаимодействия проволочных петель, соединенных между собой через общий ферритовый сердечник. При правильном подборе материала феррита, размеров сердечника и количества витков контура функциональность устройства может быть значительно расширена в сторону более низких частот. В конце концов, использование ферритовых трансформаторов и магнитной связи приводит к созданию широкополосных устройств гораздо меньшего размера, которые демонстрируют лучшие электрические характеристики из-за уменьшенных омических потерь.

Однако для некоторых приложений требуются еще более широкие устройства, работающие в частотном диапазоне, охватывающем как радиочастотный, так и микроволновый диапазоны. Но есть принципиальная концептуальная разница в проектировании устройств, предназначенных для работы в ВЧ и СВЧ диапазонах. Подход «сосредоточенных элементов» является преобладающей идеологией проектирования в ВЧ, в то время как «распределенные элементы» и «линии передачи» доминируют в подходах к проектированию на микроволновых частотах. Существуют определенные пределы того, насколько далеко каждый из этих подходов может быть распространен на соседний диапазон.

Более перспективным является синтетический подход, объединяющий обе концепции в одном устройстве. Этот подход был особенно успешным при разработке сверхширокополосных ферритовых делителей мощности и ответвителей, которые объединяют линии передачи с емкостной связью, такие как витые бифилярные провода и коаксиальные линии, с ферритовыми трансформаторами для добавления магнитной связи в смесь. ¹ Такой гибридный подход потенциально может обеспечить пропускную способность почти на четыре десятилетия в одном устройстве.

Чтобы оценить пригодность ферритового материала для сердечника трансформатора, необходимо понять реакцию ненамагниченного феррита на внешнее магнитное поле переменного тока. В отсутствие постоянного магнитного смещения динамический магнитный отклик мягких ферритовых материалов на переменное поле почти полностью определяется эффективным полем магнитокристаллической анизотропии H _A , которое присутствует во всех типах ферритов. Это внутреннее поле обеспечивает предпочтительное выравнивание магнитных моментов по некоторым конкретным кристаллографическим направлениям. Случайная ориентация зерен в поликристаллических структурах, таких как керамические ферриты, усредняет этот эффект и приводит к изотропной комплексной динамической проницаемости, определяемой следующим соотношением: ²

μ′ _i = 1/3 + (2/3){[(H _A + 4πM ₀ + jωG) ² — (ωγ) ^{2 9053 _A + Jωg) ² — (ω/γ) ²]} = μ ′ _I + Jμ ″ _I (1)}

, где:

9000 4 Goots (1)

. , и

G = коэффициент рассеяния, который описывает динамические потери в ферритовом материале.

Действительная часть магнитной проницаемости, мк′ _i , называемая далее начальной магнитной проницаемостью, характеризует способность ферритового сердечника проводить магнитный поток. Мнимая часть μ″ _i описывает величину активных потерь в проводах, магнитно связанных с ферритовым сердечником. Уравнение 1 описывает широкополосную частотную характеристику, включающую также «естественный магнитный резонанс», который имеет место, когда частота поля переменного тока приближается к частоте прецессии спина во внутреннем поле анизотропии, ωA = γHA. На рис. 1 показана типичная дисперсия реальной (сплошная линия) и мнимой (штриховая линия) проницаемостей, полученная по уравнению. 1.

1. Эти графики представляют собой типичные картины дисперсии для реальной (сплошная линия) и мнимой (пунктирная линия) проницаемости, полученные из уравнения. 1.

Из-за значительных потерь, связанных с ненамагниченным ферритовым материалом, резонанс очень широкий. Видно, что начальная проницаемость остается практически плоской до резонанса. После резонанса он превращается в быстро падающий наклон. Что касается мнимой части, то потери постепенно растут, достигая максимума в резонансе, а затем медленно уменьшаются с частотой. Одно очень важное наблюдение состоит в том, что магнитные потери простираются далеко в микроволновый диапазон, тогда как начальная магнитная проницаемость уменьшается до вакуумной проницаемости почти сразу после резонанса.

Та же самая магнитокристаллическая анизотропия, которая вызывает «естественный магнитный резонанс», отрицательно влияет на величину начальной магнитной проницаемости: В результате ферриты с более сильной анизотропией обеспечивают более широкую полосу пропускания, но меньшую проницаемость, и наоборот. Эта корреляция хорошо видна на рис. 2 , где показана сравнительная проницаемость для группы мягких ферритов с различной силой поля анизотропии. На том же графике показано аналитическое соотношение, которое описывает корреляцию между пропускной способностью и величиной проницаемости, известное как закон Снука.

2. Здесь показаны основные конструктивные параметры широкополосных ферритовых трансформаторов.

Скачать эту статью в формате .

PDF
Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Скачать эту статью в формате .PDF
Этот тип файла включает в себя графику и схемы высокого разрешения, если это применимо.

Ферритовый трансформатор представляет собой пассивное устройство, которое преобразует входное напряжение (импеданс, ток) в другое желаемое выходное значение. В зависимости от схемы подключения он также может выполнять некоторые другие полезные функции, такие как изоляция по постоянному току между входом и выходом, подавление синфазного сигнала и преобразование симметричного импеданса в несимметричное значение. В реальной реализации ВЧ-трансформатор состоит из ферритового сердечника с замкнутым контуром, который содержит две или более обмоток. Подача тока в одну из обмоток, называемую первичной, создает магнитный поток переменного тока, который индуцирует ток во вторичных обмотках. Некоторые типичные конфигурации трансформатора показаны на 9.0007 Рис. 3 .

3. На этих схемах представлены некоторые типовые конфигурации трансформатора.

При правильной конструкции ферритовый трансформатор практически не имеет потерь: W1 ≈ W2. Для достижения максимальной передачи мощности от входа к выходу импедансы нагрузки должны совпадать с входным импедансом. Предполагая, что количество витков в первичной и вторичной обмотках задано как N1 и N2, выполняются следующие соотношения:0003

Z2 = n ² Z1

Например, если трансформатор используется в качестве двухстороннего делителя мощности, то обе выходные обмотки должны иметь N2 = N1/(2) ^0,5, а выходные сопротивления будут Z2 = Z1/2. При необходимости выходные импедансы могут быть восстановлены до их первоначальных значений с помощью повышающего преобразования на следующем этапе.

Приведенные выше уравнения устанавливают только относительные отношения. Фактические значения оцениваются на основе номинальной мощности и требований к полосе пропускания. Низкочастотная отсечка определяется падением реактивного сопротивления первичной обмотки. Улучшение низкочастотного реактивного сопротивления может быть достигнуто различными способами, включая использование феррита с более высокой проницаемостью, увеличение размера ферритового сердечника или увеличение числа витков.

Как правило, за все эти улучшения низких частот приходится платить ухудшением высоких частот. Однако при правильно подобранном ферритовом сердечнике сокращение числа витков также может привести к значительному улучшению высокочастотных характеристик. В обсуждаемых здесь обычных трансформаторах мощность на вторичную обмотку полностью передается через магнитный поток внутри сердечника. Следовательно, определение поперечного сечения сердечника должно производиться на основе критериев допустимой мощности, чтобы избежать нелинейностей и магнитного насыщения.

Что касается характеристик полосы пропускания, то ее высокочастотный перекат определяется в основном пределом Снука для реальной проницаемости, который обычно ниже 200 МГц.

Типовая принципиальная схема двустороннего делителя мощности, реализованного с использованием обычных трансформаторов, показана на рис. 4 .

4. Это типовая принципиальная схема двустороннего делителя мощности, реализованного с использованием обычных трансформаторов.
В этой конкретной реализации первая ступень реализована с автотрансформатором, имеющим коэффициент трансформации 1:1/(2) ^0,5 , что дает выходное сопротивление 25 Ом. Следующим этапом является изолирующий трансформатор с коэффициентом 1:2, который возвращает два выхода к несбалансированному импедансу 50 Ом.
Концепция трансформаторов линии передачи была впервые представлена Гуанеллой в 1944 году. В своей базовой реализации трансформатор состоит из отрезка линии передачи, такого как коаксиальный кабель или скрученный бифилярный магнитный провод, который индуктивно связан с ферритовым сердечником. . Известно, что наряду с коаксиальными кабелями равномерно скрученные бифилярные магнитопроводы сохраняют постоянную пропускную способность в полосе и проявляют свойства линии передачи в широком диапазоне частот вплоть до микроволн с волновым сопротивлением, зависящим от сечения провода, толщины изоляции и шага крутки. . ³
При использовании коаксиального кабеля экран действует как вторая линия передачи, которая имеет емкостную связь с центральным проводом и обеспечивает путь для обратного тока. Наилучшие характеристики достигаются, когда волновое сопротивление линии равно среднему геометрическому сопротивлений источника и нагрузки. Некоторые конфигурации трансформаторов линий электропередач вместе с их схематическим изображением показаны на рис. 5 .
5. Эти конфигурации показывают различные трансформаторы линии электропередачи вместе с их схематическими изображениями.
Как и в любой схеме со связанными линиями, распространение сигнала в трансформаторе можно свести к двум различным типам распространения: четному и нечетному режимам. Наиболее фундаментальное свойство трансформатора линии передачи состоит в том, что он по-разному реагирует на эти режимы. В нечетном режиме распространения общее магнитное поле, создаваемое равными и противоположными токами в отдельных проводах, компенсируется. Так что в идеале наличие ферритового сердечника никак не влияет на нечетный режим. Напротив, ток в четной моде течет в том же направлении, создавая значительное магнитное поле внутри ферритового сердечника. Трансформатор линии передачи предназначен для работы в качестве дросселя, подавляющего четную моду. В этом качестве для трансформатора линии передачи важны и полезны как действительная, так и мнимая части проницаемости. Первый вносит свой вклад, отражая четную моду обратно к источнику, а второй — преобразовывая мощность четной моды в тепло. Это явно отличается от обычного трансформатора, который использует только реальную проницаемость для реализации своей функции.

Из-за вклада мнимой магнитной проницаемости работа трансформатора линии передачи может быть распространена на микроволновый диапазон. При почти полном исключении четного режима трансформатор линии передачи действует как симметрирующее устройство, преобразующее несимметричный вход в симметричный выход. В зависимости от схемы подключения он также может выполнять важную функцию преобразования импеданса и инверсии фазы. ⁴ Пример трех коаксиальных трансформаторов импеданса 35 Ом, работающих как балун 2:1, показан на 9.0007 Рис. 6 вместе с эквивалентной схемой, видимой со стороны входного и выходного портов.

6. Это физическая схема и принципиальные схемы балуна 2:1. 7. Это пример двустороннего делителя мощности [модель DL-208F (ссылка 5)].

Что касается делителей мощности, На рис. 7 показано одно из возможных расположений трансформаторов линии передачи для достижения двухстороннего равного разделения мощности. ⁵ Опять же, первый каскад выполнен в виде коаксиального балуна 2:1, за которым следует изолирующий трансформатор с проволочной обмоткой для поддержания всех портов на уровне несбалансированного импеданса 50 Ом. На рис. 7 показаны фактические принципиальные схемы детали DL-208F из каталога TRM, которая умещается в небольшом корпусе (1 x 1,25 x 0,5 дюйма) и работает в очень широком диапазоне частот от 20 до 2000 МГц. ⁵

Д-р Карен Кочарян, старший инженер ВЧ/СВЧ

TRM Microwave, 280 South River Rd. , Bedford, NH 03110; (603) 627-6000, ФАКС: (603) 627-6025.

Ссылки

1. J. Walker, D. Myer, F. Raab, and C. Trask, Eds., Classical Works in RF Engineering, Artech House, Boston, 19.74.

2. E. Schlomann, «Микроволновая проницаемость частично намагниченных ферритов», Journal of Applied Physics, Vol. 41, № 1, 1970, стр. 204-214.

3. П. Лефферсон, «Линия передачи с витой магнитной проволокой», IEEE Transactions on Parts, Hybrids, and Packaging, Vol. PHP-7, № 4, декабрь 1971 г., стр. 148-154.

4. Гребенников А. Суммараторы мощности, трансформаторы импеданса и направленные ответвители // Высокочастотная электроника. 6, № 12, декабрь 2007 г., стр. 20-38.

5. Каталог продукции TRM RF/Microwave.

Инвертор с ферритовым сердечником Конструкция трансформатора StepUP

Задавать вопрос

Спросил 2 года, 1 месяц назад

Изменено 2 года, 1 месяц назад

Просмотрено 367 раз

\$\начало группы\$

Итак, я хочу сделать высокочастотный ферритовый трансформатор, который сможет преобразовать мой 150-вольтовый прямоугольный импульс в пиковый 100000-вольтовый.

Я использую ферритовый сердечник UUR6440. Материал CF139

https://www.cosmoferrites.com/Downloads/Alnh/CF139.pdf.

Ниже представлена схема материала.

Моя настройка блока питания 92 . Таким образом, результат составляет 3,69 витка, поэтому мы использовали 4 витка в первичной обмотке, используя квадратный провод 6 мм . Мне нужно не более 28 мА во вторичной обмотке, поэтому я использовал провод 37AWG . А вторичный виток я рассчитал, используя * (Vs/Vp) Np = 2666 витков во вторичном. Но я использовал 3000 витков во вторичке.

Теперь проблема, с которой я сталкиваюсь, заключается в том, что, когда моя вторичная обмотка находится на уровне 0/НЕТ нагрузок , мой первичный ток составляет 15-амперный пик при 40 вольт RMS . Когда я пытаюсь подать больше напряжения на первичку, первичка потребляет больше тока , пропорционального первичному напряжению . Даже когда я пытаюсь создать дугу во вторичной обмотке, первичный пиковый ток остается прежним. При 40 вольт RMS моя вторичная обмотка должна генерировать 4 * 666,66 = 26640 вольт . Но дуга только длиной 1 см . Мое питание может обеспечить до 3KW .

Итак, могу ли я генерировать 100000 вольт при 28 мА, используя мою текущую установку?
Почему мой ферритовый трансформатор потребляет 15 ампер при 40 вольт RMS при без нагрузки ? , я имею в виду, когда вторичная дуга не генерирует ARC или вторичные провода даже не находятся близко? Измерил сопротивление вторичного провода. Сопротивление 535 Ом .
Если мои расчеты неверны, что вы предлагаете мне делать, чтобы генерировать 100000 вольт при 28 мА?

^{имитация этой схемы – схема создана с помощью CircuitLab}

инвертор
высоковольтный
высокочастотный
IGBT
феррит

1 \$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вы ошиблись в своих ожиданиях. Пиковая плотность потока, которую вы увидите, составляет более 7 тесла, и это примерно в 15-20 раз больше, чем может выдержать феррит: —

Слишком большая плотность потока на милю для феррита (обычно ограниченная 0,4 тесла), и я не удивлен, что вы видите массивный ток, потому что сердечник сильно насыщается.

Я только что заметил, что ваша частота коммутации на самом деле составляет 50 кГц, а это означает, что мое число для пиковой плотности потока меньше в 2:1 раза (еще хуже).

Если мои расчеты неверны, что вы предлагаете мне сделать, чтобы генерировать 100000 вольт при 28 мА?

Если вы пытаетесь получить выходное напряжение постоянного тока 100 кВ, ограничьте ваш трансформатор выходным среднеквадратичным значением в среднем диапазоне кВ, т. е. от 3 до 5 кВ переменного тока, а затем используйте умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона на выходе, который является масляным. погруженный, и я не имею в виду растительное масло.

Причина, по которой я указываю на ограничение выходного переменного тока трансформатора, заключается в том, что при необходимом количестве витков, изоляции между вторичным слоем и индуктивности рассеяния вы почти не достигнете собственной резонансной частоты трансформатора. Если вы нажмете SRF, вы получите действительно большие проблемы, которые вы никогда не сможете контролировать.

$$\color{red}{\boxed{\text{Знайте, такой дизайн может убить вас в одно мгновение}}}$$

Однажды я разработал блок питания на 50 кВ для рентгеновского аппарата машина и много дней я струсил и испытал стресс во время первоначальных испытаний прототипа. Он мог выдавать 4 мА, но это был страшный зверь. Моя нагрузка (и множитель CW) была погружена в большую масляную ванну, и вы могли видеть, как масло взбивается с напряжением, когда я работал на полной мощности. Вы никогда не должны делать это в одиночку — вам нужен кто-то в комнате с длинной палкой, который может нажать кнопку включения-выключения на блоке питания постоянного тока в случае, если вы начнете жарить.

\$\конечная группа\$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Производительность трансформаторов с ферритовым сердечником 49:1 – Практика сквоша

Существует довольно много рецептов изготовления подходящего трансформатора для полуволновой антенны с торцевым питанием (EFHW), но я никогда не был уверен, что действительно понял основные принципы. Итак, я намотал кучу трансформаторов, провел на них измерения с помощью своего NanoVNA, научился получать то, что мне действительно нужно, из измерений VNA, и в процессе обнаружил, как создавать лучшие трансформаторы и иметь возможность предсказывать, что они будут делать. . Вот история.

С помощью моделей NEC можно убедиться, что, как это и принято считать, импеданс возбуждения с торца около 2450 Ом хорошо подходит для управления антенным проводом (см. сопутствующий пост «Разработка трансформатора и антенны EFWH 49:1»). Это подразумевает преобразование импеданса 49:1 из 50 Ом, поэтому для трансформатора требуется соотношение витков 7:1. Типичные антенны с концевым питанием должны работать на нескольких любительских диапазонах, поэтому трансформаторы должны быть широкополосными. Характеристики ферритового материала будут иметь большое влияние на частотный диапазон, в котором трансформатор будет работать хорошо. Для этого применения часто используется ферритовая смесь NiZn 43 из-за ее высокого удельного сопротивления и низких потерь в сердечнике на высоких частотах. У меня оказалось несколько кернов разного размера из этого материала, так что это стало отправной точкой для моих исследований. Смесь 43 имеет начальную проницаемость около 850; полная частотная зависимость показана ниже.

Ферритовые материалы намагничиваются, когда магнитные домены выравниваются по полю возбуждения. По мере увеличения частоты возбуждения становится заметной фазовая задержка в выравнивании магнитных доменов. Рассмотрение проницаемости как комплексной величины включает этот эффект. На приведенной выше диаграмме мк’ — действительная часть проницаемости с учетом индуктивного сопротивления, а мк’ — мнимая часть проницаемости, где разность фаз создает резистивную составляющую комплексного импеданса. Обратите внимание, что для феррита смеси 43 точка пересечения действительной и мнимой составляющих магнитной проницаемости находится на частоте около 7 МГц. Эффекты этого фазового сдвига проницаемости будут важны на высоких частотах нашего трансформатора. Что движет действием трансформатора d B /dt , независимо от того, как вы получаете магнитное поле B . На низких частотах первичная обмотка трансформатора кажется индуктивной (с преобладанием реального µ’), поэтому для установления намагничивания сердечника не требуется никакой реальной мощности. Однако на высоких частотах, где мк” > мк’ , импеданс намагничивания будет состоять как из реактивной, так и из действительной составляющей, и реальная мощность будет рассеиваться в процессе установления Б . Трансформатор все еще может быть полезен, пока импеданс намагничивания намного больше, чем импеданс нагрузки на первичной обмотке.

Ниже показана эквивалентная схема простого трансформатора.

Помимо идеального трансформатора существуют индуктивности рассеяния L _LP и L _LS , которые являются результатом несовершенной магнитной индукции. Сопротивление обмоток по первичной и вторичной обмоткам Ом _P и R _S соответственно. Индуктивность намагничивания L _M связана с заполнением сердечника магнитным потоком, необходимым для идеального действия трансформатора. (Обратите внимание, что в идеальном трансформаторе ампер-витки на первичной и вторичной обмотках точно сбалансированы, поэтому в сердечнике не возникает результирующего магнитного поля.)0008 . Паразитные элементы со вторичной стороны могут быть перенесены на первичную сторону трансформатора с соответствующим масштабированием по квадрату отношения витков и объединены с паразитными элементами с первичной стороны. В приведенной ниже упрощенной модели с первичной ссылкой C _W = C _P + N ² C _S ; и примерно R _W = R _P + R _S /N ² и L _L = L _LP + L _ЛС/Н ² .

Потери в сердечнике объединены в R _M и представляют собой вихревые токи или гистерезисные магнитные потери. Для высокочастотных широкополосных трансформаторов, намотанных всего несколькими витками провода на сердечниках с высокой проницаемостью, индуктивность рассеяния и последовательное сопротивление обмоток будут малы по сравнению с индуктивностью намагничивания и импедансом источника соответственно, поэтому мы можем игнорировать эти члены. .

Отсечка низких частот будет определяться импедансом источника и индуктивностью намагничивания,

f _L = Zs/2πL _M .

Отсечка высоких частот будет определяться импедансом источника и объединенной емкостью обмотки,

f _H = 1/(2π Z _S C _W ) или собственным резонансом индуктивности рассеяния L _L и емкость обмотки C _W .

С помощью соответствующих приемов мы можем измерить некоторые наиболее важные паразитные элементы трансформатора с помощью векторного анализатора цепей. У меня есть один из вездесущих приборов NanoVNA, который я использовал для определения характеристик различных испытательных трансформаторов.

Эксперимент с полным числом витков

Один из вопросов, на который я хотел ответить, касался оптимального числа витков трансформатора с импедансом 49:1. Я намотал несколько трансформаторов на сердечнике FT240-43 с общим количеством витков 7, 14, 21, 28 и 35. Трансформаторы были намотаны как автотрансформаторы с отводом первичной обмотки с соотношением витков 7: 1, поэтому первичные витки составляют 1, 2, 3, 4 и 5 витков соответственно.

В таблице ниже перечислены некоторые результаты измерений и расчетные параметры для этих трансформаторов. 92) L _M (µH) C _W (PF) L _M 50 ОД ЛФ CTOFF (MHZ) _M 50 ОД-Cut OFF (MHZ) _M 50 ОДНА (MHZ) _M 50 ОТ (MHZ) _M 50 ОТ. Cut-off (MHz) L _L C _W HF Cut-off (MHz) 7:1 1.19 0.175 0.09 23 65 1,015 1.015 47 7.84 67.5 55.4 14:2 4.45 0.409 0.11 7.92 185 1.010 4.041 100 1.97 31.9 24. 9 21:3 9.82 0.795 0.137 4.41 362 1.003 9.025 144 0.88 22.1 14.9 28:4 17.4 1.33 0.197 3.17 648 1.004 16.07 157 0.50 20.3 11.0 35:5 27.6 1.87 0.112 2.28 1145 1.029 25.73 189 0.31 16.8 8.5

Вот как я получил указанные выше числа с помощью NanoVNA. Откалиброванным прибором производилась развертка S11 в первичную обмотку трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой и еще раз с ее закороченной. Программное обеспечение NanoVNA Saver может построить график эквивалентной последовательной индуктивности, полученной при измерении S11. Я записал низкочастотную эффективную индуктивность на частоте 500 кГц для различных конфигураций. При открытии вторичной обмотки записанное количество составило Л _М +Л _Л . При закороченной вторичной обмотке измеряется только L _L . Развертка по частоте показывает отчетливый резонансный пик, где емкость обмотки резонирует с первичной индуктивностью. Измерение собственной резонансной частоты (SRF) позволяет определить емкость обмотки C _W .

Для следующего шага я подключил порт S21 анализатора цепей к вторичной обмотке трансформатора через резистор 2400 Ом (на самом деле это был 2469Ом). Резистор и входной импеданс анализатора обеспечивают номинально согласованную нагрузку для преобразования импеданса 49:1 в трансформаторе. Отражение S11 может сказать нам КСВ трансформатора с резистивным согласованием. На рисунке ниже показаны графики КСВ для пяти трансформаторов.

Нижняя частота среза, основанная на первичной индуктивности намагничивания, качественно соответствует увеличению КСВ на нижнем конце. Емкость обмотки, взаимодействующая с индуктивностью рассеяния, может быть основной причиной ограничений на высокочастотном конце, но также имейте в виду, что феррит демонстрирует сложное поведение выше 7 МГц. Мы можем лучше разобраться в этом, увидев, что происходит 9с 0029 по трансформатор.

Теперь мы подходим к сути дела, поскольку потери в сердечнике показывают свои цвета. Измерения показывают, что даже в середине полосы пропускания трансформатора большее количество витков означает меньшие потери. Обратите внимание, что поле B в сердечнике обратно пропорционально количеству витков. Закон Фарадея гласит, что В = -N dΦ _B /dt , управляющее напряжение на виток цепи пропорционально скорости изменения магнитного потока. Таким образом, для большего количества витков одна и та же форма волны управляющего напряжения генерирует меньший магнитный поток. Ферриты из NiZn имеют очень высокое удельное сопротивление, что означает, что вихревые токи практически отсутствуют, а магнитное поле пронизывает весь объем материала. Однако гистерезисные потери пропорциональны B уровень поля в сердечнике, поэтому можно было бы ожидать, что потери в сердечнике от этого механизма будут уменьшаться пропорционально числу витков. По крайней мере, грубо качественно, это то, что мы видим.

Потери в сердечнике вызывают выделение тепла в материале сердечника. Вносимые потери, приведенные выше, также включают потери, возникающие из-за того, что часть падающего сигнала отражается обратно к источнику. Как только вы скорректируете этот эффект, вы можете построить потери при передаче, которые можно приравнять к нагреву в активной зоне. Это еще более наглядно показывает, что потери обратно пропорциональны количеству первичных витков.

Модели потерь в сердечнике

То, что происходит внутри ферритового материала, когда он циклически проходит через возбуждение намагниченности, не представлено аналитически в любой информации, которую я смог найти. Качественно, когда сердечник вращается вокруг разомкнутой петли гистерезиса, накопленная энергия, представленная потоком внутри разомкнутой петли, теряется в виде тепла при каждом цикле поля. Обычная простая эмпирическая степенная модель потерь в феррите, P _loss , включает в себя основные черты, которые можно ожидать от этого качественного понимания:

P _Потеря = K1 F ^K2 B ^K3

, где K1 , K2 , и K1, K2 , и K1, K2 , и .

.
. частота и B напряженность магнитного поля. В литературе по потерям мощности в ферритовых трансформаторах для коммутации мощности указан показатель частоты k2 от 1,3 до 1,9, а показатель магнитного поля k3 от 2,5 до 2,9 в зависимости от бумаги и эксперимента.
Энергия, хранящаяся в сердечнике при пиковом токе, может быть выражена через индуктивность и ток или через плотность энергии магнитного поля и объем сердечника В .
E _ядро = L I ² /2 = V B ² /2µ ₀ µ
Если в каждом цикле теряется фиксированная доля энергии ядра, то возникает прямая частотная зависимость потерь мощности, к2 =1 . Аналогично, при зависимости B ² от накопленной энергии потеря части ее приведет к зависимости B ² для потерь мощности, т. е. k3 = 2 .
Если k3 больше, чем 2 , как сообщалось в литературе, которую я нашел, то, казалось бы, общие потери мощности уменьшились бы, если бы вы обменяли интенсивность поля B на объем при сохранении той же индуктивности и тока.
Эксперимент по масштабированию потерь мощности на размер сердечника
Приведенные выше соображения привели к эксперименту, в котором я намотал несколько трансформаторов на сердечники разных размеров, регулируя количество витков, чтобы получить примерно одинаковую первичную индуктивность. Ниже приведена таблица, в которой приведены характеристики испытательных трансформаторов.
Core N _primary N Total L _primry (µH) L _Leak (µH) Cp (pF) Fsr _(MHz) Площадь ядра (см ² ) Объем ядра (см ³ ) Масса сердцевины (г) Длина. Проволока (мм) Расч. µ _i 3,0 МГц Потери при передаче (дБ) 3,0 МГц Потери, % Корр. для л _primry
2xFT240 Mix 43 2 14 8. 4 0.46 133 4.77 3.16 45.6 248 1055 773 0.638 13.7% 13.2%
1xFT240 Mix 43 3 21 9.5 0.72 133 4.53 1.58 22.8 124 1055 778 0.577 12.4% 13.6%
4xFT114 Mix 43 2 14 8.04 0.3 88 5.98 1.48 10.8 56 969 809 0.730 15.5% 14.3%
2xFT114 Mix 43 3 21 9.3 0.41 83 5.72 0.74 5.4 28 832 831 0.657 14.0% 15.0%
1xFT114 Mix 43 4 28 8. 22 0.49 68 6.73 0.37 2.7 14 694 827 0.756 16.0% 15.1%
Ave: 8.69 (µH) Loss stdev 1.4% 0.8%
+/- 9% Max
SMLCOR 2 14 7.82 0.21 100 5.69 1.6 11.28 54 711 600 0.482 NA NA
FT240_31 2 14 7.88 0.36 119 4.41 1.58 22.8 124 703 1451 1.483 NA NA
3E2A 1 7 8. 16 0.13 4290 0.85 1.24 9.51 45 315 4533 4.959 NA NA
Масштабирование характеристик преобразователя
. мкГн, насколько это возможно. При открытой вторичной обмотке были измерены первичная индуктивность и собственная резонансная частота, чтобы можно было получить эквивалентную первично-отраженную емкость обмотки. При закороченной вторичной обмотке измерялась индуктивность рассеяния первичной обмотки. Оба измерения были сделаны на частоте 500 кГц. По индуктивности и геометрии катушки можно было рассчитать относительную магнитную проницаемость сердечника. Предполагается, что феррит Mix 43 имеет µ _и ~850. Два больших ядра поступили по цене около 775, а маленькие ядра — около 820. Большие и малые ядра Mix 43 были приобретены в разное время в разных местах, поэтому следует ожидать некоторых различий в параметрах партий.
Все трансформаторы намотаны тройным эмалированным проводом №28. У меня есть большая катушка с этой проволокой, которая немного маловата, но если ее увеличить втрое и скрутить, получается разумный общий размер, и она хорошо обрабатывается в процессе намотки. Сопротивление обмотки, составляющее всего несколько мОм для относительно коротких необходимых отрезков провода, не является существенным механизмом потерь для этих трансформаторов.
Несколько протестированных конфигураций.
Измерения потерь были выполнены на каждом трансформаторе, как это было сделано выше в эксперименте с полным числом витков и как описано в приложении. Графики представлены ниже:
Я был удивлен тем, насколько мал был разброс в характеристиках потерь для сердечников с коэффициентом более 20 по объему и массе сердечника. Почти половину наблюдаемого изменения потерь в сердечниках со смесью 43 можно объяснить тем фактом, что первичная индуктивность менялась на +/- 10% из-за квантования, вызванного полным витком обмотки. Когда потери были линейно скорректированы для этого изменения индуктивности, отклонение результатов уменьшилось еще больше. Таблица включает наблюдаемые потери на частоте 3 МГц и скорректированные потери, основанные на разнице измеренной индуктивности первичной обмотки со средним значением.
Этот довольно неожиданный результат говорит о том, что если вы беспокоитесь о потерях при передаче, единственным средством защиты является более высокая первичная индуктивность. Общая мощность нагрева будет практически одинаковой, независимо от того, используете ли вы 250-граммовый или 14-граммовый сердечник! Очевидно, что большая сердцевина с большей площадью поверхности может отводить тепло более эффективно, чем маленькая сердцевина, но в остальном большая сердцевина не имеет особых преимуществ.
Следует отметить, что уровень возбуждения в сердечнике, обеспечиваемый измерением NanoVNA, очень мал по сравнению с уровнями, используемыми в типичных приложениях. NanoVNA возбуждает прямоугольную волну мощностью около 2 мВт с сопротивлением 50 Ом. 9Уровень поля 0007 B в ядре на частоте 3,5 МГц варьируется примерно от 0,03 мТл при использовании двух FT240 до 0,14 мТл при использовании одного ядра FT114. Но эти уровни намного ниже уровня насыщения, 350 мТл, или рекомендуемого максимального рабочего уровня потока, 200 мТл, для феррита типа 43. Если бы нелинейные эффекты проявлялись при более высоких уровнях потока, наш эксперимент не обнаружил бы их.
Материал сердечника
Мои исследования были сосредоточены на тороидах NiZn из смеси 43, потому что именно их очень часто рекомендуют для ВЧ-трансформаторов, и у меня под рукой был набор таких сердечников. У меня также было несколько других сердечников из различных смесей ферритов, в том числе несколько больших сердечников FT240-Mix-31, пара компактных сердечников из NiZn неизвестного происхождения, наружный диаметр 1,38″. и 0,38″ внутренним диаметром, который я назвал SMLCOR, и низкочастотный сердечник с высокой проницаемостью из материала Ferroxcube 3E2A MnZn.
Я снова построил трансформаторы из сердечников из этих других материалов, чтобы первичная индуктивность была как можно ближе к 8 мкГн. И снова я измерил первичную индуктивность, индуктивность рассеяния и потери с помощью NanoVNA. Характеристики этих трансформаторов указаны в последних трех строках таблицы. На приведенной ниже диаграмме сравниваются потери при передаче для трансформаторов, изготовленных из этих различных материалов сердечника.
Ясно, что феррит MnZn с высокой проницаемостью не подходит для этой задачи, но мы это знали. Одна вещь, которую мы можем видеть, это то, что ферриты MnZn демонстрируют гораздо более сильную частотную зависимость, чем образцы NiZn. Это больше соответствует упомянутой ранее модели потерь в сердечнике, где ожидается показатель степени частотной зависимости >1. Напротив, ферриты NiZn демонстрируют примерно постоянные потери примерно в трех октавах на средней частоте. Таинственный SMLCOR оказался материалом с наименьшими потерями, все еще ровным на частоте 30 МГц. Хотел бы я знать, как получить больше! Оглядываясь назад, я считаю, что источником этого сердечника был образец для оценки материала в качестве «кикерного» магнита на циклотронном объекте Университета Индианы, где я работал в течение нескольких месяцев.
Компенсация
Низкочастотные характеристики этих трансформаторов могут быть достаточно хорошими при достаточной первичной индуктивности. Однако большая первичная индуктивность подразумевает большее количество витков и более высокую емкость обмотки, что ограничивает характеристики на высоких частотах. Часто есть уловки, чтобы увеличить полосу пропускания высоких частот и за счет более сильного спада еще более высоких частот. Прежде чем мы начнем, было бы неплохо иметь некоторое представление о том, какая емкость первичного отражения будет проблемой, например, на частоте 25 МГц. Емкостное сопротивление 50 Ом подразумевает:
50 Ом = 1/2 πfC ==> C = 127 пФ для f = 25 МГц. емкость первичного отражения, определенная по наблюдаемой собственной резонансной частоте, попадает в этот парк мячей. Лучше всего попытаться уменьшить эту емкость, разместив обмотки и сохранив расстояние между начальным и конечным концами обмотки, удерживая другие проводники вдали от обмотки, а близлежащие диэлектрики низкими и т. Д. Но с высоким коэффициентом импеданса. трансформатора, всего пара пико-Фарад вторичной емкости будет отображаться как ~ 100 пФ на первичной. Следовательно, производительность на высоких частотах всегда будет проблемой.
Я обнаружил, что программа SimSmith очень удобна, чтобы увидеть, что происходит, когда она применяется к модели цепи, отнесенной к первичной. Ниже представлена модель SimSmith, в которой используются индуктивность рассеяния и намагничивания, а также приведенная к первичной обмотке емкость, полученная на частоте 500 кГц для трансформатора FT240-43 21:3, который мы использовали в приведенных выше исследованиях.
Конденсатор C2 на стороне генератора является компенсационной емкостью. (SimSmith работает от нагрузки слева к источнику справа) Для высоких частот L1 индуктивностью намагничивания можно пренебречь, и у нас останется небольшая пи-цепь, состоящая из емкости обмотки C1, индуктивности рассеяния L3. , и добавленный компенсационный конденсатор С2. На рисунке ниже показан эффект добавления конденсатора C2.
Не будем ограничиваться только теорией. Мы можем посмотреть на фактические графики КСВ для нашего тестового трансформатора, показанные ниже.
Качественно мы видим то же поведение, что и с моделью SimSmith. Тем не менее, верхний предел среза, кажется, идет немного ниже по частоте. Скорее всего, это потому, что SimSmith ничего не знает о нелинейном материале сердечника, с которым мы имеем дело, который поднимает голову выше 10 МГц. Фактически, если вы посмотрите на потери при передаче, которые включают компенсационный конденсатор, вы обнаружите, что конденсатор увеличивает нагрев сердечника на высоких частотах. Лучшее согласование источника, обеспечиваемое компенсационным конденсатором, позволяет доставлять больше энергии в сердечник, а не отражать его обратно в источник. У нас тут палка о двух концах!
После первоначальной публикации этого поста я узнал о Джоне Оппенгеймере, KN5L, и его конструкции и анализе трансформатора EFHW. Это прекрасный пример применения извлеченных здесь уроков к практическому дизайну. Вместо физического компенсационного конденсатора метод намотки KN5L увеличивает распределенную емкость первичной обмотки, наматывая первую часть вторичной обмотки поверх первичных витков. Тесное соединение первичной и вторичной обмотки также значительно снижает индуктивность рассеяния. Он использует два сердечника FT114-43 с 4 первичными витками, чтобы получить первичную индуктивность ~ 16 мкГн и низкие потери.
Обсуждение
В конечном итоге свойства ферритового материала накладывают ограничения на характеристики этих трансформаторов. Глядя еще раз на график проницаемости, материал микса 43 совершенно очевидно будет иметь проблемы выше 20 МГц, независимо от того, какие трюки вы используете. Трансформаторы, намотанные с достаточным количеством первичных витков, чтобы поддерживать низкие потери в средней полосе, начинают терять их, когда проницаемость сердечника ухудшается на высоких частотах.
Компактные сердечники улучшают трансформаторы. Эксперименты с размером ядра исследовали много пространства параметров помимо объема ядра. Если вы определите соотношение сторон сердечника как отношение магнитной длины к площади поперечного сечения, вы обнаружите, что толстые маленькие сердечники с маленькими отверстиями работают лучше, чем сердечники в форме велосипедной шины. Преимущества низкого соотношения сторон включают: 1) большую индуктивность на виток, поэтому вы получаете желаемую первичную индуктивность с меньшим количеством проводов. Обычно это означает 2) меньшую емкость обмотки, если вы можете поддерживать небольшое расстояние между витками в центре сердечника. И 3) более низкая индуктивность рассеяния естественна при более короткой длине магнитного пути. Хорошим примером является сравнение одного ядра FT240 с SMLCOR (см. таблицу). Оба имеют одинаковую площадь поперечного сечения, но SMLCOR имеет примерно половину длины магнитного пути. Несмотря на более низкую проницаемость, SMLCOR достиг желаемой первичной индуктивности всего за 2 витка, тогда как для более крупного сердечника Mix 43 требовалось три витка. Следовательно, SMLCOR имел на 1/3 меньшую емкость обмотки и более чем в три раза меньшую индуктивность рассеяния, чем сердечник FT240. Основным недостатком сердечника с небольшим отверстием является то, что внутренняя часть сердечника будет подвергаться большей напряженности поля, чем внешняя часть. Если вы работаете с высокой напряженностью поля, насыщение сначала произойдет на внутренних радиусах.
Извлеченные здесь уроки могут привести к тому, что трансформер будет выглядеть совсем по-другому. Пример см. в сопутствующей статье «Разработка трансформатора и антенны EFWH 49:1».
Приложение
Графики здесь были построены на основе данных, полученных с NanoVNA. Программному обеспечению NanoVNA Saver не хватает возможности для создания графиков и необходимых манипуляций с данными, поэтому данные NanoVNA были импортированы в Excel и обработаны там. NanoVNA предоставляет частоту, Re (S11), Im (S11), Re (S21) и Im (S21) в виде данных с разделителями-пробелами для каждой точки частоты в файлах «.sp2», которые вы можете сохранить в программном обеспечении NanoVNA Saver.
Вносимые потери резистора с номинальным сопротивлением 2400 Ом были измерены с помощью NanoVNA с резистором между портами S11 и S21 анализатора в рамках отдельной процедуры калибровки.

Core	N _primary	N Total	L _primry (µH)	L _Leak (µH)	Cp (pF)	Fsr _(MHz)	Площадь ядра (см ² )	Объем ядра (см ³ )	Масса сердцевины (г)	Длина. Проволока (мм)	Расч. µ _i	3,0 МГц Потери при передаче (дБ)	3,0 МГц Потери, %	Корр. для л _primry
2xFT240 Mix 43	2	14	8. 4	0.46	133	4.77	3.16	45.6	248	1055	773	0.638	13.7%	13.2%
1xFT240 Mix 43	3	21	9.5	0.72	133	4.53	1.58	22.8	124	1055	778	0.577	12.4%	13.6%
4xFT114 Mix 43	2	14	8.04	0.3	88	5.98	1.48	10.8	56	969	809	0.730	15.5%	14.3%
2xFT114 Mix 43	3	21	9.3	0.41	83	5.72	0.74	5.4	28	832	831	0.657	14.0%	15.0%
1xFT114 Mix 43	4	28	8. 22	0.49	68	6.73	0.37	2.7	14	694	827	0.756	16.0%	15.1%
		Ave:	8.69	(µH)								Loss stdev	1.4%	0.8%
		+/-	9%	Max
SMLCOR	2	14	7.82	0.21	100	5.69	1.6	11.28	54	711	600	0.482	NA	NA
FT240_31	2	14	7.88	0.36	119	4.41	1.58	22.8	124	703	1451	1.483	NA	NA
3E2A	1	7	8. 16	0.13	4290	0.85	1.24	9.51	45	315	4533	4.959	NA	NA