Design tools pulse transformers — программа для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных импульсных источников питания с задающим генератором.

Программа «Design tools pulse transformers» предназначена для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных импульсных источников питания с задающим генератором.

Программа для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных мостовых, полумостовых и push-pull преобразователей источников питания. Изготовив трансформатор точно по результатам расчёта, при верных исходных данных, можно не опасаться, что трансформатор импульсного источника питания будет не оптимален. Расчёт импульсных трансформаторов достаточно точен, и его результат можно принять за эталон, например, при сравнении с данными других аналогичных программ..

Автором была создана новая методика вычислений, изложенная в статье Москатов Е. «Методика и программа расчёта импульсного трансформатора двухтактного преобразователя», «Радио», № 6, 2006, с. 35 – 37. В статье приведены расчётные формулы и пояснения по работе с программой. В справке программы даны пояснения по типовым вопросам, приведены справочные данные ферритов. Статус лицензии – donationware (класс freeware), то есть программа распространяется свободно и оплата не обязательна.

Язык интерфейса – русский, размер – 427 Кб или 660 Кб.

 

 

 

 

Сайт разработчика: Сайт

 

Ссылки для скачивания:

1. Основная программа: Здесь
2. Дополнение: Определение параметров магнитопроводов
3. Старая версия: Transformer

Документация: PDF-файл

 

 

Источники:

1. WEB-страница

 

Оставьте свой комментарий!

Добавить комментарий

< Предыдущая		Следующая >

Программы расчета импульсных трансформаторов.

ExcellentIT – узкоспециализированная программа для расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

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

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

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

Особенности программы

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

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

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

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

краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя — . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла — . Снова спасибо краб

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

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

6. Программа опознавания транзисторов по цвету — . Благодарности краб

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

8. Программы расчета импульсного трансформатора — . Спасибо ГУБЕРНАТОР

. Примечание — автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 — Евгений Москатов из г. Таганрога.

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

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

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

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

13.

Программа по расчёту DC-DC преобразователя — . Благодарности краб

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

«Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6».

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

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

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

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

Программа “Transformer”.

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

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

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

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

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа «Lite — CalcIT v. 1.5».

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

Внешний вид окна программы следующий:

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

Программа «ExcellentIT v.3.2».

Бесплатная, установки не требует. Интерфейс чем то напоминает Lite-CalcIT, только здесь уже можно сохранить полученный расчет в файл формата

*.sav , а в последствии открыть уже ранее сохраненные расчеты. Также полученный расчет можно сохранить в обычный текстовый файл с расширением *.txt

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

Маленькая программа для расчёта трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки. Программа бесплатная. Работает в DOS (в том числе в DOS-live CD) и в 32-х битных системах Windows 97/XP/7 — в сеансе командной строки. Для выполнения вычислений распакуйте архив и кликните на файле программы мышкой. Далее следуйте интерактивной инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора(для dos/windows(32-bit)) архив.zip 23,5кб

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для windows 7 — 64bit) архив zip 134 kb

Программа для упрощенного расчёта силового трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки для Debian 6.0 GNU/Linux — i386 (686) — в других дистрах не проверял:-)

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для Linux) архив.zip 0,5mb

для запуска распакуйте файл transf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/transf или
#chmod 777 /usr/local/bin/transf

$transf в первом варианте или
$/usr/local/bin/transf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется — вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода — для DOS/windows 32bit архив zip 14 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода — для windows 7/64bit архив zip 134 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода — для Debian 6.0 GNU/Linux — i386(686) архив zip 490 kb

Справка по программе для Linux:
для запуска распакуйте файл deftransf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/deftransf или
#chmod 777 /usr/local/bin/deftransf
после чего можете запустить программу командой:
$deftransf в первом варианте или
$/usr/local/bin/deftransf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется — вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.

сопротивления цепи параллельно соединённых резисторов:

Программа для расчёта сопротивления цепи, набранной параллельно соединёнными резисторами. Особенностью программы является возможность интерактивно добавляя сопротивления в параллельное соединение моментально получать значение общего сопротивления цепи. Ограничений или предустановок по количеству включаемых параллельно элементов нет. Работает в DOS и Windows 97/XP/7 (32-х битных) — в сеансе командной строки. Программа бесплатна. Для вычисления распакуйте архив, кликните на файле программы мышкой и следуйте инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу для DOS/Windows 32-bit архив.zip 22,3 кб

Для Windows 7 — 64 bit(132 kb)

Для Linux — zip 488 kb Примечание о запуске программы для Linux:

для запуска распакуйте файл paralsop в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/paralsop или
#chmod 777 /usr/local/bin/paralsop
после чего можете запустить программу командой:
$paralsop в первом варианте или
$/usr/local/bin/paralsop во втором варианте

для вычисления длины стороны квадрата равного площадью данному кругу и наоборот:

Программа для вычисления периметра и длины стороны квадрата по данным круга. Иногда приходится соединять геометрически разные изделия (например: воздуховоды круглого и квадратного сечесения), при этом требуется сохранить площадь неизменяемой. Вот эта программа и вычисляет через площадь фигуры значения сторон квадрата или длину окружности — в зависимости от того, что Вам требуется узнать. Как и предыдущие программы, она работает в DOS и Windows 97/XP/7 — 32 бит. Халява. Для вычислений распакуйте архив, ну и далее мышкой на exe… Инсталляция не требуется, работает с любого носителя.

Скачать бесплат но программу для расчёта квадрата равного по площади данному кругу архив.zip 24 кб

для вычисления площади сечения по данному диаметра и наоборот:

Программа для вычисления площади поперечного сечения по данному диаметру и для определения диаметра по данному площади поперечного сечения.
Не секрет, что принятое обозначение номинала провода имеет два типа: первый — по диаметру, второй — по площади поперечного сечения. Торгующие организации не заморачиваются переводом одного в другое и предлагают выбрать провод по площади поперечного сечения. Но часто Вам известен диаметр требуемого провода, но неизвестна его площадь поперечного сечения, а между тем и этим есть однако разница. В конечном счёте эта разница выражается в рублях и в том случае если Вы возьмёте бОльшее и переплатите, и в том — когда купленный провод не будет соответствовать реальному току и провод этот придётся покупать заново (или обменивать на большего сечения). Собсно для этого и написал я такую программку — простенько, но деньги экономит.
Программа работает в DOS & Windows 97/XP/7 — 32 bit , халява.
Для работы — распакуйте и кликните на.exe — файл.

Скачать бесплатно программу для определения площади поперечного сечения провода zip-архив 23,4 кб

для расчёта размера регулярных выплат и общей суммы выплат по кредиту:

Программа для вычисления выплат по кредиту. Иногда требуется при планировании финансовых затрат и для представления того, в какую примерно сумму уложится переплата банку.

Скачать бесплатно для Windows 7/XP программу для вычисления выплат по кредитам zip-архив 3 кб

Скачать бесплатно для Linux x86 программу вычисления выплат по кредитам (архив regpay.zip)
Инструкция для Linux

Программа для вычисления простых чисел:

Вычисление простых чисел — приятное занятие для математика. Но с технической точки зрения оказывается не всё так возможно, как представляется. Размер регистров процессора ограничен, да и частота ставит предел скорости вычисления.

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

Преимущества онлайн калькулятора

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

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

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

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

Бесплатная программа для расчета трансформаторов

Добавил: Chip,Дата: 16 Окт 2015

Бесплатная простая программа для расчета намотки трансформаторов EvTrans V 2.1 alpha

Трансформатор — это масса разных нюансов. В погоне за идеальными параметрами и улучшением одного из параметров ведёт к ухудшению нескольких других. Излишнее количество секций, например, увеличивает межобмоточную ёмкость; излишнее число витков — индуктивность рассеяния и активное сопротивление и т.п. При расчете трансформаторов более удобно воспользоваться специальной простой программкой — EvTrans. Это более модернизированная версия программы для расчета трансформаторов питания — Transfor.

В ней устранены замеченные неточности предыдущей версии, добавлено много
новых возможностей.

Изменения и дополнительные возможности программы EvTrans V 2.1 alpha по сравнению с предыдущей версией (Transfor V 1.07 alpha)

• добавлена возможность задания и изменения пользователем плотности тока;
• исправлена таблица параметров сердечников;
• в таблицу параметров добавлено Sst*Soк, при выборе сердечника выводится
  требуемое Sst*Soк;
• добавлена поддержка английского и украинского языков;
• добавлена возможность настройки пользователем конфигурации цвета интерфейса
  программы;
• исправлены неточности при расчете на кольцевом сердечнике;
• добавлен расчет импульсных трансформаторов на ферритовых магнитопроводах.

Скриншоты программы

Информация о программе

Программа написана на Turbo-Pascal 7.0. Позволяет рассчитывать трансформаторы питания, выполненных на магнитопроводах различной формы из электротехнической стали ( Г -, Ш -, О — образные и броневые).

Позволяет рассчитать до 99 обмоток и сохраняет результаты расчета в файле.

СКАЧАТЬ ПРОГРАММУ — EvTrans — БЕСПЛАТНО (107 kB)

Разработчики:

(с) Ревко Анатолий Сергеевич, asr55.chat.ru,
E-mail: [email protected], ICQ#35257860, evtrans.chat.ru, E-mail: [email protected]

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Бесплатный образ загрузочного диска для востановления системы

Назначение загрузочного диска

Dr.Web LiveCD

Недавно пришлось столкнуться с одним «интересным» вирусом. Этот троян напрочь заблокировал систему и для входа требовал пароль, который можно якобы получить, отправив SMS на указанный номер. Как же восстановить работоспособность Windows? Есть два варианта решения этой проблемы. Если имеется доступ к Интернет (на другом ПК), то Вы можете воспользоваться бесплатным сервисом от компании Dr.Web. По этой ссылке находится специальный он-лайн разблокировщик Dr.Web от вируса Trojan. Winlock. Вам достаточно ввести в специальную форму текст, указанный для отправки в SMS (обычно последовательность цифр) и Вы получите код разблокировки, который откроет доступ к системе. Сам же вирус автоматически удаляется спустя 2 часа. Подробнее…

• Программа для блокировки рекламы и всплывающих окон (антибаннер).

Adguard — это программа для блокировки рекламы и всплывающих окон, антибаннер для любых браузеров. Adguard незаметно работает на компьютере, ограждая вас от рекламы и попапов, ускоряет загрузку страниц и экономит трафик (что полезно для пользователей 3G/4G/GPRS модемов). Антибаннер имеет отзывчивую русскоязычную поддержку и регулярно обновляется. Ключ можно получить на год бесплатно, для этого надо установить программу на четыре других компьютера (знакомые, друзья и т.д.).

Подробнее…

• Программа для расчёта импульсного трансформатора

Бесплатная программа для расчёта импульсного трансформатора двухтактного преобразователя на ферритовых кольцах

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

Популярность: 7 071 просм.

Программа расчета импульсных трансформаторов телевизоров. Программы для расчёта

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

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

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя — . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла — . Снова спасибо краб

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

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

6. Программа опознавания транзисторов по цвету — . Благодарности краб

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

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

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

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

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

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

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

ExcellentIT – узкоспециализированная программа для расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

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

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

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

Особенности программы

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

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

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

Преимущества онлайн калькулятора

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

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

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

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

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

«Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6».

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

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

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

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

Программа “Transformer”.

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

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

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

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

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа «Lite — CalcIT v. 1.5».

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

Внешний вид окна программы следующий:

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

Программа «ExcellentIT v.3.2».

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

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

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

Подробнее о программе

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

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

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

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

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

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

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

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

Дизайн — центр | ПАО «МСТАТОР»

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЁТА КОМПОНЕНТОВ

Зачастую потребители имеют затруднения с применением магнитопроводов из современных магнитомягких сплавов. Материалы имеют свои особенности, практической литературы по их применению бывает недостаточно. Расчёт электромагнитных компонентов – это  достаточно трудоёмкий процесс, предполагающий несколько итераций на пути к законченному проекту, так как это задача с несколькими взаимосвязанными переменными. Обычно в ручных расчётах применяют ряд упрощений с целью сокращения трудоёмкости перебора возможных вариантов. Найти оптимальное решение при этом довольно сложно.

В помощь нашим потребителям мы разработали ряд программ-калькуляторов и объединили в одну программу (сохранено архив «.7z» – если не открылось, то установите архиватор с офиц. сайта).

 

 

 

 

Интерфейс программы для расчёта

электромагнитных компонентов на основе магнитопроводов

 

Программы имеют встроенную справку.

 

 

Программы позволяют сократить время, упростить и уточнить проектирование. Пользователь выбирает серию магнитопроводов, задаёт исходные данные и нажимает кнопку автовыбора. Программа выбирает подходящий магнитопровод (с точки зрения минимального размера и цены) и выполняет проектирование компонента. Программа просчитывает большое количество вариантов и останавливается на лучшем. Однако на практике критерии оптимизации для каждого конкретного пользователя могут быть различны. Для одного это цена, для другого габарит, для третьего минимальные потери, для четвертого широкий температурный диапазон, для пятого конструктивное удобство намотки, применение имеющегося магнитопровода и проводов и т.п.

Для решения этих проблем в большинстве программ есть группа «Оптимизация». Здесь, изменяя в небольших пределах данные, полученные в результате автоматического проектирования, пользователь может оптимизировать и уточнить проект применительно к индивидуальным конкретным требованиям.

В базе данных всех программ использованы данные отечественного провода марки ПЭТ-155. Для других марок могут быть незначительные отличия. Расчёт сопротивления обмотки выполняется для отечественных проводов. Для импортных проводов (AWG) фактические значения сопротивления обмотки могут быть существенно выше. При оценке габаритов моточных изделий и длины проводов обмоток использован приближённый алгоритм, разработанный на основе экспериментальных данных. Реальные значения зависят от навыка конкретного работника, которому поручено изготовление компонента и могут существенно отличаться от расчётных.

 

Этапы развития программ

10.11.13 г.  Выполнено обновление  программ-калькуляторов. Уточнена база данных программ, добавлена новая серия MST для форвард конвертера и двухтактного конвертера, добавлена серия MSB в базу для многовитковых помехоподавляющих дросселей, исправлены замеченные ошибки. 

26.12.16 г.  Выполнено обновление базы данных программ форвард-конвертера и двухтактного конвертера с расширением диапазона частот (от 5 кГц до 1 МГц).

31.10.19 г.  Обновлена программа для расчёта выходных дросселей. Поддерживаются 4 серии магнитопроводов: MSC, MSC-G (из АМАГ 200С), APH, MSCN-TH. Пользователь может сравнить варианты реализации проекта на разных сериях и выбрать оптимальный вариант. Расширен диапазон частот: от 10 кГц до 1 МГц.

12.05.20 г.  Комплексное обновление программ:

1. Добавлены программы для расчета дросселя корректора коэффициента мощности и трансформатора обратноходового конвертера. Всего 8 программ.
2. Расширено количество используемых серий магнитопроводов. Добавлены новые серии ленточных магнитопроводов: MSCN, MSC-NGA, MSC-NGN и порошковых магнитопроводов АРМ, АРН с различной проницаемостью. Всего 22 серии магнитопроводов.
3. Откорректирована база данных в соответствии с измененными ТУ.
4. Создана общая программа — оболочка Дизайн центра.
5. Исправлены замеченные ошибки программ.
6. Расширен частотный диапазон.
7. Создана англоязычная версия Дизайн-Центра, в которой предусмотрено применение проводов AWG.

 

Мы будем благодарны за Ваши отзывы и критические замечания, которые помогут нам улучшить эти программы. Просим также сообщать нам, какая дополнительная техническая информация (графики зависимостей, табличные данные и т.п.) требуется Вам для расчётов. Ваши пожелания мы учтём при дополнении сайта.

 

 

Контакты по e-mail: [email protected]

 

Москатов — все программы разработчика

Transformer 3.0.0.3

Transformer — программа, позволяющая радиолюбителям осуществлять упрощённые расчёты импульсных трансформаторов мостовых, полумостовых и имеющих среднюю точку преобразователей источников питания…

660 Кб | Бесплатная |

Design tools pulse transformers 4.0.0.0

Design tools pulse transformers — одна из лучших программ для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных мостовых, полумостовых и push-pull преобразователей источников питания…

833 Кб | Бесплатная |

Timbreblock 4.0.0.0

Timbreblock — Инженерная программа, позволяющая рассчитывать пассивные регуляторы тембра, предназначенные для работы в составе трактов усилителей звуковых частот…

744 Кб | Бесплатная |

LC-filter 5.0.0.0

LC-filter — программа позволяет рассчитывать пассивные реактивные Г-образные фильтры, предназначенные для сглаживания пульсаций напряжения в источниках питания…

750 Кб | Бесплатная |

Symmetrical multivibrator 4.0.0.0

Symmetrical multivibrator — программа предназначена для расчётов симметричных мультивибраторов с коллекторно-базовыми связями на двух биполярных транзисторах…

754 Кб | Бесплатная |

Filter for acoustic system 3.0.0.0

Filter for acoustic system — программа предназначена для расчётов шести вариантов кроссоверов — пассивных фильтров для акустических систем. Число динамических головок в колонке — одна, две или три…

758 Кб | Бесплатная |

Parametric stabilizer 4.0.0.0

Parametric stabilizer — инженерная программа, предназначенная для расчёта параметрических стабилизаторов на кремниевых или газоразрядных стабилитронах, используемых в источниках питания…

782 Кб | Бесплатная |

Active filter 4.0.0.0

Active filter — программа позволяет осуществлять расчёты активных фильтров на биполярных транзисторах, предназначенных для фильтрации пульсаций напряжения в источниках питания…

767 Кб | Бесплатная |

Расчет первичной обмотки импульсного трансформатора. Расчет и моделирование высокочастотного трансформатора в составе однотактного обратноходового преобразователя. Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

H – высота кольца.

В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КD xd xH .

Пример: К28х16х9

Вернуться наверх к меню.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).

Индукция.

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Марка феррита

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Марка феррита
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл

Вернуться наверх к меню.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

импульсных источников питания на ферритовых кольцах http://www. ferrite. /user_files/File/…literature8.zip схема к статье:

Расчёт дросселя (статья) http://valvolodin. na…ms/drossel. html

Рассчет дросселей на резисторах МЛТ (прога) — http://rf. *****/s3/r-dros. html

Программа для расчёта высокочастотных трансформаторов и дросселей — http://www. /…gramm/5/3.shtml

Программа для расчёта импульсного трансформатора — http://www. /…gramm/5/2.shtml

Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры — http://dmitriks. naro…ooks/dptra. djvu

Рассчёт дросселей и катушек книга — http://depositfiles….files/mcckejoig

Трансформаторы и дроссели 1.1 на archive. ***** —

Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств — http://dmitriks. naro…oks/opsvfu. djvu

«Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре» — http://dmitriks. naro…books1/iip. djvu

на 494 http://focus. /…1d/slva001d. pdf

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ — http://members. kern….ouz/chokes. html
http://www. /ser2800.cfm

Выбор и расчет конструкции анодного дросселя — http://qrx. *****/hams/r_and. htm

Расчет индуктивности дросселя с магнитным зазором — http://www. gerelo. dp…ras_indukt. html

Расчёт трансформатора и дросселя — http://enginee-ru. uc…oad/
http://enginee-ru. uc…/load/

автоматическиq on-line калькулятор
http://schmidt-walte…smps_e. html#Abw

.
Расчет маломощных силовых трансформаторов и дросселей фильтров
http://*****/book/krizeSN. zip

характеристики и прога рассчета индуктивностей на металопорошковых
сердечниках Micrometals — http://www. /

Материаллы — http://www. ferrite. /

Прога по катушкам — http://*****/nuke/modules/Downloads/pub…/l_%20meter. zip

Кольцевые сердечники: ферритовые кольца Amidon — http://www. *****/…rrite_Cores. htm

Библиотека знаний: http://www. /library. asp
Расчетные программы: http://www. mag-inc. c…re/software. asp

Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания — http://www. *****/~slash/st8.html

Ещё материаллы и расчёт — http://*****sgates….ocore. php? pg=12

имп сердечники и их расчёт — http://www. /default. asp

===================================================================================
НАСЫЩЕНИЕ СЕРДЕЧНИКА
Если через катушку с сердечником протекает большой ток, то магнитный материал сердечника может войти в насыщение. При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности. Уменьшившаяся индуктивность вызывает дальнейший ускоренный рост тока через КИ, и т. д. В большинстве ИИП насыщение сердечника крайне нежелательно и может приводить к следующим негативным явлениям:

увеличенный уровень потерь в материале сердечника и увеличенный уровень омических потерь в проводе обмотки приводят к неоправданно низкому КПД ИИП;
дополнительные потери вызывают перегрев КИ, а также расположенных поблизости радиодеталей
сильные магнитные поля в сердечнике в сочетании с его уменьшившейся магнитной проницаемостью являются многократно усиленным по сравнению с нормальным режимом работы источником помех и наводок на малосигнальные цепи ИИП и другие приборы;
ускоренно нарастающий ток через КИ вызывает ударные токовые перегрузки ключей ИИП, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя;
ненормально большие импульсные токи КИ влекут за собой перегрев электролитических конденсаторов фильтров питания, а также увеличенный уровень помех излучаемых проводами и дорожками печатной платы ИИП.
Список можно продолжить, но и так уже ясно, что следует избегать работы сердечника в режиме насыщения. Ферриты входят в насыщение, если величина плотности потока магнитной индукции превышает 300 [мТ] (миллитесла), причем эта величина не так уж сильно зависит от марки феррита. То есть 300 [мТ] является как бы врожденным свойством именно ферритов, другие магнитные материалы имеют другие величины порога насыщения. Например, трансформаторное железо и порошковое железо насыщаются при примерно 1 [Т], то есть могут работать в гораздо более сильных полях. Более точные значения порога насыщения для разных ферритов указаны в таблице 5.

Величина плотности потока магнитной индукции в сердечнике рассчитывается по следующей формуле:

(8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [мТ]
где µ0 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума , 1.257*10-3 [мкГн/мм]
µe — относительная магнитная проницаемость сердечника (не путать с проницаемостью материала сердечника!)
I — ток через обмотку, [А]
N — количество витков в обмотке
le — длина средней магнитной линии сердечника, [мм]

Несложное преобразование формулы (8) поможет найти ответ на практический вопрос — какой максимальный ток может проходить через дроссель до того, как сердечник войдет в насыщение:

(9) Iмакс = 0.001 * Bмакс * le / (µ0 * µe * N) [A]
где Bмакс — табличное значение для используемого материала сердечника, вместо которого можно использовать значение 300 [мТ] для любых силовых ферритов

Для сердечников с зазором удобно подставить сюда выражение (4), после сокращений получаем:

(10) Iмакс = 0.001 * Bмакс * g / (µ0 * N) [A]

Результат получается на первый взгляд довольно парадоксальный: величина максимального тока через КИ с зазором определяется отношением размера зазора к количеству витков обмотки, и не зависит от размеров и типа сердечника. Однако этот кажущийся парадокс просто объясняется. Ферритовый сердечник настолько хорошо проводит магнитное поле, что все падение напряженности магнитного поля приходится на зазор. При этом величина потока магнитной индукции, одинаковая и для зазора и для сердечника, зависит лишь от толщины зазора, тока через обмотку и количества витков в обмотке, и не должна превышать 300 [мТ] для обычных силовых ферритов.

Для ответа на вопрос, какой величины суммарный зазор g надо ввести в сердечник, чтобы он выдержал без насыщения заданный ток, преобразуем выражение (10) к следующему виду:

(11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bмакс [мм]

Чтобы нагляднее показать влияние зазора, приведем следующий пример. Возьмем сердечник E30/15/7 без зазора, феррит 3C85, магнитная проницаемость µe = 1700. Рассчитаем количество витков, необходимое для получения индуктивности 500 [мкГн]. Сердечник, согласно таблице, имеет AL = 1.9 [мкГн], воспользовавшись формулой (7) получаем чуть более 16 витков. Зная эффективную длину сердечника le = 67 [мм], по формуле (9) вычислим максимальный рабочий ток, Iмакс = 0.58 [А].

Теперь введем в сердечник прокладку толщиной 1 [мм], зазор составит g = 2 [мм]. Эффективная магнитная проницаемость уменьшится, после несложных расчетов по формулам (5) и (7) находим, что для получения индуктивности 500 [мкГн] надо намотать 125 витков. По формуле (10) определяем максимальный ток КИ, он увеличился до 3.8 [А], то есть более чем в 5 раз!

Отсюда следует и практическая рекомендация для читателей, самостоятельно конструирующих дроссели. Чтобы получить катушку индуктивности, работающую при максимально возможном токе, заполняйте сердечник проводом полностью, а затем вводите в сердечник максимально возможный зазор. Если при проверочном расчете окажется, что дроссель имеет чрезмерный запас по току, то выбирайте меньший размер сердечника, или, по крайней мере, уменьшайте количество витков в обмотке, чтобы снизить потери в меди, и одновременно уменьшайте зазор в сердечнике. Важно подчеркнуть, что эта рекомендация не относится к трансформаторам, в которых ток через первичную обмотку состоит из двух составляющих: тока, передаваемого во вторичную обмотку, и небольшого тока, намагничивающего сердечник (ток магнетизации).

Как видим, зазор в сердечнике дросселя играет исключительно важную роль. Однако не все сердечники позволяют вводить прокладки. Кольцевые сердечники выполнены неразъемными, и, вместо того чтобы «регулировать» эквивалентную магнитную проницаемость при помощи зазора, приходится выбирать кольцо с определенной магнитной проницаемостью феррита. Этим и объясняется факт большого разнообразия типов магнитных материалов, применяемых промышленностью для изготовления колец, тогда как разъемные сердечники для ИИП, куда легко ввести зазор, почти всегда выполнены из ферритов с высокой магнитной проницаемостью. Наиболее употребительными для ИИП оказываются два типа колец: с низкой проницаемостью (в пределах 50…200) — для дросселей, и с высокой проницаемостью (1000 и более) — для трансформаторов.

Порошковое железо оказывается наиболее предпочтительным материалом для кольцевых неразъемных сердечников дросселей, работающих при больших токах подмагничивания. Проницаемость порошкового железа обычно находится в пределах 40…125, чаще всего встречаются кольца, выполненные из материалов с проницаемостью 50…80. В таблице 6 приведены справочные данные кольцевых сердечников из порошкового железа фирмы Филипс.

Проверить, входит ли сердечник в насыщение при работе ИИП, несложно, достаточно при помощи осциллографа проконтролировать форму тока, протекающего через КИ. Датчиком тока может служить низкоомный резистор или трансформатор тока. КИ работающая в нормальном режиме будет иметь геометрически правильную треугольную или пилообразную форму тока. В случае же насыщения сердечника форма тока будет искривлена.2*S/Lср,
где m — магнитная проницаемость феррита,
m0 — магнитная постоянная,
N — число витков,
S — площадь поперечного сечения феррита,
Lср — длина средней линии ферритового кольца.
Активное сопротивление обмотки (без учета скин-эффекта):
R=p*Lп/S,
где p — удельное сопротивление меди (0.017Ом*м),
Lп — длина провода обмотки,
Sп — площадь сечения провода.

Расчет дросселя я провожу в следующем порядке:
1) Выявляем параметры ферритового кольца: магнитную проницаемость m, длину средней линии Lср, площадь сечения S, индукцию насыщения Bm. Последний параметр можно узнать в справочнике по известной марке феррита, либо на сайте производителя феррита.
2) Задаемся необходимой индуктивностью дросселя L.
3) Зная параметры L, m, Lср, S, вычисляем необходимое количество витков N.
4) Определяем максимальное токопотребление нагрузки I и берем с 10-15% запасом.
5) Зная параметры m, Lср, S, I, N рассчитываем индукцию B внутри феррита. Если она оказывается больше, чем 0.8Bm, значит кольцо для поставленной задачи не подходит, необходимо выбрать кольцо либо бОльшего сечения, либо с бОльшей индукцией насыщения.
6) Если индукция не превышает 0.8Bm, определяем удовлетворяет ли нас дроссель по рассеиваемой мощности. Для этого задаемся максимальной мощностью, рассеиваемой на дросселе (Pm=0.5-2Вт в зависимости от размеров кольца).
7) По заданной мощности Pm и токопотреблении I, определяем активное сопротивление провода обмотки R.
8) Подбираем провод, которым собираемся наматывать (0.8-1мм для намотки в один провод, 0.5-0.6мм для намотки в несколько проводов).
9) Зная сечение провода(ов) Sпр и их активное сопротивление R, вычисляем максимальную длину провода(ов) Lпр.
10) Наматываем один виток провода на кольцо и определяем его длину Lв. Добавляем 1-2мм на угловое смещение провода при намотке.
11) По найденной максимальной длине провода Lпр и длине одного витка Lв вычисляем допустимое количество витков Nдоп.
12) Если Nдоп оказываеся меньше ранее посчитанного числа витков N, необходимо использовать провод с бОльшим сечением, либо наматывать в несколько проводов.
13) Если Nдоп>=N, оцениваем возможность намотки посчитанного числа витков. Для этого измеряем внутренний диаметр кольца d и смотрим выполняется ли неравенство:
pi*(d-Sпр)>=N*dпр,
где Sпр — площаль сечения предполагаемого к намотке провода,
dпр — диаметр предполагаемого к намотке провода.
14) Если неравенство не выполняется, значит необходимо наматывать в 2 или более слоя. Для маленьких колец с внутренним диаметром до 8мм я лично мотать в несколько слоев не советую. В этом случае лучше взять кольцо бОльших размеров, либо с бОльшей магнитной проницаемостью.

С сайта — _http://www. /comment/112509

Советы по проектированию понижающих преобразователей — http://peljou…/enews/2007/8/7

Прога для расчёта трансформаторов и дросселей 6мВ — http://brwbr. /…e=s2-Droselprog

Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению
лежит на сайте — http://www. electrotechnika. info/index. php?…down&id=177

Ещё статья — http://www. ferrite. /site/page-Trancf…tori_i_drocceli

Проектирование импульсных источников питания (ИИП). — http://megaohm. narod…S/smps_rus. html

Импульсные источники питания, все чаще встречающиеся в радиолюбительской практике благодаря высокому коэффициенту полезного действия, малым габаритам и весу, обычно требуют расчета одного или нескольких (по числу каскадов) трансформаторов. Это продиктовано тем, что приводимые в литературе значения числа витков, их диаметра, зачастую не совпадают с желаемыми выходными данными собираемого или проектируемого источника питания, либо имеющиеся в наличии у радиолюбителя ферритовые кольца или транзисторы не соответствуют приводимым в схеме.
В литературе приводилась упрощенная методика расчета трансформаторов импульсных источников питания. Общий порядок расчета трансформатора импульсного источника питания следующий:
1. Рассчитать (в Вт) используемую мощность трансформатора
Рисп.=1,ЗРн, где Рн — мощность, потребляемая нагрузкой.
2. Выбрать тороидальный ферритовый магнитопровод, удовлетворяющий условию Ргаб>Рисп., где Ргаб. — габаритная мощность трансформатора, Вт, вычисляемая как:

Где D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d— внутренний диаметр; h — высота кольца; f — частота работы преобразователя, Гц; Вmах — максимальное значение индукции (в Тесла), которое зависит от марки феррита и определяется по справочнику.
3. Задавшись напряжением на первичной обмотке трансформатора
U1 определяют с округлением в большую сторону
число ее витков:

Для полумостового преобразователя U1=Uпит/2-UКЭнас, где Uпит — напряжение питания преобразователя, UКЭнас — напряжение насыщения коллектор — эмиттер транзисторов VT1, VT2.
4. Определяют максимальный ток первичной обмотки (в А):

Где η — КПД трансформатора (обычно 0,8).
5. Определяют диаметр провода первичной обмотки (в мм):

6. Находят число витков и диаметр провода выходной (вторичной) обмотки:

М.А. Шустов; «Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения»; «Альтекс-А», 2002г.

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

Итак, 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.
ИИП Добавить метки

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…

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.

В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность.

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

1. 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
	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
	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

Теория импульсного трансформатора

— Gowanda Electronics

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

Конструкция импульсного трансформатора сигнального типа ориентирована на выдачу сигнала на выходе. Трансформатор выдает импульсный сигнал или серию импульсов. Коэффициент трансформации импульсного трансформатора можно использовать для регулировки амплитуды сигнала и обеспечения согласования импеданса между источником и нагрузкой.Импульсные трансформаторы часто используются при передаче цифровых данных и в схемах управления затвором транзисторов, F.E.T., S.C.R. и т. Д. В последнем случае импульсные трансформаторы могут называться затворными трансформаторами или трансформаторами управления затвором. Импульсные трансформаторы сигнального типа работают с относительно низкими уровнями мощности. Для передачи цифровых данных трансформаторы сконструированы так, чтобы минимизировать искажение сигнала. Трансформаторы могут работать с постоянным током смещения. Многие импульсные трансформаторы сигналов также относятся к широкополосным трансформаторам.Импульсные трансформаторы сигнального типа часто используются в системах связи и цифровых сетях.

Конструкции импульсных трансформаторов

широко различаются по номинальной мощности, индуктивности, уровню напряжения (от низкого до высокого), рабочей частоте, размеру, импедансу, полосе пропускания (частотной характеристике), упаковке, емкости обмотки и другим параметрам. Разработчики стараются минимизировать паразитные элементы, такие как индуктивность рассеяния и емкость обмотки, используя конфигурации обмоток, которые оптимизируют связь между обмотками.

Gowanda разрабатывает и производит импульсные трансформаторы из самых разных материалов и размеров. Сюда входят различные стандартные типы структур «сердечник с бобиной» (E, EP, EFD, PQ, POT, U и другие), тороиды и некоторые нестандартные конструкции. Наши верхние пределы — 40 фунтов веса и 2 киловатта мощности. Наши возможности включают обмотку из фольги, обмотку из тонкой проволоки и идеальное наслоение. Для тороидов список включает секторную обмотку, обмотку с прогрессивной обмоткой, обмотку в ряд и обмотку с прогрессивным блоком.Gowanda имеет множество намоточных машин, в том числе программируемые автоматизированные машины и машины для заклейки тороидов. Gowanda имеет вакуумные камеры для вакуумной пропитки, а также может инкапсулировать. Для обеспечения качества Gowanda использует программируемые автоматизированные испытательные машины. Большая часть нашей продукции проходит 100% тестирование на этих машинах.

Расчет и применение трансформаторов

— Европейский институт пассивных компонентов

Как показано на эквивалентной схеме трансформатора, трансформаторы обладают множеством паразитных свойств, которые могут отрицательно влиять на сигнал.Поэтому в этой главе объясняется, почему и где применяются трансформаторы. В дополнительном разделе рассматриваются требования к трансформаторам сигналов. В заключение главы описаны некоторые стандартные трансформаторы, имеющиеся в продаже.

3.1 Функции и области применения трансформаторов

Благодаря своей функциональности трансформаторы могут использоваться для различных задач:

• Изоляция: трансформаторы состоят из нескольких обмоток.В зависимости от дополнительной изоляции различные потенциалы могут быть разделены или изолированы друг от друга
• Преобразование напряжения: напряжение преобразовывается пропорционально соотношению витков
• Преобразование тока: токи преобразуются обратно пропорционально соотношению витков (см. Главу I / 1.9).
• Согласование импеданса: импедансы преобразуются как квадрат отношения витков

Это дает основания для различных применений трансформаторов:

• Источники напряжения (питания): здесь основными функциями трансформатора являются преобразование напряжения и изоляция.
• Преобразователи тока: здесь основная функция заключается в преобразовании больших токов в малые измеримые токи.
• Импульсные трансформаторы, эл.грамм. приводные трансформаторы для транзисторов: основная функция — изоляция; иногда для управления транзистором
также требуются более высокие напряжения.
• Преобразователи данных: здесь также основная функция — изоляция. Кроме того, иногда приходится согласовывать разные импедансы или увеличивать напряжения.

3.2 Требования к трансформаторам данных и сигналов Трансформаторы

используются в линиях передачи данных в основном для развязки и согласования импеданса. В этом случае сигнал не должен измениться.Из главы I / 1.9 мы знаем, что ток намагничивания не передается на вторичную обмотку. По этой причине трансформатор должен иметь максимально возможную главную индуктивность.

Профили сигналов обычно представляют собой прямоугольные импульсы, т.е. они содержат большое количество гармоник. Для трансформатора это означает, что его трансформационные свойства должны быть как можно более постоянными вплоть до высоких частот. Взглянув на эквивалентную схему трансформатора (глава I / 2.3, стр. 81 и далее), становится очевидным, что индуктивности рассеяния вносят вклад в дополнительное частотно-зависимое затухание сигнала.Поэтому индуктивность рассеяния должна быть как можно более низкой. Поэтому в сигнальных трансформаторах обычно используются кольцевые сердечники с высокой проницаемостью. Обмотки как минимум бифилярные; намотать скрученными проводами еще лучше. Поскольку передаваемая мощность довольно мала, DCR имеет второстепенное значение.

Прямые параметры, такие как индуктивность рассеяния, межобмоточная емкость и т. Д., Обычно не указываются в технических характеристиках сигнальных трансформаторов, а скорее указываются соответствующие параметры, такие как вносимые потери, возвратные потери и т. Д.

Наиболее важные параметры определены следующим образом:

• Вносимые потери IL: Измерение потерь, вызванных трансформатором

U _o = выходное напряжение; U _i = входное напряжение

• Обратные потери RL: Измерение энергии, отраженной обратно от трансформатора из-за несовершенного согласования импеданса

Z _S = полное сопротивление источника; Z _L = сопротивление нагрузки

• Подавление синфазного сигнала: мера подавления помех постоянного тока

• Общее гармоническое искажение: соотношение между полной энергией гармоник и энергией основной гармоники

• Полоса пропускания: диапазон частот, в котором вносимые потери менее 3 дБ

3.3 Влияние трансформатора на возвратные потери Обратные потери

Обратные потери — это выражение в децибелах (дБ) мощности, отраженной в линии передачи от несовпадающей нагрузки, в зависимости от мощности передаваемого падающего сигнала. Отраженный сигнал нарушает полезный сигнал и, если он достаточно сильный, вызовет ошибки передачи данных в линиях передачи данных или ухудшение качества звука в речевых цепях.

Уравнение для расчета возвратных потерь на основе характеристического комплексного полного сопротивления линии Z _O и действительной комплексной нагрузки Z _L показано ниже:

Разложив уравнение обратных потерь на сопротивление и реактивное сопротивление, мы получим следующую формулу:

Поскольку обратные потери являются функцией полного сопротивления линии и нагрузки, характеристическое сопротивление трансформатора, катушки индуктивности или дросселя будет влиять на обратные потери.Простая развертка импеданса магнитного компонента показывает, что импеданс изменяется по частоте, следовательно, обратные потери меняются по частоте. Мы обсудим влияние трансформатора на возвратные потери позже. Теперь давайте исследуем связь возвратных потерь с другими распространенными терминами отражения.

Коэффициент отражения

Хотя возвратные потери обычно используются для обозначения отражений линий в магнитной промышленности; Более распространенным термином в электронной промышленности для обозначения отражений является комплексный коэффициент отражения, гамма, который обозначается либо латинским символом G, либо, чаще, эквивалентным греческим символом Γ (гамма).Комплексный коэффициент отражения Γ имеет часть величины, называемую ρ (rho), и часть угла фазы Φ (Phi). Те из вас, кто знаком с диаграммой Смита, знают, что радиус круга, охватывающего диаграмму Смита, равен единице.

Коэффициент отражения, гамма, определяется как отношение сигнала отраженного напряжения к сигналу падающего напряжения. Уравнение для гаммы:

Имейте в виду, что так же, как импеданс является комплексным числом, так и гамма может быть выражена в полярном формате с помощью rho и Phi или в прямоугольном формате:

Обратные потери, выраженные через гамму, показаны в уравнении ниже:

Коэффициент стоячей волны

Отражения на линии передачи, вызванные рассогласованием импеданса, проявляются в огибающей комбинированных форм падающей и отраженной волны.Коэффициент стоячей волны, КСВ, представляет собой отношение максимального значения результирующей огибающей РЧ E _MAX к минимальному значению E _MIN .

Рис. 2.63: Коэффициент стоячей волны

Коэффициент стоячей волны, выраженный через коэффициент отражения, показан ниже:

Потеря передачи

Последнее выражение отражения сигнала, которое мы обсудим, — это потери передачи. Потери при передаче — это просто отношение мощности, передаваемой нагрузке, к мощности падающего сигнала.Потери при передаче в сети без потерь, выраженные через коэффициент отражения, показаны ниже:

Не забывайте, что величина гаммы (| Γ |) равна rho (ρ), и любую форму можно найти в публикациях и документах, касающихся отражений.

Связанные термины

Просматривая формулу комплексного коэффициента отражения, мы видим, что чем ближе импеданс нагрузки Z _L к характеристическому импедансу ZO линии, тем ближе к нулю коэффициент отражения.По мере увеличения несоответствия между двумя импедансами коэффициент отражения увеличивается до максимальной величины, равной единице.

В таблице ниже показано, как изменяющийся комплексный коэффициент отражения связан с КСВ, обратными потерями и потерями при передаче. Как можно видеть, идеальное совпадение приводит к КСВ, равному 1, и бесконечным обратным потерям. Точно так же обрыв или короткое замыкание в нагрузке приведет к возвращению бесконечного КСВ и возвратных потерь 0 дБ.

Табл. 2.32: Связь между коэффициентом отражения и коэффициентом стоячей волны

При отображении на диаграмме Смита взаимосвязь становится еще более очевидной, поскольку постоянные значения всех четырех параметров изображены на диаграмме в виде кружков.

Рис. 2.64: Диаграмма Смита

Максимальная мощность передачи

Максимальная передача мощности достигается от источника к нагрузке, когда полное сопротивление источника равно комплексно сопряженному сопротивлению нагрузки. Это не только максимизирует мощность, но и минимизирует энергию отражения назад к источнику.

Рис. 2.65: Комплексный источник и загрузка

Обратные потери при согласованной нагрузке

Давайте возьмем пример согласованной строки и загрузки.Предположим, что Z _O = 100 Ом в приложении ADSL, и что оно ограничено чисто резистивной нагрузкой 100 Ом.

Рис. 2.66: Возвратные убытки

где:

Z _O = 100 + 0j Ом; Z _L = 100 + 0j Ом

Поскольку нагрузка и источник являются чисто резистивными, обратные потери будут одинаковыми на любой частоте. Подстановка и вычисление показывают, что RL = ∞.

Обратные потери при несогласованной нагрузке

Давайте возьмем тот же самый пример идеального трансформатора, но с немного несоответствующей нагрузкой.Предположим, что Z _O = 100 + 0j Ом, как и раньше, но теперь мы рассчитаем возвратные потери для ряда чисто резистивных сопротивлений нагрузки, чтобы показать, как на возвратные потери влияет рассогласование. Снова используется резистивная нагрузка, так что обратные потери не зависят от частоты.

Табл. 2.33: Возвратные потери при несовпадении

Результаты показывают, что обратные потери являются функцией несоответствия и независимо от того, в каком направлении находится несоответствие. Если мы посмотрим на случай слегка несовпадающей линии по сравнению с нагрузкой, мы увидим, что она не зависит от частоты, если линия и нагрузка чисто резистивный.Также обратите внимание, что если бы совпадение было идеальным, возвратные потери были бы бесконечными.

Рис. 2.67: Возвратные убытки

Обратные потери при почти идеальном трансформаторе

Теперь давайте возьмем тот же пример согласованной линии и нагрузки, но добавим трансформатор 1: 1, который идеально подходит, за исключением того, что индуктивность первичной обмотки составляет L _P = 600 мкГн. Мы снова предполагаем, что полное сопротивление линии равно 100 Ом, как и полное сопротивление нагрузки.

Когда у нас был идеальный трансформатор с полностью резистивным импедансом как линии, так и нагрузки, наши возвратные потери не изменялись по частоте и были одинаковыми на любой частоте.Однако теперь индуктивность будет изменяться по частоте, в результате чего эффективная нагрузка будет изменяться по частоте. Расчет обратных потерь также становится более сложным из-за сложного сопротивления нагрузки.

Вместо того, чтобы проводить все сложные вычисления импеданса, я покажу шаги, необходимые для расчета обратных потерь.

Шаг 1 : Используя расчеты преобразования импеданса, преобразуйте импеданс на той же стороне идеального трансформатора, что и индуктивность первичной обмотки.В этом случае идеальным трансформатором является трансформатор 1: 1, и нагрузка не изменяется.

Рис. 2.68: Обратные потери трансформатора

Шаг 2 : Объедините X _L , текущую Z _L = R _L + 0j с результирующим Z _L ’, который является комплексным.

Рис. 2.69: Обратные потери с импедансом ZL ‘

Шаг 3 : Рассчитайте обратные потери, используя результирующую нагрузку и исходное сопротивление резистивной линии.

Результаты : Глядя на результаты по частоте, мы видим, что индуктивность на нижнем конце несоответствует из-за индуктивности, замыкающей нагрузку. Чем ниже индуктивность первичной обмотки, тем больше будет шунтироваться нагрузка. Глядя на графики, мы видим, что возвратные потери из-за первичной индуктивности будут вести себя так же, как фильтр, поскольку у него есть изгиб, который будет изменяться в зависимости от индуктивности, а наклон после изгиба составляет 20 дБ за декаду.

Табл.2.34: Обратные потери при 600 мкГн L _pri на идеальном трансформаторе

Рис. 2.70: Обратные потери при 600 мкГн л _pri

Обратные потери с добавленной индуктивностью рассеяния

Рис. 2.71: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

Теперь добавим индуктивность рассеяния в 1 мкГн к тому же трансформатору при тех же условиях нагрузки. Эффективная нагрузка рассчитывается таким же образом, как ZL ’- реактивное сопротивление первичной обмотки параллельно импедансу нагрузки после преобразования.ZL ’’ — это ZL ’с добавленным к нему последовательным реактивным сопротивлением индуктивности рассеяния.

Рис. 2.72: Обратные потери с индуктивностью рассеяния и Z _L ‘

Используя ту же формулу возвратных потерь, мы можем затем рассчитать наши возвратные потери на различных частотах. Из представленных на графике результатов видно, что на возвратные потери на высоких частотах влияет индуктивность рассеяния

.

Табл. 2.35: Обратные потери при 600 мкГн L _pri при индуктивности рассеяния 1 мкГн

Фиг.2.73: Обратные потери при 600 мкГн L _при и индуктивности рассеяния 1 мкГн

Для большинства трансформаторов индуктивность первичной обмотки и индуктивность рассеяния будут иметь наибольшее влияние на возвратные потери при условии, что выбранное соотношение витков эффективно согласовывает сопротивление нагрузки с полным сопротивлением линии.

Обратные потери с неидеальным трансформатором

С помощью модели линейного трансформатора, которая обычно используется при проектировании низкочастотных трансформаторов, мы можем рассчитать теоретические возвратные потери на основе анализа сосредоточенных параметров.За исключением межобмоточной емкости, мы можем уменьшить модель линейного трансформатора до импеданса нагрузки, комбинируя элементы параллельно или последовательно. Имейте в виду, что сопротивление вторичной обмотки постоянному току и Z _L должны быть преобразованы путем деления на n2 при поднесении к линейной стороне модели.

Рис. 2.74: Обратные потери реальных трансформаторов

Емкость между обмотками не может быть смоделирована так просто, потому что она не находится ни на стороне линии, ни на стороне нагрузки модели и не может быть преобразована в эквивалентную нагрузку.На низких частотах межобмоточная емкость действует как разрыв трансформатора, и обычно ею можно пренебречь. Фактически, большинство программ моделирования трансформаторов игнорируют межобмоточную емкость, поскольку индуктивность рассеяния и индуктивность первичной обмотки являются доминирующими элементами. Однако в некоторых конструкциях, где межобмоточная емкость довольно велика, а рабочие частоты высоки, она может стать очень важным фактором. Достаточно сказать, что если в модель необходимо включить межобмоточную емкость, было бы разумно использовать более сложную программу анализа, такую ​​как LTspice.

Давайте теперь взглянем на модель линейного трансформатора для теоретического трансформатора ADSL, показанного ниже, с нагрузкой, которая немного отличается от идеальных 25 Ом для идеального согласования. Мы возьмем это и смоделируем влияние различных элементов, смотря на это параметр за параметром.

Рис. 2.75: Обратные потери трансформатора ADSL

Эффект обратных потерь DCR

Эффект обратных потерь сопротивления постоянному току в приведенном ниже примере выделяет два наблюдения.Во-первых, даже несмотря на то, что сопротивление вторичной обмотки на 1,5 Ом ниже по сравнению с сопротивлением первичной обмотки 3,0 Ом, влияние на возвратные потери намного больше. Причина этого в том, что вторичная обмотка 1,5 Ом при отражении от первичной обмотки трансформатора воспринимается как 6,0 Ом.

Также обратите внимание, что на меньшее число возвратных потерь лишь незначительно влияют другие элементы, которые имеют значительно лучшие возвратные потери в одиночку. Обратные потери, связанные только с сопротивлением вторичной обмотки, составляют примерно 30 дБ, в то время как обратные потери из-за сопротивления первичной обмотки составляют примерно 37 дБ.В совокупности чистый эффект — это возвратные потери 27 дБ.

Рис. 2.76: Возвратные убытки

Эффект обратных потерь индуктивности рассеяния и распределенной емкости

Также интересно сравнить влияние на возвратные потери индуктивности рассеяния и параметров распределительной емкости трансформатора. Из приведенного ниже примера видно, что эффекты, обусловленные исключительно индуктивностью рассеяния, показывают уменьшающиеся возвратные потери со скоростью 20 дБ за декаду.Теперь, глядя на распределенную емкость, мы видим, что она вызывает затухание высоких частот с той же скоростью, что и колено, на более высокой частоте.

Сравнение становится интересным, когда мы рассматриваем комбинированный аффект. В совокупности чистый результат — улучшение возвратных убытков. Почему это? Если вы помните в нашем предыдущем обсуждении, обратные потери являются функцией рассогласования независимо от того, в каком направлении находится рассогласование. В этом примере рассогласование происходит в противоположных направлениях, поэтому добавление эффекта распределенной емкости фактически улучшает общие возвратные потери.

Если подумать об этом с аналитической точки зрения, что происходит в эквивалентной схеме? Отраженная нагрузка увеличивается на реактивное сопротивление из-за индуктивности рассеяния, вызывая рассогласование. Однако реактивное сопротивление распределенной емкости параллельно за счет уменьшения рассогласования до оптимальной отраженной нагрузки 100 Ом.

Рис. 2.77: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

Эффект обратных потерь межобмоточной емкости

Как упоминалось ранее, влияние межобмоточной емкости очень сложно рассчитать с помощью простых преобразований эквивалентного импеданса.Проблема в том, что межобмоточная емкость разделяется обеими обмотками и не явно находится на одной стороне идеального трансформатора или другой. Таким образом, влияние на модель схемы не так однозначно и требует более сложных методов моделирования. Пример ниже был смоделирован с помощью PSPICE, а не с помощью простых вычислений.

Обычно, однако, межобмоточная емкость очень мало влияет на возвратные потери по сравнению с индуктивностью рассеяния, и ею можно пренебречь.Однако следует сделать предупреждение, поскольку в случаях, когда индуктивность рассеяния очень мала, а межобмоточная емкость очень высока, межобмоточная емкость может стать фактором, с которым нужно считаться.

Рис. 2.78: Обратные потери и межобмоточная емкость

Эффект обратных потерь из-за потерь в резистивном сердечнике и индуктивности

В этом примере мы сравниваем возвратные потери из-за индуктивности первичной обмотки, а также с резистивными потерями в сердечнике, предполагая, что коэффициент потерь в сердечнике R _cAlpha равен 0.44. Как видно из обратных потерь из-за комбинированного эффекта, резистивные потери в сердечнике имеют очень минимальное влияние. В приложениях с очень низкой частотой, таких как аудио, резистивные потери в сердечнике могут иметь значение.

Рис. 2.79: Обратные потери и потери в сердечнике / L-значение

Эффект обратных потерь всех параметров

Наконец, глядя на влияние всех параметров вместе, мы можем определить, какие факторы являются существенными в типичном применении трансформатора.Как видно из результатов ниже, индуктивность рассеяния и индуктивность первичной обмотки являются движущими факторами. В то время как другие паразитные параметры действительно играют роль в формировании реакции на возвратные потери, они играют относительно незначительную роль в типичной конструкции трансформатора.

Рис. 2.80: Обратные потери со всеми параметрами

Более пристальный взгляд на доминирующие параметры

В заключение мы более подробно рассмотрим основные параметры трансформатора.На верхнем графике показаны возвратные потери различных моделей в сравнении с идеальным трансформатором с немного несовпадающей нагрузкой. Затем нижний график просто увеличивает масштаб неидеальных трансформаторов.

Практический совет:

Эти графики подчеркивают тот факт, что первичная индуктивность и индуктивность рассеяния являются параметрами, которые обычно определяют возвратные потери, и что в большинстве приложений есть основания игнорировать межобмоточную емкость.

Фиг.2.81: Обратные потери и влияние доминирующих параметров L _{первичный} / L _утечка

---

ABC CLR: Глава L Индукторы

Применения для трансформаторов

Контент, лицензированный EPCI: Würth Elektronik eiSos, Trilogy of Magnetics, распечатки справочника можно заказать здесь.

Содержание этой страницы находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International License.

Программа калькулятора трансформатора

— Электронные проекты Схемы

Расчет трансформатора v0.1 — программа для расчета количества витков и толщины проволоки. Если у вас есть опыт сборки трансформаторов, то эта программа идеально вам подойдет. Если вы ничего не знаете о сборке трансформаторов, пожалуйста, не используйте … Electronics Projects, Transformer Calculator Program «электронные программные средства», Дата 2019/08/02

Transformer Calculation v0.1 — это программа для расчет количества витков и толщины проволоки. Если у вас есть опыт сборки трансформаторов, то эта программа идеально вам подойдет.Если вы ничего не знаете о сборке трансформаторов, пожалуйста, не используйте расчеты из этой программы для сборки собственного трансформатора! Неправильный расчет может повредить ваше электрическое устройство, подключенное к электросети, а ОН МОЖЕТ УБИТЬ ВАС !!! Вы по-прежнему можете использовать эту программу, чтобы определить размер сердечника EI трансформатора, если вы планируете покупать трансформатор. Обратите внимание, что существует множество гибридных трансформаторов, поэтому, если вам нужен трансформатор для усилителя, купите трансформатор подходящего размера. Гибридные трансформаторы обычно имеют небольшие размеры и при высокой нагрузке могут перегреться.

Текущая версия может рассчитывать значения только для стандартного сердечника трансформатора, то есть профиля сердечника «W» и «U». Тороидальные трансформаторы (кольцевой профиль сердечника) и другие не поддерживаются. Как я решил написать эту программу? Ну все просто, я делаю расчет для нового трансформатора, и у меня не было того тонкого провода для катушки. Поэтому я теряю несколько часов на пересчет нового напряжения и силы тока для провода, который у меня есть. Я начал собирать проволоку на катушке и понял, что проволока недостаточно длинная. Затем я пишу эту программу и теряю 3 минуты, чтобы сделать новый расчет для этого трансформатора с новым проводом.Трансформатор закончен и отлично работает в моем усилителе 2 × 7 Вт. 🙂

Думаю, вам может пригодиться эта программа. Вы можете писать мне предложения, исправления и другие вещи по электронной почте: [email protected]

Вот список того, что еще я могу добавить в программу:

Добавить возможность редактирования для входного напряжения.
Исправьте ошибку, если она обнаружена.
Программа для пересчета, если рассчитанные провода не подходят к катушке.
Программа для расчета по площади жилы, толщине проволоки и сопротивлению проволоки характеристика трансформатора (входное / выходное напряжение и сила тока).

Авторские права Авторские права © Silvio Klaic 1999.

При повторном распространении в двоичной форме должно воспроизводиться указанное выше уведомление об авторских правах, этот список условий и / или другие материалы, предоставляемые вместе с распространением. Имена участников не могут использоваться для поддержки или продвижения продуктов, созданных на основе этого программного обеспечения, без специального предварительного письменного разрешения.

Примеры расчетов трансформаторов

Вот некоторые расчеты, которые я сделал и из своих трансформаторов.

Трансформатор: 220В — 2×27В 8А
Входное напряжение 220 В.
Выходное напряжение два раза по 27 В 8 ампер, симметричное для усилителя. Площадь пересечения жил
EI составляет 50 на 48 миллиметров.
Расчетные значения:
Вход 220 Вольт 2.258 Ампер
443 катушки с толщиной провода 1,05 мм
Здесь я использую провод толщиной 1 мм, потому что сердечник достаточно большой, а нагревание при такой толщине невелико. Истинная причина в том, что у меня не было провода 1,05 миллиметра. 🙂
Выход 2 x 27 В 8 ампер
2 x 54 катушки по 1.Округление от 98 миллиметров до 2 миллиметров.

При сборке использую для вывода два провода по 2 миллиметра на одной игле. Начальная точка двух проводов соединена и это выходная земля, конечная точка — два выхода по 27 Вольт. Я построил этот трансформатор, и он отлично работает.

Трансформатор Калькулятор Скачать программу:

СПИСОК ССЫЛКИ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ФАЙЛОВ (в формате TXT): LINKS-4605.zip

Energies | Бесплатный полнотекстовый | Компактная тепловая модель импульсного трансформатора с учетом нелинейности теплообмена

1.Введение

Импульсные трансформаторы являются важным компонентом импульсных преобразователей мощности [1,2,3]. Эти трансформаторы имеют простую конструкцию и состоят из компонентов двух типов: ферромагнитного сердечника и, по крайней мере, двух обмоток. В процессе работы рассматриваемого устройства наблюдается повышение температуры каждого элемента трансформатора [4,5,6]. Это увеличение является результатом тепловых явлений, происходящих в импульсном трансформаторе, таких как самонагрев в каждом компоненте трансформатора и взаимное тепловое взаимодействие между каждой парой этих компонентов [7,8,9].Знание температуры сердечника и температуры обмоток важно с точки зрения электрических и магнитных свойств импульсного трансформатора. Как показано в [10,11], температура значительно изменяет характеристики ферромагнитных материалов, используемых для изготовления сердечника трансформатора, и вызывает изменение сопротивлений обмоток. В частности, чрезмерное повышение температуры может привести к повреждению изоляции обмоток или снизить магнитную проницаемость сердечника [8,11,12].Кроме того, повышение температуры электронных компонентов приводит к уменьшению их срока службы [13,14]. Для расчета форм колебаний температуры электронных компонентов с учетом тепловых явлений необходима тепловая модель этих компонентов [15, 16]. Во многих работах [10,11,17,18,19,20,21,22,23,24,25] описаны тепловые модели трансформаторов, но они имеют недостатки. Одна группа тепловых моделей — микроскопические модели, позволяющие рассчитать распределение температуры в рассматриваемом компоненте.Например, в [11,18] метод конечных элементов используется для определения распределения температуры в трансформаторе, но в то же время предполагается распределение потерянной мощности на единицу объема в трансформаторе. Другая группа тепловых моделей — это компактные тепловые модели, которые учитывают только одну температуру, характеризующую все устройство [17]. В справке [26] представлены трехмерные (3-D) численные компактные тепловые модели планарных трансформаторов. Тепловая сеть постоянного тока в указанной модели основана на методе Дельфи, который позволяет получить более короткое время расчетов, чем метод конечных объемов.Представленные результаты не иллюстрируют влияние рассеиваемой мощности на температуру сердечника и обмоток. Кроме того, эта модель предназначена для программного обеспечения ANSYS, и ее сложно реализовать в другом программном обеспечении, например, в SPICE. Аналогичный подход к моделированию тепловых свойств электронных компонентов представлен в [27,28]. Модель, представленная в [27], использует методы гомогенизации для уменьшения требований к вычислениям. Достоинством этой модели является уменьшение количества тепловых факторов до 6–8, при этом все еще может быть получено хорошее согласие результатов расчетов и измерений.К сожалению, указанная модель может быть использована в программном обеспечении, предназначенном только для трехмерного термического анализа. В свою очередь подход к тепловому моделированию компонентов электрических машин, представленный в [28], требует трудоемких измерений тестируемого прототипа. В статье [28] представлены некоторые кривые температуры тестируемой машины. В ссылке [29] описана упрощенная форма электротермической модели, посвященной планарным магнитным компонентам (индукторам и трансформаторам), которые используются в космической промышленности.Важной частью этой модели является тепловая модель, предназначенная для программы ANSYS. В связи с тем, что учитывается множество факторов, сетевое представление предлагаемой модели является сложным и содержит три подсхемы, представляющие тепловую сеть обмоток трансформатора, тепловую сеть сердечника трансформатора и тепловую сеть соединения. между обмотками и печатной платой (PCB). Ссылки [30,31] посвящены оценке параметров тепловых моделей электронных устройств в форме, вдохновленной Delphi.Для этого используются генетические алгоритмы. К сожалению, для нескольких источников тепла в таких моделях расчеты занимают много времени, а общее время моделирования может достигать 800 ч. В справке [32] представлена ​​тепловая модель планарного трансформатора. Форма этой модели получена на основе расчетов гидродинамики. Конструкция этой модели подходит только для планарных трансформаторов. К сожалению, в статье [32] нет результатов экспериментальной проверки этой модели. Компактные тепловые модели трансформаторов описаны в [10,11,17,18,26]; однако в упомянутых моделях обычно не учитываются различия между температурами сердечника и обмоток.Кроме того, в моделях, описанных в [24,25], не учитывается зависимость эффективности рассеивания тепла, генерируемого в устройстве, от мощности, рассеиваемой в трансформаторе [33]. Широко известно [7,15,16,34,35,36], что некоторые факторы, такие как температура окружающей среды, системы охлаждения или мощность, рассеиваемая в электронных устройствах, влияют на эффективность отвода тепла от устройств. В [37] представлена ​​нелинейная тепловая модель планарного трансформатора. В этой модели учитывается влияние мощности, рассеиваемой в отдельных компонентах трансформатора, на эффективность отвода тепла.В этой статье, которая является расширенной версией справочника [38], предлагается компактная нелинейная тепловая модель (CNTM) импульсного трансформатора, основанная на тепловой модели планарного трансформатора, описанной в [19]. По сравнению с [19], в которой представлена ​​линейная тепловая модель, учитывается нелинейность процесса теплопередачи. По сравнению с [38], в этой статье представлено подробное описание нелинейной тепловой модели трансформатора и новые результаты измерений и расчетов, иллюстрирующие эффективность этой модели для трансформаторов, включающих различные ферромагнитные сердечники.Предложенная авторами модель учитывает явления самонагрева во всех компонентах трансформатора и взаимные тепловые связи между каждой парой этих компонентов. Выбранные тепловые модели трансформаторов, приведенные в литературе, обсуждаются в разделе 2. Вид нелинейная тепловая модель представлена ​​в разделе 3. Полученные результаты измерений и расчетов, подтверждающие эффективность разработанной модели, представлены в разделе 4. Преимущество этой нелинейной тепловой модели перед линейной тепловой моделью подтверждено экспериментально для выбранных трансформаторов, содержащих сердечники различной формы из разных ферромагнитных материалов.Для всех моделей, описанных в следующих разделах, тепловое сопротивление и тепловая емкость указаны в К / Вт и Дж / К, соответственно, тогда как все температуры выражены в градусах Цельсия.

2. Избранные тепловые модели трансформаторов в литературе

Сетевое представление классических линейных тепловых моделей трансформаторов [10,39] показано на рисунке 1. Можно видеть, что используется только одна внутренняя температура всего трансформатора. В этой модели не учитываются различия температур сердечника и обмоток.

В представленной модели управляемый источник тока G ₁ представляет собой сумму мощности, рассеиваемой в сердечнике и обмотках трансформатора. Тепловая емкость представлена ​​конденсатором C _th , в то время как R _th2 — тепловое сопротивление, характеризующее тепловую конвекцию, а R _th3 — тепловое сопротивление, характеризующее тепловое излучение от поверхности исследуемого устройства. Источник напряжения T _a — это температура окружающей среды, а напряжение в узле T _j — это температура трансформатора.

В [17,33] предлагается тепловая модель магнитных компонентов (трансформаторов и индукторов). Эта модель позволяет рассчитать разницу температур между сердечником и температурой окружающей среды (ΔT _C ) и разницу температур между обмотками и температурой окружающей среды (ΔT _W ) с учетом самонагрева и взаимных тепловых связей между сердечником и обмотки. Сетевое представление этой модели показано на рисунке 2.

Однако в этой модели используются только единичные тепловые постоянные времени для обмоток (R _thW и C _thW ) и для сердечника (R _thC и C _thC ).Источники тока G _PC и G _PW описывают потери мощности в сердечнике и обмотках соответственно; тогда как источники тока G _PC1 и G _PW1 моделируют влияние взаимных тепловых связей между сердечником и обмоткой на разницу температур ΔT _W и ΔT _C .

Тепловая модель трансформатора, предложенная в [17], диаграмма которой представлена ​​на рисунке 3, позволяет рассчитать температуру сердечника T _C и температуры обеих обмоток T _W с учетом учитывать самонагрев и взаимные тепловые связи между сердечником и обмотками.Эта модель представляет собой цепи RC Foster, возбуждаемые источниками тока, представляющими мощность, рассеиваемую в сердечнике (P _thC и P _thWC1 ) и в обмотках (P _thW и P _thWC1 ).

Для учета тепловых связей между сердечником и обмотками применяются управляемые источники тока P _thWC1 и P _thCW1 . Источник напряжения T _a представляет температуру окружающей среды. В описанной модели обычные RC-цепи используются для моделирования самонагрева и взаимных тепловых связей между компонентами трансформатора.

Недостатком тепловых моделей трансформаторов, описанных в этом разделе, является то, что они не учитывают различия температур обмоток, нелинейности тепловых свойств и тепловые связи, возникающие между компонентами трансформатора. Поэтому в следующем разделе предлагается авторская нелинейная тепловая модель трансформатора. В этой модели учитываются нелинейности тепловых явлений и тепловых связей между компонентами трансформатора.

3. Предлагаемая нелинейная тепловая модель импульсных трансформаторов

Как показано в [17,19], распределения температуры на каждой из обмоток и на сердечнике в импульсных трансформаторах практически однородны. Поэтому их тепловые свойства можно описать с помощью компактной тепловой модели [7,19]. С другой стороны, температуры сердечника и обмоток могут существенно отличаться друг от друга [7]. Поэтому в таких моделях следует учитывать разницу температур сердечника и обмоток.В каждом компоненте трансформатора происходит явление самовосстановления, и, кроме того, наблюдается тепловое взаимодействие между каждой парой компонентов трансформатора. Разработанная авторами нелинейная тепловая модель трансформатора представляет собой подсхему, предназначенную для SPICE. Эта форма вдохновлена ​​линейной тепловой моделью планарного трансформатора, предложенной в [19], и нелинейной тепловой моделью полупроводниковых устройств, описанной в [37,40]. В новой модели учтены различия температур компонентов трансформатора (сердечника и всех обмоток).Эти температуры являются результатом явления самонагрева в каждом компоненте и взаимных тепловых связей между каждой парой компонентов трансформатора. Представленная модель позволяет рассчитать кривые температуры сердечника и каждой обмотки с учетом обоих упомянутых явлений. При формулировке рассматриваемой модели на основе результатов измерений, приведенных в [7], изменение мощности, рассеиваемой в каждом компоненте, влияет только на значения тепловых сопротивлений трансформатора в тепловой модели, тогда как тепловые емкости не зависят от мощности.Сетевое представление предлагаемой модели представлено на рисунке 4. В этой сети можно выделить девять цепей. Три из них, расположенные в левой части рисунка 4, используются для расчета форм колебаний температуры отдельных компонентов трансформатора — первичной обмотки T _W1 , вторичной обмотки T _W2 и сердечника T _C . Эти температуры (в ° C) соответствуют напряжениям (в В) в узлах и обозначаются как T _W1 , T _W2 и T _C соответственно.Источники тока I _C , I _W1 и I _W2 моделируют потери мощности в сердечнике и двух обмотках соответственно.

Цепи, включая конденсаторы и управляемые источники тока, моделируют тепловые сопротивления первичной обмотки (C _W11 ,…, C _W1n и G _W11 ,…, G _W1n ) вторичной обмотки (C _W21 ,…, C _W2n и G _W21 ,…, G _W2n ) и сердечника (C _C1 ,…, C _Cn и G _C1 ,…, G _Cn ) соответственно.Напряжения в этих цепях (в В) соответствуют разнице (в ° C) между температурами компонентов трансформатора и окружающей температурой, возникающей в результате самонагревания.

Управляемые источники напряжения E ₁ , E ₂ и E ₃ отражают влияние взаимных тепловых соединений между компонентами трансформатора на температуру этих компонентов. Конденсаторы представляют собой тепловые емкости всех элементов на пути теплового потока, тогда как контролируемые источники тока представляют собой нелинейные тепловые сопротивления между элементами на пути теплового потока.

Выходное напряжение управляемого источника напряжения E ₁ равно сумме напряжений в узлах T _W11 и T _WC1 , выходное напряжение управляемого источника напряжения E ₂ равно сумме напряжений в узлах T _W21 и T _WC2 , а выходное напряжение управляемого источника напряжения E ₃ равно сумме напряжений в узлах T _CW1 и T _CW2 . Источники напряжения V ₁ , V ₂ и V ₃ представляют температуру окружающей среды.

Шесть других подсхем используются для моделирования взаимных тепловых связей между каждой парой компонентов трансформатора. Источники тока в этих подсхемах представляют собой мощность (выраженную в Вт), рассеиваемую в определенных компонентах трансформатора (I _W12 и I _W1C в первичной обмотке, I _W21 и I _W2C во вторичной обмотке и I _C1 и I _C2 в ядре). Сети, содержащие конденсаторы и контролируемые источники тока, подключенные к вышеупомянутым источникам тока, моделируют взаимные переходные тепловые сопротивления между каждой парой компонентов трансформатора.

Все самопереходные и взаимные переходные тепловые сопротивления могут быть описаны уравнением (1) [7,15]:

Zth (t) = Rth⋅ [1 − ∑i = 1Nai⋅exp (−tτthi)],

(1)

где R _th — тепловое сопротивление, a _i — коэффициент (без единиц измерения), соответствующий тепловой постоянной времени τ _thi (выраженной в с), а N — количество тепловых постоянных времени. Зависимость R _th от рассеиваемой мощности описывается как:

Rth = Rth0⋅ [1 + α⋅exp (−p − p0b)],

(2)

где R _th0 обозначает минимальное значение теплового сопротивления, p обозначает мощность, рассеиваемую в нагревательном элементе трансформатора, α — параметр без единицы измерения, а p ₀ и b — параметры модели, указанные в Вт.Изменение значений теплового сопротивления моделируется управляемым источником тока G _и . Выходной ток управляемого источника описывается как: где V _Gi обозначает напряжение на источнике тока G _i . Тепловые емкости представлены как: Значения параметров модели оцениваются с использованием результатов измерений собственных и переходных тепловых сопротивлений, существующих в тепловой модели трансформатора. Измерения таких параметров при различных мощностях, рассеиваемых в сердечнике и обмотках испытуемого трансформатора, проводятся по методике, описанной в [7].Значения параметров в уравнении (1) оцениваются для каждого переходного теплового импеданса с использованием метода, описанного в [15,41]. Затем параметры α, p ₀ и b в уравнении (2) оцениваются для собственного теплового и взаимного теплового сопротивления в модели трансформатора с использованием локальной оценки [15].

4. Результаты

Для проверки представленной модели и ее практического использования были проведены измерения и расчеты формы кривой температуры каждого компонента тестируемых трансформаторов, которые содержали ферромагнитные сердечники различной формы и размеров и были изготовлены из различных материалов. выполнено.В качестве примеров были измерены и смоделированы планарный трансформатор с ферритовым сердечником и трансформаторы с кольцевыми сердечниками из различных материалов.

Планарный трансформатор с кубоидальным сердечником размером 22 мм × 16 мм × 9 мм был изготовлен из ферритового материала 3F3 и содержал обмотки в виде отпечатанных дорожек на ламинате FR-4 толщиной 1 мм. Первичная обмотка содержала три витка шириной 2,5 мм, а вторичная обмотка — четыре витка шириной 1 мм.Трансформаторы с тороидальным сердечником имели идентичные первичную и вторичную обмотки. На каждую из них было намотано по 20 витков медной проволоки в эмали диаметром 0,8 мм. Тороидальный сердечник имел внешний диаметр 26 мм, внутренний диаметр 16 мм и ширину 11 мм. Для тороидальных трансформаторов использовались сердечники из тороидального порошкового железа (RTP), ферритов (RTF) и нанокристаллов (RTN).

Значения параметров тепловой модели были оценены для трансформаторов, содержащих ферромагнитные сердечники различной формы и размеров и изготовленные из различных ферромагнитных материалов.

Значения параметров в уравнении (2), которое представляет собой предложенную компактную нелинейную тепловую модель трансформатора (CNMT), сведены в Таблицу 1 (для тороидального трансформатора) и Таблицу 2 (для планарного трансформатора). Значения параметров, представленные в Таблице 1 и Таблице 2, описывают модель представления сети, показанную на Рисунке 4.

Сравнивая значения параметров, описывающих тепловые сопротивления в тепловой модели тороидального трансформатора, очевидно, что значения параметры α, p ₀ и b были практически одинаковыми для всех рассмотренных термических сопротивлений.Различия наблюдались в значениях параметра R _th0 . Это означало, что маршруты R _thW1 (p _W1 ), R _thW1W2 (p _W1 ) и R _thW1C (p _W1 ) были почти параллельны. Напротив, наблюдались большие различия между значениями параметров, описывающих зависимости тепловых сопротивлений в тепловой модели планарного трансформатора от мощностей P _W1 и P _C .

Значения тепловых емкостей оценивались по методике, описанной в [15].В качестве примера в таблице 3 приведены значения этих параметров, полученные для планарного трансформатора.

Хорошо видно, что в рассматриваемых самопереходных и переходных взаимных тепловых импедансах имело место различное количество тепловых постоянных времени. В самопереходных тепловых импедансах использовались три или четыре тепловые постоянные времени, тогда как взаимные переходные тепловые импедансы описывались двумя или тремя тепловыми постоянными времени. Значения рассматриваемых тепловых постоянных времени находились в диапазоне от 40 мкс до более 1000 с.

Например, с помощью уравнения (2) измеренные (обозначены точками) и смоделированные (обозначенные линиями) зависимости тепловых сопротивлений в тепловой модели трансформатора от мощности, рассеиваемой в одном из компонентов трансформатора, представляют собой 5 и 6. На рис. 5 показано влияние мощности P _W1 , рассеиваемой в первичной обмотке трансформатора, содержащего тороидальный сердечник из порошкового железа, на тепловое сопротивление обмотки R _thW1 (синий цвет). и о взаимных тепловых сопротивлениях между этой обмоткой и вторичной обмоткой R _thW1W2 (черный цвет), а также между сердечником и первичной обмоткой R _thW1C (красный цвет).На рисунке 6а показано влияние мощности, рассеиваемой в первичной обмотке планарного трансформатора, на тепловые сопротивления R _thW1 (синий цвет), R _thW1W2 (черный цвет) и R _thW1C (красный цвет). На рисунке 6b показано влияние мощности, рассеиваемой в сердечнике трансформатора, на тепловое сопротивление сердечника R _thC (синий цвет) и взаимные тепловые сопротивления между сердечником и обеими обмотками R _thCW1 (красный цвет) и R _thCW2 (зеленый цвет).Как видно из рисунков 5 и 6, можно точно смоделировать измеренные зависимости рассматриваемого теплового сопротивления от рассеиваемой мощности, используя уравнение (2). Для обоих рассматриваемых трансформаторов наблюдались видимые различия между тепловым и взаимным тепловым сопротивлениями. Эти термические сопротивления отличались друг от друга. Стоит отметить, что рассмотренные отличия для планарного трансформатора были больше, чем для тороидального трансформатора. Изменения рассеиваемой мощности могут вызвать изменение теплового сопротивления даже на 25%.Расчеты и измерения проводились при рассеивании мощности только в одном из компонентов тестируемых трансформаторов и при одновременном рассеивании мощности в разных компонентах тестируемых устройств. Мощность, рассеиваемая в каждом компоненте трансформатора, всегда имела форму одиночного прямоугольного импульса с большой длительностью. Результаты расчетов, полученные с помощью нелинейной тепловой модели, сравнивались с результатами расчетов, выполненных с помощью линейной тепловой модели, описанной в [19], и результатами измерений, выполненных с помощью пирометра.Обмотки и сердечник возбуждались разной мощностью. На последовательных рисунках (Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11 и Рисунок 12) представлены расчетные и измеренные формы сигналов температур первичной обмотки T _W1 , вторичной обмотки T _W2 и сердечника. Т _С испытанных трансформаторов. На этих рисунках результаты измерений представлены точками, результаты расчетов, выполненных с использованием CNTM, представлены сплошными линиями, а результаты расчетов с использованием компактной линейной тепловой модели (CLTM) представлены пунктирными линиями [19].Расчеты проводились для значений параметров, описывающих нелинейную тепловую модель трансформаторов, в соответствии с принципами, приведенными в разделе 3. С другой стороны, для модели из [19] значения параметров оценивались при наименьших измеренных значениях рассеиваемой мощности. в каждом компоненте трансформаторов. На рисунке 7 представлены измеренные и рассчитанные формы сигналов температур T _W1 и T _C в тороидальном трансформаторе с сердечником RTP при рассеиваемой мощности P _W1 2.83 Вт в первичной обмотке.

Можно заметить, что нелинейная тепловая модель позволяет получить очень хорошее согласие между результатами расчетов и измерений. Напротив, значения рассматриваемых температур, полученные с использованием расчетов по линейной тепловой модели, были выше результатов измерений даже на 40 ° C.

На рисунке 8 показаны измеренные и рассчитанные формы колебаний температуры первичной обмотки T _W1 , вторичной обмотки T _W2 и сердечника T _C для трансформатора, содержащего RTN.Эти формы сигналов были получены, когда первичная обмотка испытываемого трансформатора возбуждалась одним прямоугольным импульсом с длительностью, равной 4000 с (рис. 8a) и 5000 с (рис. 8b). P _W1 составлял 1,05 Вт в случае, представленном на рисунке 8a, а P _W1 был равен 2,82 Вт в случае, представленном на рисунке 8b.

Как видно, очень хорошее согласие между результатами расчетов, выполненных с использованием CNTM, и измерений было достигнуто для обоих значений мощности, рассеиваемой в этом трансформаторе.Напротив, для линейной тепловой модели превышение температуры каждого компонента трансформатора над температурой окружающей среды было завышено на 10% при более низких значениях рассматриваемых мощностей и даже на 50% завышено для более высоких значений рассматриваемой рассеиваемой мощности.

На рисунке 9 показаны измеренные и рассчитанные формы сигналов температуры первичной обмотки T _W1 , вторичной обмотки T _W2 и сердечника T _C для трансформатора с RTF. Первичная обмотка возбуждалась одиночным прямоугольным импульсом длительностью 7000 с при P _W1 = 0.77 W. Анализируя кривые температуры сердечника T _C , первичной обмотки T _W1 и вторичной обмотки T _W2 , представленных на рисунке 9, можно заметить, что результаты расчетов, выполненных с помощью нелинейная тепловая модель обеспечила лучшее согласие с результатами измерений, чем результаты расчетов, полученные с помощью модели, описанной в [19]. Полученная разница между результатами расчетов, выполненных с использованием линейной тепловой модели, и результатами измерений составила 10%.На рисунке 10 представлены измеренные и рассчитанные формы сигналов температуры первичной обмотки T _W1 , температуры вторичной обмотки T _W2 и температуры сердечника T _C планарного трансформатора путем стимуляции первичной обмотки одним прямоугольный импульс длительностью 5500 с и P _W1 1 Вт (рисунок 10a) и одиночный прямоугольный импульс длительностью 5000 с и P _C 2 Вт (рисунок 10b).Как можно заметить, результаты расчетов с помощью нелинейной тепловой модели обеспечили лучшее согласие с результатами измерений, чем результаты расчетов, выполненных с помощью линейной тепловой модели. На рисунке 10а видно, что разница между осциллограммами температур T _W1 и T _C , полученными с использованием рассмотренных моделей, составила более 2 ° C. Наибольшая разница в результатах расчетов наблюдалась для температуры T _W2 .На рисунке 10b рассматриваемые различия были больше, чем в случае, представленном на рисунке 10a. Эти перепады доходили даже до 20 ° C. Когда мощность рассеивалась только в сердечнике, температуры обеих обмоток были почти одинаковыми. Представленные выше результаты измерений и расчетов соответствовали нетипичным ситуациям, когда мощность рассеивалась только на одном из компонентов трансформатора. На рисунках 11 и 12 представлены результаты измерений и расчетов кривых температуры компонентов выбранных трансформаторов, полученные в случае, когда мощность рассеивалась в обоих компонентах выбранных трансформаторов.На рисунке 11 показаны измеренные и рассчитанные кривые температуры первичной обмотки T _W1 , вторичной обмотки T _W2 и сердечника T _C для трансформатора, содержащего тороидальный ферритовый сердечник (RTF), когда он возбуждался рассеиваемой мощностью. одновременно в первичной и вторичной обмотках одним прямоугольным импульсом длительностью 4500 с (рис. 11а) и 5500 с (рис. 11б). P _W1 был равен 0,88 Вт, а P _W2 был равен 1 Вт в случае, представленном на рисунке 11a, тогда как P _W1 был равен 2.4 Вт и P _W2 было равно 2,7 Вт в случае, представленном на рисунке 11b. Анализируя кривые температуры сердечника и обмоток трансформатора, содержащего RTF (рисунок 11), легко заметить, что разница между результатами расчетов, выполненных с использованием линейной тепловой модели, и результатами измерений составляла до 20 °. С. Напротив, результаты расчетов, выполненных с использованием нелинейной тепловой модели, показали очень хорошее согласие с результатами измерений.Различия между результатами измерений и расчетов, выполненных с помощью линейной тепловой модели, были больше при более высоких мощностях, рассеиваемых в компонентах трансформатора. На рисунке 12 представлены рассчитанные и измеренные формы сигналов температур каждого компонента планарного трансформатора при одновременном воздействии на сердечник. и первичная обмотка с одиночным прямоугольным импульсом длительностью 4500 с, P _W1 2,3 Вт и P _C 2 Вт.

. Модель обеспечила лучшее согласие с результатами измерений, чем результаты расчетов, выполненных с помощью линейной тепловой модели.Наблюдаемые отличия результатов измерений от результатов расчетов, выполненных с помощью линейной тепловой модели, превышали даже 40 ° C, тогда как разница между результатами расчетов, выполненных с помощью нелинейной тепловой модели, и результатами измерений отсутствовала. более чем примерно на 5 ° C. Также стоит отметить, что в рассматриваемых условиях эксплуатации температура компонентов трансформатора была невысокой и не превышала 10 ° C.

Таблица 4 содержит значения максимальных погрешностей температур компонентов трансформаторов δ _TW1 , δ _TW2 и δ _TC , полученные с использованием CLTM и CNTM трансформатора, анализируемого в этом разделе.Из таблицы 4 ясно видно, что рассматриваемая относительная погрешность расчетов температур, полученных с помощью CLTM, достигла 48,8% для температуры первичной обмотки трансформатора с сердечником RTP, тогда как такая погрешность расчетов температуры первичной обмотки, полученной с помощью CNTM был равен 8,16% для того же трансформатора. Также стоит отметить, что величина относительной погрешности температур компонентов трансформаторов, полученная с помощью CNTM, не превышала 9% для всех рассмотренных трансформаторов, содержащих тороидальный сердечник из различных материалов.Также было замечено, что увеличение мощности, рассеиваемой в компонентах трансформатора, привело к увеличению значения относительной погрешности расчетов для обеих рассмотренных моделей.

5. Выводы

В статье описывается разработанный авторами новый CNTM импульсного трансформатора. Он позволяет определять кривые температуры сердечника и каждой обмотки. Расчеты проводились с учетом явления саморазогрева и взаимного теплового взаимодействия компонентов трансформатора.В нашей модели зависимости теплового и взаимного тепловых сопротивлений зависят от мощности, рассеиваемой в компонентах трансформатора. Предложенная модель была проверена экспериментально на трансформаторах, содержащих ферромагнитные сердечники различной формы и изготовленные из разных материалов. Также была продемонстрирована высокая точность этой модели и ее преимущество перед CLTM. Результаты расчетов и измерений, представленные в этой статье, также подтвердили, что мощность, рассеиваемая в компонентах трансформатора, в основном влияла на тепловое сопротивление, и ее влиянием на теплоемкость не учитывалось.

Также стоит отметить, что полученные различия значений температур компонентов трансформатора могут составлять 50 ° C. Столь большие различия оправдывают использование разных температур обмоток и сердечника в тепловой модели. Линейная тепловая модель позволяет получить хорошее согласие результатов расчетов и измерений только для очень малых мощностей, рассеиваемых в каждом элементе исследуемых трансформаторов. Нелинейная тепловая модель позволяет получить хорошее согласие результатов расчетов и измерений в широком диапазоне мощности, рассеиваемой в обмотках или сердечнике исследуемых трансформаторов, с учетом зависимости R _th от мощности.

Представленные результаты расчетов и измерений доказали, что предложенная в данной статье нелинейная тепловая модель импульсного трансформатора способна точно описывать динамические тепловые свойства трансформатора, включая сердечники различных размеров и форм, изготовленные из различных ферромагнитных материалов. Также было показано, что с помощью этой модели можно получить точные результаты расчетов при различных условиях рассеивания мощности в испытуемых трансформаторах.

Также стоит отметить, что предложенная модель универсальна и может быть полезна для различных типов трансформаторов, таких как планарные трансформаторы или трансформаторы с тороидальным сердечником.Кроме того, эта модель учитывает свойства материалов, из которых изготовлен сердечник. Самым большим преимуществом предложенной модели является ее простая структура и легкость реализации, например, в программе SPICE, которая широко используется разработчиками электронных схем. Кроме того, анализ, проводимый с помощью предложенной модели, не требует много времени, что очень важно с экономической точки зрения. Предложенная модель может быть использована для построения электротермических моделей трансформаторов, учитывающих нелинейность процесса теплоотвода.

CNTM импульсного трансформатора, предложенного в этой статье, может быть полезен при проектировании импульсных источников питания, а также может использоваться как компонент электротермической модели трансформаторов.

% PDF-1.4 % 504 0 объект > эндобдж xref 504 80 0000000016 00000 н. 0000002595 00000 н. 0000002742 00000 н. 0000003415 00000 н. 0000003458 00000 н. 0000003595 00000 н. 0000003749 00000 н. 0000003899 00000 н. 0000004262 00000 н. 0000004703 00000 н. 0000004753 00000 н. 0000004865 00000 н. 0000004979 00000 п. 0000005304 00000 н. 0000005703 00000 п. 0000006707 00000 н. 0000007160 00000 н. 0000007788 00000 н. 0000008317 00000 н. 0000008770 00000 н. 0000009281 00000 п. 0000009476 00000 п. 0000009788 00000 н. 0000010206 00000 п. 0000010708 00000 п. 0000010795 00000 п. 0000011080 00000 п. 0000011683 00000 п. 0000012401 00000 п. 0000012533 ​​00000 п. 0000013205 00000 п. 0000013826 00000 п. 0000014699 00000 п. 0000015528 00000 п. 0000016052 00000 п. 0000037135 00000 п. 0000037561 00000 п. 0000038451 00000 п. 0000043326 00000 п. 0000046427 00000 н. 0000047438 00000 п. 0000047768 00000 п. 0000048118 00000 п. 0000048411 00000 п. 0000055048 00000 н. Fe.0H #) 9wX) 4 ߦ (; (Pϔtuɴu] ‘܎ cFpӷ + {Ͷ = ~? 3ga ] o «YBAUuK ׈ ‘y {Wwd_2lj80qj» т6ғS кв (f% ĘΦ, 4 * [hA҄bpC% t «xDE + ȂYgt * 5}> ‘PDb0MјWx ה F * z> 񼌻ȏe7 ߹ iƳy \ jV Լ 6 A3r’ /

Анализ методом конечных элементов потерь на вихревые токи в импульсном трансформаторе

Wiesław YSKAWIŃSKI КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ АНАЛИЗ Вихревых потерь тока в импульсном преобразователе РЕЗЮМЕ В статье предложен алгоритм определения потерь мощности в импульсе <сильном > трансформатор используется в модели полевой цепи.S of tware на основе алгоритма используется для расчета вихревых текущих потерь и определения в < / strong> e КПД импульсного трансформатора . Вихревые потери мощности и КПД импульсного трансформатора для различных сопротивлений нагрузки, В положенных сигналов анализируются формы и длина центральной ветви сердечника.Показаны выбранные результаты моделирования. Ключевые слова: импульс трансформатор , вихревой ток потери , анализ МКЭ < / strong> 1. ВВЕДЕНИЕ Импульсные трансформаторы являются основными компонентами большинства электронных устройств, и они оказывают огромное влияние на их эффективность и надежность.Следовательно, соответствующая конструкция импульсного трансформатора должна быть направлена ​​на получение в в < / strong> gm in imum Веслав ЛЫСКАВЕНСКИЙ, Ph.D. Познаньский университет of Technology, Институт промышленного электротехнического института in eer in g, Электротехническое оборудование in < / strong> esDept, Piotrowo 3A, 60-965 Poznan, POLAND, tel.+ (48-61) 6652116, факс: + (48-61) 6652389, электронная почта: Wieslaw.Lyskaw in [email protected] ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА, выпуск 229, 2006 г.

Уменьшение размера и сложности изолированного драйвера синхронного затвора

Традиционный подход к проектированию изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный с синхронным выпрямлением включает использование оптопар или импульсных трансформаторов для изоляции и их сопряжения с ИС драйвера затвора.Эта статья проиллюстрирует ограничения оптопар и импульсных трансформаторов и представит более интегрированный подход, который имеет более высокую производительность и гораздо меньший размер и стоимость решения.

Импульсные трансформаторы

Использование импульсных трансформаторов для соединения сигналов низкого уровня, их изоляции и управления переключателями мощности дает преимущества, но имеет некоторые ограничения. Преимущество импульсного трансформатора в приложениях управления затвором заключается в том, что импульсный трансформатор можно использовать для повышения логического уровня с 3 В или 5 В до более высокого уровня напряжения 15 В или более, необходимого для управления затвором полевого МОП-транзистора.К сожалению, для управления схемами сильноточного синхронного выпрямителя может потребоваться отдельная микросхема драйвера сильноточного затвора. Еще один момент, который следует учитывать, и главный недостаток импульсных трансформаторов в приложениях драйверов затвора заключается в том, что они плохо обрабатывают сигналы с рабочим циклом более 50%. Это связано с тем, что трансформаторы могут подавать только сигналы переменного тока, поскольку магнитный поток сердечника необходимо сбрасывать каждые полупериод, чтобы поддерживать баланс вольт-секунда.

Еще одним недостатком импульсного трансформатора является потеря эффективности.Когда импульсный трансформатор используется для управления затвором полевого МОП-транзистора, трансформатор должен иметь положительный уровень, а затем отрицательный уровень, чтобы поддерживать баланс вольт-секунд. Энергия, используемая для перехода на отрицательный уровень, не используется для управления затвором полевого МОП-транзистора; затвор заряжается только положительным уровнем напряжения. Для типичного применения, где трансформатор приводится в действие положительным постоянным напряжением, блокирующий конденсатор постоянного тока подключается к входу трансформатора, а трансформатор приводится в действие положительным напряжением, равным ½ приложенного напряжения.Это означает, что отрицательное напряжение также составляет ½ приложенного напряжения, так что эффективность импульсного трансформатора снижается до 50%. Если к выходу трансформатора добавить драйвер затвора, общий КПД трансформатора и драйвера затвора больше не будет составлять 50%, но по-прежнему будет потеря эффективности только в импульсном трансформаторе не менее 50%.

Здесь было показано, что импульсный трансформатор в приложении драйвера затвора имеет недостатки, связанные с ограничением рабочего цикла, низким КПД и большим размером решения, что делает его нежелательным для приложений синхронного выпрямления высокой мощности и высокой плотности.

Оптопары

Использование оптопар в качестве драйвера затвора для синхронного выпрямления может дать некоторые преимущества по сравнению с импульсными трансформаторами, но использование оптопары сопряжено со своими проблемами. Оптрону не нужно поддерживать баланс вольт-секунд, как это делает импульсный трансформатор, поэтому у него нет такого же ограничения рабочего цикла, как у импульсного трансформатора. Но скорость отклика оптопары ограничена из-за емкости (обычно 60 пФ) первичного светоизлучающего диода (светодиода), и скорость диода до 1 МГц может быть ограничена задержкой его распространения (100 нс. макс) и время медленного нарастания и спада (макс 30 нс).

Основной проблемой при использовании оптопар для синхронных выпрямителей является количество вариаций синхронизации между каналами. Оптопары построены как дискретные устройства в пластиковом корпусе, и изменение от канала к каналу невозможно контролировать, как это может быть в интегрированном полупроводниковом процессе, поэтому согласование канала с каналом может быть большим (максимум 40 нс). В схеме синхронного выпрямления синхронизация между каналами должна строго контролироваться, чтобы помочь уменьшить мертвое время между выключением одного канала и включением другого канала, в противном случае эффективность будет снижаться по мере увеличения потерь на переключение.

Проектирование с использованием оптопар может быть сложной задачей из-за характера коэффициента передачи тока (CTR), который определяет отношение величины тока, который наблюдается на выходном транзисторе, к величине тока, необходимого для управления светодиодами. . На CTR влияют температура и старение, поэтому разработчику необходимо оценить изменение CTR в течение срока службы и температурного диапазона оптопары. Чтобы поддерживать CTR в рабочих условиях, ток, необходимый для возбуждения светодиода, может быть более 10 мА, что может быть слишком большим рассеянием мощности для высокоэффективных конструкций.

Кроме того, необходимы резисторы для смещения светодиода и фототранзисторов, а также требуется микросхема драйвера затвора для обеспечения высоких пиковых токов, которые оптопара не может обеспечить для источников питания синхронного выпрямителя большой мощности. Для современных компактных источников питания размер оптронной пары станет чрезмерно большим.

ADUM3220 4 Драйвер затвора

ADuM3220 был разработан для использования в качестве драйвера затвора на 4 А в изолированной системе для синхронного преобразования постоянного тока в постоянный.В традиционных решениях используются два изолятора и драйвер с двумя затворами. Как показано на рисунке 1, двойная микросхема драйвера затвора может быть соединена с двумя импульсными трансформаторами или двумя каналами оптопары, чтобы обеспечить довольно большой размер решения. Учитывая, что приложения для источников питания требуют большого количества энергии на небольшой площади, ADuM3220, как показано на рисунке 1, представляет собой решение, которое более чем на 50% меньше и является более интегрированным решением с меньшими затратами.

Рис. 1. Импульсный трансформатор, оптопара и драйвер затвора ADuM3220

Синхронное выпрямление использует N-канальные полевые МОП-транзисторы вместо диодов, чтобы уменьшить потери проводимости и повысить эффективность источников питания, где должны передаваться многие амперы тока.Реализация архитектуры синхронного преобразователя постоянного тока требует синхронизации переключения переключателей вторичных полевых МОП-транзисторов с переключателями первичных полевых МОП-транзисторов. На рисунке 2 показана прикладная схема ADuM3220 для изолированного синхронного преобразователя постоянного тока в постоянный с нерегулируемым выходным напряжением.

Рис. 2. Схема приложения ADuM3220 и временные диаграммы

Контроллер постоянного тока отправляет управляющие сигналы ШИМ на первичный и вторичный переключатели. Первичные переключатели Q1 и Q2 включаются в двухтактном режиме с перерывом перед синхронизацией для запуска двух первичных обмоток трансформатора T1, как показано на рис. 2 временных сигналов.Вторичную катушку T1 необходимо переключать синхронно с первичными катушками путем включения Q3 при включении Q1 и включения Q4 при включении Q2. Обратите внимание, что формы сигналов ШИМ Q3 ’и Q4’, если бы они были показаны, были бы продвинуты во времени на известную задержку распространения ADuM3220, так что Q3 и Q4 появляются во времени так, как должны. ADuM3220 имеет типичную задержку распространения всего 45 нс, которая включает задержку цифрового изолятора и задержку драйвера затвора. За счет интеграции драйвера затвора с изолятором определение задержки распространения становится более точным, что является преимуществом по сравнению с дискретными импульсными трансформаторами и оптопарами.

Когда переключение ШИМ выполняется на высокой частоте, управляющие сигналы ШИМ нуждаются в очень строгом контроле. Например, когда частота ШИМ находится на максимальной частоте переключения ADuM3220, равной 1 МГц, и используется рабочий цикл 50%, ширина импульса составляет 500 нс. При такой небольшой ширине импульса согласование между каналами ADuM3220 должно быть очень хорошим, чтобы обеспечить точное переключение. ADuM3220 имеет типичное межканальное согласование 1 нс с максимальным превышением температуры на 5 нс.Это точное согласование между каналами ADuM3220 помогает предотвратить перекрестную проводимость и защищает полевые МОП-транзисторы от повреждений, а также позволяет минимизировать мертвое время, чтобы снизить потери на переключение и повысить эффективность.

Далее мы рассмотрим приложения, в которых изолированная обратная связь используется для жесткого управления выходным напряжением, а рабочий цикл не будет фиксированным 50%, а будет изменяться для управления выходным напряжением. В этих приложениях, в то время, когда оба основных переключателя выключены, может быть желательно, чтобы переключатели Q3 и Q4 были включены одновременно, чтобы предотвратить проводку внутренних диодов Q3 и Q4, что было бы менее эффективно. .Схема приложения для ADuM3221, показанная на рисунке 3, представляет собой драйвер затвора на 4 А, который аналогичен ADuM3220, но не имеет логики управления без перекрытия, что позволяет одновременно включать Q3 и Q4. В отличие от ADuM3220, временная диаграмма драйвера затвора ADuM3221 с регулируемым выходом, показанная на рисунке 3, может позволить переключателям Q3 и Q4 проводить ток, когда Q1 и Q2 оба выключены.

Рис. 3. Схема приложения ADuM3221 с регулируемым выходом и временными диаграммами

Таким образом, для изолированных приложений синхронного преобразования постоянного тока в постоянный было показано, что ADuM3220 / ADuM3221 уменьшает размер решения более чем на 50%, снижает сложность конструкции за счет интеграции и обеспечивает значительно улучшенные временные характеристики по сравнению с импульсным трансформатором и оптопары.