Ma beszélek az ir2153-as tápegység impulzus transzformátorának kiszámításának és tekercselésének az eljárásáról.

A következő feladatom van: két transzformátorra van szükségem két szekunder tekerccsel, amelyek mindegyikének közepéről csap van. A szekunder tekercsek feszültségértékének + -50 V-nak kell lennie. Az áramerősség 3A lesz, amely 300W lesz.

Impulzustranszformátor kiszámítása.

Az induláshoz töltsön le egy impulzustranszformátor számítási programot, és indítsa el.

A konverziós sémát választjuk - félig híd. A kapcsoló tápegységétől függ. A cikkben az átalakítási séma félig híd.

A tápfeszültség állandó. Minimális \u003d 266 V, névleges \u003d 295 V, maximum \u003d 325 V.

A vezérlő típusát az ir2153 jelzi, a generációs frekvencia 50 kHz.

Kimeneti stabilizálás - nincs; kényszerhűtés - nincs.

A huzal átmérőjét, jelölje meg a rendelkezésre álló vezetéket. Nekem van 0,85 mm. Megjegyzés: nem a keresztmetszetet, hanem a huzal átmérőjét jelezzük.

Megjelenítjük az egyes szekunder tekercsek teljesítményét, valamint a rajtuk levő feszültséget, két tekercsben 50 V és 150 W teljesítményt jelöltem.

A helyesbítési séma bipoláris, középpontjával.

Az általam feltüntetett feszültségek (50 V) azt jelentik, hogy két másodlagos tekercsnek, amelyek mindegyikének van csapja a közepétől, és az egyenirányítás után + -50 V lesz a középponthoz képest. Sokan azt hitték volna, hogy 50 V-ot jeleznek, ami azt jelenti, hogy a nulla vonatkozásában mindkét karban 25 V lesz, nem! Mindegyik karban 50 V-ot fogunk kapni a középső huzalhoz képest.

Tekercselési impulzus transzformátor.

Tehát itt van a gyűrűm, amelynek méretei 40-24-20 mm.

Most el kell különíteni bizonyos dielektrikumokkal. Mindenki választja meg a saját dielektromos elemét, lehet lakk, rongyszigetelő szalag, üvegszál vagy akár ragasztószalag, amelyet jobb nem használni a transzformátorok tekercselésére. Azt mondják, ragasztószalag, korrodálja a huzal zománcát, ezt nem tudom megerősíteni, de találtam egy másik mínusz ragasztószalagot. Visszatekerés esetén a transzformátort nehéz szétszerelni, és az egész huzal ragasztószalagból tapad.

Mylar szalagot használok, amely magas hőmérsékleten nem olvad el polietilénként. És honnan szerezhető be ez a dakronos szalag? Ez egyszerű, ha vannak egy árnyékolt csavart érpár, akkor szétszerelve körülbelül 1,5 cm széles lavsan filmet kap. Ez a legideálisabb lehetőség, az dielektrikum gyönyörű és kiváló minőségű.

Ragasztószalaggal ragasztjuk a lavsanochka-t a maghoz, és kezdjük a körgyűrűt néhány rétegben tekercselni.

Az elsődleges tekercs következtetéseit megcsavarodott és összehangoltuk.

A következő lépés az, hogy ismét izoláljuk a dielektrikum néhány további rétegét.

Most kezdődik a legtöbb félreértés és sok kérdés. Hogyan szél? Egy vagy két vezeték? Ahhoz, hogy a tekercset egy vagy két rétegben tegyük?

Számításom során két szekunder tekercset kaptam egy középen lévő csappal. Minden tekercs 13 + 13 fordulatot tartalmaz.

Két maggal tekercselünk, az elsődleges tekercstel azonos irányba. Ennek eredményeként 4 következtetést kaptunk, amelyek közül kettő távozott és kettő következtetett.

Most összekapcsoljuk az egyik kimenő következtetést az egyik bejövő következtetéssel. A lényeg az, hogy ne zavarják össze, különben kiderül, hogy ugyanazt a vezetéket csatlakoztatja, vagyis bezárja az egyik tekercset. És indításkor a kapcsoló áramellátása megég.

Példák az átalakítási és helyesbítési rendszerekre. Néhány programbeviteli mezőre és néhány megjegyzésre szoruló számítási eredményre eszköztippek kerülnek.

A program részletei

1. A program fő munkája az „Optimalizálás” csoportban zajlik.
  Az automatikus számítás egy másik mag kiválasztásakor vagy bármilyen kezdeti adat megváltoztatásakor (az "Optimalizálás" csoporton kívül) történik, hogy kiindulási pontot kapjunk a transzformátor tekercselési adatainak optimalizálásához.

2. Az „Optimalizálás” csoportban, amikor az értékeket nyilakkal változtatja meg, az optimalizálás automatikusan elindul.
  De ha az új értéket „kézzel” írja be, akkor az optimalizálást ezzel a gombbal kell elindítani.

3. A PWM vezérlőknél a mikroáramkör fő oszcillátorának frekvenciájának felével megegyező frekvenciát kell beállítani. A fő oszcillátor impulzusai egymás után kerülnek a kimenetekre, tehát az egyes kimeneteknél (és a transzformátornál) a frekvencia kétszer alacsonyabb, mint a fő oszcillátor frekvenciája.
  Az IR2153 IC-k, és az IC-k ezen családjának hasonlói nem PWM vezérlők, és kimenetükön a frekvencia megegyezik a fő oszcillátor frekvenciájával.
Ne üldözzen magas frekvenciát. Magas frekvencián a tranzisztorok és a diódák kapcsolási vesztesége növekszik. Ezenkívül magas frekvencián a kis fordulat miatt a mágnesezési áram túl magas, ami nagy alapjárathoz vezet, és ennek következtében alacsony hatékonyságú.

4. Az ablaktöltési tényező jellemzi, hogy az ablaküveg mennyi részét foglalja el az összes tekercs rézje.

5. Az áram sűrűsége a hűtési körülményektől és a mag méretétől függ.
  A szabad hűtéshez válassza a 4-6 A / mm2 értéket.
  A szellőzés során az áram sűrűsége többet választhat, akár 8-10 A / mm2-ig.
  A nagy áramsűrűség megfelel a kis magoknak.
  A kényszerhűtéshez a megengedett áramsűrűség a hűtés intenzitásától függ.

6. Ha a kimeneti feszültség stabilizálását választotta, akkor az első kimenet a vezető. És hozzá kell rendelni egy olyan kimenetet, amely a legnagyobb fogyasztású.
  A fennmaradó outputokat először számoljuk.
  Az összes kimenet valódi stabilizálásához csoportos stabilizációs induktorokat kell használni.

7. Unipoláris egyenirányítás esetén, a nagyobb rézfogyasztás ellenére, az átlagos ponttal rendelkező egyenirányítási séma előnyös, mivel két dióda vesztesége kétszeresére lesz kevesebb, mint egy hídáramkör négy diódájára.

8. Az indukciós induktor megfelelő működéséhez az egyenirányítóban a diódák után nem szabad kondenzátorokat elhelyezni az induktor előtt! Még egy kis címlet.

9. A tekercselések számának eredményeiben a tekercselések szerszámtípusai kerülnek a tekercselés által elfoglalt rétegek számára.

10. A tekercselések vezetékének számánál a számítási eredményekben a tekercsben lévő áramsűrűségű szerszámcsúcsokat helyezzük el.

Tápegységek push-pull, híd és fél híd feszültség-átalakítóinak push-pull impulzus transzformátorainak kiszámítására tervezett szoftver.

Az Lite-CalcIT fő előnyei közül érdemes megemlíteni egy kényelmes és intuitív grafikus felületet, a vizsgált elektromágneses eszközök különféle jellemzőinek figyelését és elszámolását, valamint meglehetősen megbízható eredmények kialakítását.

A vizsgált szoftver lehetővé teszi a tekercselő huzalok átmérőinek kiszámítását (figyelembe véve a bőrhatást - a vezetőberendezésbe behatoló áram mélységét egy adott frekvencián), a mágneses áramkörben fellépő energiaveszteséget, a transzformátor tekercseinek fordulatszámát és teljes teljesítményét, az elsődleges tekercs mágnesezési áramát és annak induktivitását, valamint a mágneses kör túlmelegedését. valamint még sok más. Az Lite-CalcIT fontos jellemzője az egyenirányítási séma kiválasztásának képessége és a különféle PWM vezérlő opciók elérhetősége: TL494, SG3525, IR2153 és hasonlók. A transzformátor hűtésére kétféle módon van lehetőség: kényszer és természetes. A mag alakja lehet E, ER, EI, ETD vagy R típusú, emellett a mágneses magok feltöltése megtörténik. Az egyéb minták termékeire vonatkozó adatokat a gyártó dokumentációja szerint függetlenül kell megadni. Amikor új magot ad hozzá a kombinált dobozhoz, a program automatikusan hozzáfűzi a formanyomtatványt és az anyag nevét a nevéhez. A Lite-CalcIT egy transzformátor legfeljebb négy másodlagos tekercsének kiszámítását javasolja, és minden egyes szekunder tekercshez az ábrákkal összhangban meg kell jelölni a saját egyenirányítási rendszerét. A munka eredményeinek megjelenítésekor ez a szoftver nemcsak a huzalok átmérőjét adja meg, hanem azt is, hogy hány magot kell betekerni ezekkel a vezetékekkel. Ha van egy bipoláris ellátás középpontjával, akkor az egyes karok fordulatszámát a “+” jel mutatja.

Az egyes számítási eredményekre és a beviteli mezőkre az eszköztippek kerülnek. Ezen túlmenően, ha számos paraméter meghaladja az ésszerű határértékeket (például magfűtés), akkor ez a szoftver figyelmezteti a felhasználót erre és függetlenül korlátozza a beállított értékek számát. A program újraindításakor az előző számításból származó összes adat elmentésre kerül.

Ez a szoftver a ExcellentIT egyszerűsített verziója, és azok számára alkalmas, akik nem akarnak szórakozni sok különféle paraméterrel (amelyek alapértelmezés szerint átlagolódnak). Ennek következménye azonban egy nagyobb számítási hiba. A fő különbség a teljes verzióhoz képest a kimeneti induktor induktivitásának kiszámításának képessége, valamint a munka eredményeinek mentése, betöltése és kinyomtatása szempontjából. A Lite-CalcIT-szel végzett munka során ne felejtsük el, hogy a huzal átmérője a lakknál nagyobb lesz, mint a réznél megadott átmérő.

A szoftver szerzője Vladimir Denisenko, a Pszkov városában élő hazai programozó. A ExcellentIT és Lite-CalcIT mellett számos más programot írt a különféle eszközök tekercselési összetevőinek meghatározására: Booster (élesítve a fokozatos és fokozatos impulzus stabilizátorok kiszámításához), Forward (előre hurkolt egyfázisú transzformátorok) és Flyback (fordított fojtó transzformátorok). A szerző követi a felhasználók kívánságait és folyamatosan módosítja a fenti szoftvert. Programjai nemcsak a volt Szovjetunió országaiban, hanem külföldön is híressé váltak.

A Lite-CalcIT ingyenes. Telepítés a telepítés során nem szükséges.

A figyelembe vett impulzus transzformátor számológép interfész nyelve orosz.

A program mérete kevesebb, mint 1 MB. Munkaplatform - operációs rendszerek Microsoft Windows XP, Vista és 7 (a funkcionalitás 32-bites és 64-bites verziókban tesztelve). Az Lite-CalcIT Linux környezetben is működik, amikor a Wine alatt indítják.

letöltés:    (letöltések: 953)

Program terjesztése:ingyenes

A megfelelően megtervezett push-pull konverterben nincs közvetlen áram a tekercselésen keresztül és a mag mágnesezése.
  Ez lehetővé teszi a teljes mágnesezési fordítási ciklus használatát és a maximális teljesítmény elérését. Mivel a transzformátornak sok egymástól függő paramétere van, a számítást lépésekben hajtjuk végre, szükség esetén meghatározva a forrásadatokat.

1. Hogyan lehet meghatározni a fordulatok számát és a teljesítményt?

A tekercselés nem túlmelegedésének feltételeként kapott teljes teljesítmény:

Pgab \u003d S o S cf B m / 150 (1)

ahol: P gab   - teljesítmény, W; S c- a mágneses áramkör keresztmetszeti területe, cm 2; Tehát o   - a mag ablakterülete, cm 2; f   - az oszcillációk gyakorisága, Hz; B m \u003d 0,25 T   - a háztartási nikkel-mangán ferritek indukciójának megengedett értéke legfeljebb 100 kHz frekvencián.

A transzformátor maximális teljesítményét a teljes 80% -án választják meg:

P max \u003d 0,8 P gab (2)

Az elsődleges tekercs minimális fordulata n 1   a tekercs maximális feszültsége határozza meg U m   és megengedett mag indukció bm:

n \u003d (0,25–104 U m) / (f B m S c) (3)

Az áram sűrűsége a tekercsben j   300 W-ig terjedő transzformátorok esetén 3..5 A / mm2-t fogadunk el (a nagyobb teljesítmény kevesebbnek felel meg
érték). A huzal átmérőjét mm-ben a következő képlettel kell kiszámítani:

d \u003d 1,13 ⋅ (I / j) 1/2 (4)

ahol   én- tényleges tekercsáram A.

1. példa:

Az ultrahangos telepítéshez 30..40 watt teljesítményű fokozatos transzformátorra van szükség. A primer tekercs feszültsége szinuszos, tényleges értékkel U eff   \u003d 100 V és 30 kHz frekvencia.

Válasszon egy K28x16x9 ferritgyűrűt.
  Keresztmetszeti területe: Sc \u003d (D - d) ⋅ h / 2 \u003d (2,8 - 1,6) ⋅ 0,9 / 2 \u003d 0,54 cm 2
  Ablak területe:   Tehát \u003d (d / 2) 2 π \u003d (1,6 / 2) 2 π \u003d 2 cm 2

Teljes teljesítmény: Pgab \u003d 0,54 ⋅ 2 ⋅ 30 ⋅ 10 3 ⋅ 0,25 / 150 \u003d 54 W
  Maximális teljesítmény: Pmax \u003d 0,8 ⋅ 54 \u003d 43,2 W

A tekercs maximális feszültsége: Um \u003d 1,41 ⋅ 100 \u003d 141 V
  Fordulók száma:   n 1 \u003d 0,25 ⋅10 4 ⋅ 141 / (30 ⋅ 10 3 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54) \u003d 87
  Volt fordulatok száma: n 0 \u003d 87/100 \u003d 0,87

Az elsődleges áram tényleges értéke: I \u003d P / U \u003d 40/100 \u003d 0,4 A
  Az áram sűrűsége 5 A / mm2. Ezután a huzal átmérője a réz számára: d \u003d 1,13 ⋅ (0,4 / 5) 1/2 \u003d 0,31 mm

2. Hogyan lehet tisztázni az aktuális sűrűséget?

Ha kis teljesítményű transzformátort készítünk, akkor játszhatunk az aktuális sűrűséggel és vékonyabb vezetékeket választhatunk, a túlmelegedés félelme nélkül. Az Eranosyan könyvében ezt a tablettát a következőképpen adják:

Miért függ az áramsűrűség a transzformátor teljesítményétől?
  A kibocsátott hőmennyiség megegyezik a huzal térfogata szerinti fajlagos veszteségek szorzatával. A szétszórt hőmennyiség arányos a tekercs területével és annak és a közeg hőmérsékleti különbségével. A transzformátor méretének növekedésével a térfogat gyorsabban nő, mint a terület, és ugyanazon túlmelegedés érdekében csökkenteni kell a fajlagos veszteségeket és az áramsűrűséget. 4..5 kVA teljesítményű transzformátorok esetén az áramsűrűség nem haladja meg az 1..2 A / mm2 értéket.

3. Hogyan lehet tisztázni az elsődleges tekercs fordulásának számát?

Az elsődleges tekercs fordulásának számának ismerete n   kiszámoljuk annak induktivitását. Egy toroid esetében a következő képlet határozza meg:

L \u003d μ 0 μS n 2 / l a-val (5)

Hol van a négyzet   S-valm 2-ben megadva, a mágneses vonal átlagos hosszát l a   m-ben, induktivitás GN-ben, μ 0 \u003d 4π ⋅ 10 -7   GN / m a mágneses állandó.

A mérnöki változatban ez a képlet így néz ki:

L \u003d A L n 2   (5A) n \u003d (L / A L) 1/2   (5B)

tényező A l   és teljesítmény paraméter S o S c   egyes gyűrűtípusok esetében a 2. táblázat látható:

Ahhoz, hogy a transzformátor megfelelő eszközként működjön, a feltételnek teljesülnie kell:

L\u003e (4 .. 10) R / (2 π f perc) (6)

ahol L   - induktivitás GN-ben, R \u003d U 2 eff / P n   csökkentve a primer tekercs Ohm terhelési ellenállásáig,
f perc   - minimális frekvencia Hz.

Két kulcs áramlik a kulcs konverterekben az elsődleges tekercsben, egy téglalap alakú terhelési áram I ol \u003d U m / R   és háromszög áram
mágnesezés $$ I_T \u003d (1 \\ L felett) \\ int_0 ^ (T / 2) U_1 dt \u003d (T \\ 2L felett) U_m $$

Normál működéshez a háromszög alakú elem értéke nem haladhatja meg a téglalap 10% -át, azaz

L\u003e 5 R / f (7)

Ha szükséges, növelje meg a fordulók számát, vagy alkalmazzon nagyobb ferritet μ . Nem tanácsos túlbecsülni a tekercsben a fordulások számát. A fordulóközi kapacitás növekedése miatt rezonáns rezgések léphetnek fel a működési frekvencián. A kiválasztott ferritnek elegendő maximális indukcióval és alacsony veszteségekkel kell rendelkeznie a munkafrekvencia-sávban. Általános szabály, hogy alacsony frekvenciákon (legfeljebb 1 MHz) ferritek μ   \u003d 1000 .. 6000, és rádiófrekvenciákon kell használni μ = 50 .. 400.

2. példa:

Az 1. példa szerinti transzformátort egy 2000 NM nikkel-mangán ferrit K28x16x9 gyűrűre tekercseljük, mágneses áteresztőképességgel μ = 2000.
  Terhelhetőség P \u003d 40 W, effektív primer feszültség Ueff \u003d 100 V, f frekvencia \u003d 30 kHz.
  Pontosítsa a fordulók számát.

Csökkentett terhelési ellenállás: R \u003d 100 2/40 \u003d 250 Ohm
  A mágneses áramkör keresztmetszeti területe: Sc \u003d 0,54 cm2 \u003d 0,54 x 10-4 m2
  A mágneses vonal átlagos hossza: la \u003d π (D + d) / 2 \u003d π (2,8 + 1,6) ⋅10 -2 / 2 \u003d 6,9 ⋅ 10 -2 m
  Induktív együttható: A L \u003d 4 π 10 -7 2000 0,54 10 -4 / 6,9 10 -2 \u003d 1963 nH / vit2

Minimális primer induktivitás: L \u003d 10 \u003d 250 / (2π \u003d 3 \u003d 10 4) \u003d 13,3 mH
  Fordulók száma:   n \u003d (13,3 ⋅ 10 -3 / 1,963 ⋅ 10 -6) 1/2 \u003d 82   Még kisebb, mint az előzőleg kiszámították.   n min \u003d 87.
  Így a megfelelő induktivitás feltétele teljesül, és a tekercsben a fordulások száma n \u003d 87.

4. Milyen ferriteket lehet használni és miért?

Mint tudod, a transzformátorban lévő mag elektromágneses energia csomópontjaként működik. Magasabb megengedett indukció B   és a mágneses permeabilitás μ, annál nagyobb az átvitt energia sűrűsége és annál kompaktabb a transzformátor. Az úgynevezett mágneses permeabilitás a legnagyobb. ferromágnesek - különféle vas-, nikkel- és más fémek vegyületei.

Két nagyságrend írja le a mágneses teret: a H intenzitás (arányos a tekercselési árammal) és a B mágneses indukció (jellemzi a mező erőhatását az anyagban). A B és a H kapcsolatát az anyag mágnesezési görbévé nevezzük. A ferromágnesekben érdekes tulajdonsága van - hiszterézis (görög: lemaradás) -, amikor a hatás azonnali reakciója a háttérétől függ.

A nullpontból való kilépés után (ezt a szekciót a fő mágnesezési görbenek hívják) a mezők egy bizonyos zárt görbén (úgynevezett hiszterézis hurok) indulnak. A jellegzetes pontokat a görbe telítettség indukcióján Bs, a maradék indukciót B r és a kényszerítő erőt Hc-nál kell meghatározni.

1. ábra A ferritek mágneses tulajdonságai. A bal oldalon a hiszterézis hurok alakja és paraméterei vannak. A jobb oldalon az 1500НМ3 ferrit fő mágnesezési görbéje különböző hőmérsékleteken és frekvenciákon: 1 - 20 kHz, 2 - 50 kHz, 3 - 100 kHz.

Ezen mennyiségek értékei szerint a ferromágneseket általában kemény és lágy részekre osztják. Az előbbiek széles, majdnem téglalap alakú hiszterézis hurokkal rendelkeznek, és jóak az állandó mágnesek számára. És a keskeny hurkú anyagokat használják a transzformátorokban. A helyzet az, hogy a transzformátor magjában kétféle veszteség van: elektromos és mágneses. Az elektromos (a Foucault örvényáramok gerjesztésére) arányosak az anyag vezetőképességével és frekvenciájával, de a mágnesesek kisebbek, annál kisebb a hiszterézis hurok területe.

A ferritek vasoxidok vagy más ferromágnesek sajtolt porjai, amelyek kerámia kötőanyaggal vannak elcsiszolva. Egy ilyen keverék két ellentétes tulajdonságot egyesít - a vas magas mágneses permeabilitását és az oxidok alacsony vezetőképességét. Ez minimalizálja mind az elektromos, mind a mágneses veszteségeket, és lehetővé teszi a transzformátorok magas frekvencián történő működtetését. A ferritek frekvenciajellemzőit az fc kritikus frekvencia jellemzi, amelynél a veszteségi tangens eléri a 0,1-et. Termikus - Curie-hőmérséklet T s, amelynél a μ 1-re csökken.

A háztartási ferriteket a kezdeti mágneses permeabilitást jelző számok, valamint a frekvenciatartományt és az anyag típusát jelző betűk jelzik.
  A leggyakoribb alacsony frekvenciájú nikkel-cink ferrit, amelyet HH betűk jelölnek. Kis vezetőképessége és viszonylag magas fc frekvenciája. De nagy mágneses veszteségei és alacsony Curie-hőmérséklete vannak.
  A nikkel-mangán-ferrit NM jelöléssel rendelkezik. Vezetőképessége nagyobb, ezért f c alacsony. De a mágneses veszteség kicsi, a Curie hőmérséklete magasabb, kevésbé fél a mechanikai ütésektől.
  A ferritek jelölésében néha további 1, 2 vagy 3 számot adnak. Általában minél magasabb, annál inkább hőmérsékleten stabil ferrit van.

Melyek a ferrit márkák a legérdekesebbek számunkra?

Az átalakítási technológia szempontjából a hőstabil 1500NM3 ferrit fc \u003d 1,5 MHz, Bs \u003d 0,35..0,4 T és Tc \u003d 200 хорош jó.

Speciális alkalmazásokhoz előállítják a 2000NM3 ferritt normalizált deaktivációval (a mágneses permeabilitás ideiglenes stabilitása). Fc \u003d 0,5 MHz, Bs \u003d 0,35..0,4 T, és Tc \u003d 200 ℃.

Az NMS sorozat ferriteit fejlesztették ki nagy teljesítményű és kompakt transzformátorokhoz. Például 2500NMS1, Bs \u003d 0,45 T, és 2500NMS2, Bs \u003d 0,47 T. Kritikus frekvenciájuk fc \u003d 0,4 MHz, a Curie hőmérséklete pedig Tc\u003e 200 ℃.

Ami a megengedett B m indukciót illeti, ez a paraméter állítható és az irodalomban nem szabványosított. Előzetesen figyelembe véve B m \u003d 0,75 V s min. Nikkel-mangán ferritek esetén ez körülbelül 0,25 T. Mivel a B s esik emelt hőmérsékleten és az öregedés miatt, kritikus esetekben jobb, ha biztonságosan játssza le, és B m-t 0,2 T-re csökkenti.

A közönséges ferritek fő paramétereit a 3. táblázat foglalja össze.

5. Mennyire meleg a mag?

Mágneses veszteségek.

A kritikus fc-nél alacsonyabb frekvencián az energiaveszteség a mágnesben főleg a mágnesezés fordított veszteségeiből áll, és az örvényáram elhanyagolható.
  A tapasztalatok és az elmélet azt mutatják, hogy a térfogat (vagy tömeg) egységnyi vesztesége egy mágnesezési fordítási ciklusban közvetlenül arányos
  hiszterézis hurok területe. Ezért a mágneses veszteség ereje:

P H \u003d P 0 ⋅ V ⋅ f (8)

ahol P 0   - térfogati egységnyi fajlagos veszteség (frekvencián mérve) f 0   indukcióval B 0) ,   V- a minta mennyisége.

A gyakoriság növekedésével azonban a telítettség indukciója csökken, a hiszterézis hurok deformálódik, és a veszteségek növekednek. E tényezők figyelembevétele érdekében Steinmetz (C. P. Steinmetz, 1890-1892) empirikus képletet javasolt:

P H \u003d P 1 ⋅ m ⋅ (f / f 1) α (B / B 1) β (9)

Egyetértett abban f 1 \u003d 1 kHz, B 1 \u003d 1 T; érték P 1, α, β   jelölje meg a könyvtárban.

Vörösréz veszteségek

P M1 \u003d I 2 eff (ρ / Sm) ((D - d) + 2h) ⋅ n 1 (10)

ahol Én eff   - effektív áram, D - külső, d - a gyűrű belső átmérője, h - magassága méterben; n 1 a fordulók száma; sm   - huzal keresztmetszete, mm 2-ben; ρ \u003d 0,018 Ohm ⋅ mm 2 / m réz ellenállása.

Teljes veszteség minden tekercsnél magasabb környezeti hőmérsékleten:

P M \u003d (P M1 + P M2 + ..) (1 + 0,004 (T-25 ° C)) (11)

Teljes veszteség a transzformátorban.

Becsült túlmelegedési hőmérséklet természetes konvekcióval:

ΔT \u003d P Σ / (α m Scohl) (13)

Ahol α m \u003d (10..15) -4 W / cm 2 o C, Scohl \u003d π / 2 (D 2 - d 2) + π h (D + d)

3. példa:

Az 1. és 2. példából a transzformátor veszteségeit találjuk. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy a szekunder és a primer tekercsek azonosak. Hatékony áram
  primer tekercs Ieff \u003d 0,4 A. A primer tekercs rézvesztesége P M1 \u003d 0,4 2 (0,018 / 0,08) (28-16 + 18) ⋅ 10-3 ⋅ 87 0,1 W.
  Mindkét tekercs rézvesztesége: P M \u003d 0,2 W.

A ferrit 2000NM referenciaadatai szerint P 1 \u003d 32 W / kg, α \u003d 1,2, β \u003d 2,4,   A K28x16x9 mag tömege 20 gramm.
  Ferrit veszteségek: P H \u003d 32 (30/1) 1,2 (0,25 / 1) 2,4 ⋅ 20 ⋅ 10 -3 \u003d 1,36 W

Teljes veszteség a transzformátorban:   P \u003d 1,56 W. Becsült hatékonyság \u003d (40 - 1,56) / 40 ⋅ 100% 96%

6. Hogyan lehet figyelembe venni a transzformátor tehetetlenségi tulajdonságait?

A 2. ábrán. látható. Ez magában foglalja a forrás impedanciáját r i   csökkent terhelési ellenállás R \u003d n 2 R n   vagy R \u003d P n / U 2 eff   ahol   n \u003d U 1 / U 2   - transzformációs arány, U eff   - a primer tekercs tényleges feszültsége.

A transzformátor tehetetlenségi tulajdonságai meghatározzák a kis szivárgás induktivitást L smágnesezési induktivitás L μ   (majdnem megegyezik az elsődleges induktivitással L 1), párhuzamos tekercselési képesség P   (úgynevezett dinamikus kapacitás) és soros kapacitás a tekercsek között C p.

Hogyan értékeljük őket?

L 1   az (5) képlettel számítva vagy kísérletileg mérve.
  A szórt induktivitás nagyságrend szerint egyenlő: L s ~ \u200b\u200bL 1 / μ. kapacitás P   körülbelül 1 pF fordulatonként.

A transzformátor úgy működik, mint egy sávszűrő. Alacsony frekvenciákon egy kivágási frekvenciájú HPF ω n \u003d R / L μ.
  Magas frekvenciákon az elemek L s   és C p   aluláteresztő szűrőt képezzen határfrekvenciával ω in ≈ (L s C p) -1/2.
  Sorozat kapacitása C p   nem nagyszerű és gyakorlatilag nem befolyásolja a munkát.

A modellnek két jellemző rezonanciája van.

Alacsony frekvencia (mágnesezési rezonancia) párhuzamos áramkörben L μ C p
  Gyakorisága f μ (1/2 π) ⋅ (L μ C p) -1/2   , és a minőségi tényező Q μ (r i || R) ⋅ (L μ / C p) -1/2 (14)

Nagyfrekvenciás (szórási rezonancia) az áramkörben, amelyet: L s   és C p.
  Gyakorisága fs (1/2 π) ⋅ (L s C p) -1/2   , és a minőségi tényező Q s (L s / C p) 1/2 / r i. (15)

Hogyan befolyásolják ezek a rezonanciák?

A transzformátor frekvenciavála hasonló a sávszűrő frekvenciaválaszához, de a felső széle rezonanciát mutat f s   jellegzetes csúcsot ad.
Az impulzusokra adott válasz a forrás beillesztésétől és az ellenállás értékeitől függ.
  A forrás kis belső ellenállásával r i   csak a rezonancia jelenik meg f s   egy jellegzetes "csengés" formájában az impulzusok fronton.
  Ha a forrást egy kulcson keresztül csatlakoztatják, akkor amikor kinyílik, intenzív oszcillációk frekvenciával f μ

3. ábra Példa a transzformátor frekvencia-válaszára és tranziensre. Ennek egyenértékű áramköre az alábbiakban látható a 4. ábrán.

7. Az impulzus transzformátor paramétereinek kísérleti mérése.

A mintához 3000 NM ferritgyűrűt vettünk K10x6x2 méretben. Az elsődleges tekercs 21 fordulat, a másodlagos 14, az átalakítási együttható n \u003d 1,5, a terhelési ellenállás 4,7 kOhm, a forrás egy négyszögletű impulzusgenerátor volt a TTL áramkörökben, 6 V szinttel, 1 MHz frekvenciával és belső ellenállással r i 200 ohm.

Az elméleti paramétereket kiszámoljuk:
S c \u003d 4 × 10 -6 m 2   , la \u003d 25,13 ⋅ 10 -3 m, A L Elmélet \u003d 600 nH / Vit 2 , L 1 magasság \u003d 0,6 ⋅ 21 2 \u003d 265 μH , Ls theor 265/3000 \u003d 0,09 μH , P értékkel a 21 + 14 tétel \u003d 35 pF.
  Csökkentett terhelési ellenállás R \u003d n 2 Rn \u003d 2,25 ⋅ 4,7 ~ 10 kOhm.

Az AKIP-6107 készülék induktivitásmérésének eredményei:
L 1 \u003d 269 μH , L 2 \u003d 118 μH   lerövidítve a másodlagos tekercset kapunk 2Ls \u003d 6,8 μH, amely két nagyságrenddel magasabb, mint a becslési elmélete.

A Cp dinamikus kapacitást a (15) képlettel lehet becsülni, ha négyszögletű impulzusokat alkalmaznak a transzformátorra, és oszcilloszkóp segítségével megmérik a „csengés” oszcillációs periódusát a szekunder tekercs kimeneti impulzus fronton. Az fs csengetési frekvencia 18,5 MHz-re vált, ami 21 pF CP-t ad, és jó egyezést mutat az elméleti becsléssel.
  A kísérlettel összehasonlítva az LT Spice programban a mért paraméterekkel egyenértékű áramkört szimuláltuk.

4. ábra Transzformátor modell. Vout - csökkentett feszültség, az aktuális n-szer kevesebb lesz.

5. ábra A kísérlet eredményei. A függőleges skála skálája osztásonként 1 volt.

Tehát egy modell, amely a mérten alapul L μ, L s és C p   teljesen összhangban van a kísérlettel.
  Kisebb gyűrűk esetén 1 pF fordulat / kapacitás kapacitás elméleti becslése elfogadható, de a szivárgás induktivitásának becslése két nagyságrenddel eltér a ténylegestől. Könnyebb a tapasztalatok alapján meghatározni.

1. függelék. A fordulatok számának kiszámítása.

Feszültség alkalmazásakor U   Az EMF indukció megjelenik a tekercsen E:   U \u003d -E \u003d n Sc dB / dt

Szinuszos feszültséghez amplitúdóval   um: Um \u003d n Sc ω Bm

Ahol a fordulók száma n \u003d Um / (Sc ω Bm)

A körfrekvencia kifejezésével a szokásos módon és a területtel cm2-ben kapjuk a mérnöki képletet: n \u003d 0,16 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Téglalap feszültségre um: dB \u003d dt Um / (n Sc)

Ha idővel 0-tól T / 2-ig integrálunk, és figyelembe vesszük, hogy az időtartam felében a mező -Bm-ről + Bm-re változik, akkor kapjuk: 2Bm \u003d (T / 2) Um / (n Sc)

A periódust gyakorisággal és a területtel cm2-ben kifejezve megkapjuk a mérnöki képletet: n \u003d 0,25 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Mindkét esetben alkalmas.

2. függelék: A transzformátor teljes teljesítményének képletének levezetése

A Faraday elektromágneses indukció törvénye szerint a tekercs feszültsége és a mágneses indukció változása közötti kapcsolat:

  U dt \u003d n Sc dB

Idővel 0-tól T / 2-ig az indukció -Bm-ről + Bm-re változik, ezekbe a korlátokba integrálódva:

U cf \u003d 4 n Sc Bm f

Hol: $$ U_ (cp) \u003d (2 \\ T felett) \\ int_0 ^ (T / 2) U dt $$

De a műszerek nem az átlagot, hanem a tényleges feszültséget mérik, amely egyenértékű állandó energiával. A közepes és a jelen kapcsolat
  a feszültség adja meg az alakhatást f \u003d U eff / U vö. A meandernél ez 1, a 1,11 szinusznál.
  Ezért a tekercs tényleges feszültsége:

U eff \u003d 4 k f n Sc Bm f

Az összteljesítményt a következő szempontok alapján becsüljük meg. Az f frekvencia nem nagy, az örvényáram és a mágnesezés visszafordulási vesztesége kicsi, és az energia
  korlátozza a tekercs túlmelegedése. Ezt a j legnagyobb áramsűrűség határozza meg, amely mindkét tekercsnél azonos.
  Az összteljesítményt a primer és a másodlagos tekercsek teljesítményének felére határozzuk meg.

Phab \u003d (P 1 + P 2) / 2 \u003d (U eff1 I 1 + U eff2 I 2) / 2 \u003d j (S 1 n 1 + S 2 n 2) 4 k f Sc Bm / 2   ahol S 1 és S 2 az elsődleges és a másodlagos tekercs tekercsének területe.

Ezt a réz Sm területére lehet írni:

Phab \u003d 2 k f f Sc Sm Bm j

A rézterület az σ \u003d Sm / S 0 ablaktöltési tényezővel van társítva.
  A Sigma egy bizonyos empirikus együttható, amely legalább egyrétegű tekercsnél 0,15 és többrétegű tekercsnél legfeljebb 0,4 (többé nem felel meg).
  Ennek eredményeként a képlet a következőképpen alakul:

Phab \u003d 2 k f σ f Sc S 0 Bm j

Minden érték itt található SI-ben.

Tegyük fel, hogy a feszültség kanyargós alakú, k f \u003d 1. A j \u003d 2,2 A / mm 2 áram sűrűségének kiválasztása,
  kitöltési tényező σ \u003d 0,15, kifejezve a területet cm2-ben, Bm-ben T, frekvenciát Hz-ben, a számítási képletet kapjuk:

Pgab \u003d ScS 0 f Bm / 150

Mint láthatja, ez a képlet nagy különbséggel származik, valóban lehetséges nagy teljesítmény elérése a transzformátorból.

Irodalom.

1. Kosenko S. „Impulzustranszformátor tolóhúzó konverterének kiszámítása” // Rádió, 4. szám, 2005, p. 35–37, 44.
2. Eranosyan S. A. Hálózati tápegységek magas frekvenciaváltókkal. - L .: Energoatomizdat. Leningrádban. Osztály, 1991, - 176 s: beteg.
3. Kotenev S. V., Evseev A. N. A toroid transzformátorok és fojtók kiszámítása és optimalizálása. - M .: Hotline-Telecom, 2013. - 359 o .: Ill.
4. Petrov A. "Induktív elemek, induktorok, transzformátorok" // Rádióamatőr, 1995. 12. szám, 10–11.
5. Mihhailova M.M., Filippov V.V., Muslakov V.P. Puha mágneses ferritek elektronikus berendezésekhez. Referencia könyv. - M .: Rádió és kommunikáció, 1983. - 200 p., Ill.
6.   A gyűrűs magok kiszámított geometriai paraméterei.
7. B.Yu.Semenov. Erőteljes elektronika amatőrök és szakemberek számára. M .: Solon-R, 2001. - 327 p. : iszap

Szükség volt egy erős tápegységre. Az én esetemben két mágneses mag van, páncél-szalag és toroid. Páncél típusa: ShL32h50 (72h18). Toroid típus: OL70 / 110-60.

KEZDŐI ADATOK egy toroid mágneses áramkörrel rendelkező transzformátor kiszámításához:

• primer tekercselő feszültség, U1 \u003d 220 V;
• másodlagos feszültség, U2 \u003d 36 V;
• szekunder áram, l2 \u003d 4 A;
• a mag külső átmérője, D \u003d 110 mm;
• mag belső átmérője, d \u003d 68 mm;
• magmagasság, h \u003d 60 mm.

A ШЛ32х50 (72х18) típusú mágneses áramkörrel ellátott transzformátor kiszámítása azt mutatta, hogy a mag képes 36 V feszültséget adni 4 amper áramerősséggel, de előfordulhat, hogy a szekunder tekercset nem lehet megcélozni, mert az ablaktábla nem elég nagy. Folytatjuk az OL70 / 110-60 típusú mágneses áramkörű transzformátor kiszámítását.

A szoftver (on-line) számítás lehetővé teszi a kísérlethez, hogy kísérletezzen a paraméterekkel, és csökkentse a fejlesztési időt. Az alábbiakban felsorolt \u200b\u200bképletekkel is számolhat. A program bemeneti és számítási mezőinek leírása: világoskék mező - kezdeti adatok a számításhoz, sárga mező - az adatok automatikusan kiválasztódnak a táblákból, ha a jelölőnégyzetet választja ezen értékek beállításához, a mező színe világoskékre változik, és lehetővé teszi a saját értékek megadását, zöld mező - számított érték.

Képletek és táblázatok a transzformátor kézi kiszámításához:

1. a másodlagos tekercs teljesítménye;

2. A transzformátor teljes teljesítménye;

3. A mágneses áramkör acéljának tényleges keresztmetszete a transzformátor tekercsének helyén;

4. A mágneses áramkör acél tervezési szakasza a transzformátor tekercsének helyén;

5. a magablak tényleges keresztmetszeti területe;

6. az elsődleges tekercs névleges áramának értéke;

7. A huzalszakasz kiszámítása az egyes tekercseknél (I1 és I2);

8. A huzalok átmérőjének kiszámítása az egyes tekercsekben, a szigetelés vastagságának figyelembevétele nélkül.

9. A transzformátor tekercseinek fordulási számának kiszámítása;

n a tekercs száma,
U '- a tekercsek feszültségcsökkenése, a névleges érték százalékában kifejezve, lásd a táblázatot.

A toroidos transzformátorokban a tekercsekben a teljes feszültségcsökkenés relatív értéke sokkal kisebb, mint a páncélozott transzformátorokkal szemben.

10. Az egy volta fordulatszámának kiszámítása;

11. A mágneses áramkör által megadott maximális teljesítmény kiszámításának képlete;

Sst f - a meglévő mágneses áramkör tényleges acélrésze a tekercs helyén;

Sok f - az ablak tényleges területe a meglévő mágneses áramkörben;

Vmakh - mágneses indukció, lásd a5. Táblázatot;

J az aktuális sűrűség, lásd a 3. táblázatot;

Kok - az ablak kitöltési tényezője, lásd a 6. táblázatot;

Kst a mágneses áramkör acéltel való kitöltési tényezője, lásd a 7. táblázatot;

A Vmah és J elektromágneses terhelések nagysága a transzformátoráramkör másodlagos tekercsétől vett energiától függ, és ezeket a táblázatokból kell kiszámítani.

Miután meghatározzuk az Sst * Sok értékét, megválaszthatjuk a mágneses áramkör szükséges lineáris méretét, amelynek területaránya nem kisebb, mint a számítás során kapott.