Dzisiaj porozmawiam o procedurze obliczania i uzwojenia transformatora impulsowego dla zasilacza na IR2153.

Moje zadanie jest następujące: potrzebuję transformatora z dwoma uzwojeniami wtórnymi, z których każde musi mieć gwintownik od środka. Wartość napięcia na uzwojeniach wtórnych powinna wynosić + -50 V. Prąd przepłynie 3A, który będzie wynosił 300 W.

Obliczanie transformatora impulsowego.

Aby rozpocząć, pobierz program do obliczania transformatora impulsowego i uruchom go.

Wybieramy schemat konwersji - pół mostka. Zależy od przełączającego obwodu zasilania. W artykule schemat transformacji jest w połowie pomostowy.

Napięcie zasilania jest stałe. Minimum \u003d 266 woltów, nominalne \u003d 295 woltów, maksimum \u003d 325 woltów.

Typ kontrolera wskazuje ir2153, częstotliwość generowania wynosi 50 kHz.

Stabilizacja mocy wyjściowej - nie; wymuszone chłodzenie - nie.

Średnica drutu wskazuje, który jest dostępny. Mam 0,85 mm. Uwaga: wskazujemy nie przekrój, ale średnicę drutu.

Wskazujemy moc każdego z uzwojeń wtórnych, a także napięcie na nich, wskazałem 50 V i moc 150 W w dwóch uzwojeniach.

Schemat rektyfikacji jest dwubiegunowy z punktem środkowym.

Napięcia wskazane przeze mnie (50 woltów) oznaczają, że dwa uzwojenia wtórne, z których każde ma stuknięcie od środka, a po wyprostowaniu będą miały + -50 V względem punktu środkowego. Wielu pomyślałoby, że wskazali 50 V, co oznacza, że \u200b\u200bw odniesieniu do zera w każdym ramieniu będzie 25 V, nie! Otrzymamy 50 V w każdym ramieniu w stosunku do środkowego drutu.

Uzwojenie transformatora impulsowego.

Oto mój pierścionek o wymiarach 40–24–20 mm.

Teraz musi zostać odizolowany jakimś dielektrykiem. Każdy wybiera własny dielektryk, może to być lakier, szmata taśma izolacyjna, włókno szklane, a nawet taśma klejąca, której lepiej nie używać do transformatorów uzwojenia. Mówią, że taśma klejąca, powoduje korozję szkliwa drutu, nie mogę tego potwierdzić, ale znalazłem kolejny minus taśmy klejącej. W przypadku zwijania transformator jest trudny do demontażu, a cały drut staje się klejący z taśmy klejącej.

Używam taśmy mylarowej, która nie topi się jak polietylen w wysokich temperaturach. A skąd wziąć tę taśmę dakronową? To proste, jeśli są odcinki ekranowanej skręconej pary, to po rozmontowaniu otrzymasz film lavsan o szerokości około 1,5 cm. Jest to najbardziej idealna opcja, dielektryk jest piękny i wysokiej jakości.

Za pomocą taśmy klejącej przyklejamy lawsanochkę do rdzenia i zaczynamy owijać pierścień w kilka warstw.

Wnioski z pierwotnego uzwojenia są skręcone i ocynowane.

Następnym krokiem jest ponowne izolowanie kilku kolejnych warstw dielektryka.

Teraz zaczynają się najbardziej „nieporozumienia” i wiele pytań. Jak wiatr Jeden drut czy dwa? Umieścić uzwojenie w jednej warstwie czy w dwóch warstwach?

W trakcie moich obliczeń otrzymałem dwa uzwojenia wtórne z kurkiem od środka. Każde uzwojenie zawiera 13 + 13 zwojów.

Nawijamy dwoma rdzeniami w tym samym kierunku co uzwojenie pierwotne. W rezultacie uzyskano 4 wnioski, dwa opuszczają i dwa zbliżają się.

Teraz łączymy jeden z powyższych wniosków z jednym z nadchodzących wniosków. Najważniejsze, aby się nie pomylić, w przeciwnym razie okaże się, że podłączasz ten sam drut, czyli zamykasz jedno z uzwojeń. A przy uruchomieniu twój zasilacz impulsowy spłonie.

Podano przykłady schematów konwersji i rektyfikacji. W niektórych polach wprowadzania programu i niektórych wynikach obliczeń wymagających komentarza umieszczane są podpowiedzi.

Szczegóły programu

1. Główna praca w programie odbywa się w grupie „Optymalizacja”.
  Automatyczne obliczenia stosuje się przy wyborze innego rdzenia lub przy zmianie jakichkolwiek danych początkowych (poza grupą „Optymalizacja”) w celu uzyskania punktu wyjścia do optymalizacji danych uzwojenia transformatora.

2. W grupie „Optymalizacja” przy zmianie wartości za pomocą strzałek optymalizacja rozpoczyna się automatycznie.
  Ale jeśli nowa wartość zostanie wprowadzona „ręcznie”, należy rozpocząć optymalizację za pomocą tego przycisku.

3. W przypadku sterowników PWM ustawiana jest częstotliwość równa połowie częstotliwości oscylatora głównego mikroukładu. Impulsy głównego oscylatora podawane są kolejno na wyjścia, więc częstotliwość na każdym wyjściu (i na transformatorze) jest 2 razy niższa niż częstotliwość głównego oscylatora.
  Układy scalone IR2153 i podobne z tej rodziny układów scalonych nie są sterownikami PWM, a częstotliwość na ich wyjściach jest równa częstotliwości oscylatora głównego.
Nie gonić za wysoką częstotliwością. Przy wysokiej częstotliwości rosną straty przełączania w tranzystorach i diodach. Ponadto przy wysokiej częstotliwości, z powodu małej liczby zwojów, prąd magnesowania jest zbyt wysoki, co prowadzi do dużego prądu jałowego i odpowiednio niskiej wydajności.

4. Współczynnik wypełnienia okna określa, ile części okna rdzeniowego zajmie miedź wszystkich uzwojeń.

5. Gęstość prądu zależy od warunków chłodzenia i wielkości rdzenia.
  Dla chłodzenia swobodnego wybierz 4-6 A / mm2.
  Podczas wentylacji można wybrać gęstość prądu do 8-10 A / mm2.
  Duże gęstości prądu odpowiadają małym rdzeniom.
  W przypadku wymuszonego chłodzenia dopuszczalna gęstość prądu zależy od intensywności chłodzenia.

6. Jeśli wybrana jest stabilizacja napięcia wyjściowego, pierwsze wyjście jest wiodące. I konieczne jest przypisanie wyjścia o najwyższym zużyciu.
  Pozostałe wyjścia są liczone jako pierwsze.
  Do rzeczywistej stabilizacji wszystkich wyjść należy zastosować cewkę stabilizującą grupę.

7. W przypadku jednobiegunowego prostowania, pomimo większego zużycia miedzi, schemat rektyfikacji ze średnim punktem ma zaletę, ponieważ straty na dwóch diodach będą 2 razy mniejsze niż na czterech diodach w obwodzie mostkowym.

8. W celu poprawnego działania induktora w prostowniku za diodami, przed induktorem nie powinny znajdować się kondensatory! Nawet mały nominał.

9. Na podstawie liczby zwojów uzwojenia w wynikach obliczeń umieszczane są podpowiedzi z liczbą warstw zajmowanych przez uzwojenie.

10. Na podstawie liczby drutów w uzwojeniach w wynikach obliczeń umieszczane są podpowiedzi o gęstości prądu w uzwojeniu.

Oprogramowanie przeznaczone do obliczania transformatorów impulsowych push-pull zasilaczy impulsowych push-pull, mostkowych i pół mostkowych.

Spośród głównych zalet Lite-CalcIT warto zwrócić uwagę na wygodny i intuicyjny interfejs graficzny, monitorowanie i rozliczanie różnych funkcji rozważanych urządzeń elektromagnetycznych, a także uzyskiwanie dość wiarygodnych wyników.

Rozważane oprogramowanie pozwala obliczyć średnice drutów uzwojenia (biorąc pod uwagę efekt naskórkowy - głębokość przenikania prądu do układu przewodów o określonej częstotliwości), utratę mocy w obwodzie magnetycznym, liczbę zwojów uzwojenia transformatora i jego całkowitą moc, prąd magnesowania uzwojenia pierwotnego i jego indukcyjność, przegrzanie obwodu magnetycznego a także wiele innych. Ważną cechą Lite-CalcIT jest możliwość wyboru schematu rektyfikacji oraz dostępność różnych opcji kontrolera PWM: TL494, SG3525, IR2153 i tym podobne. Istnieją również dwa sposoby chłodzenia transformatora: wymuszony i naturalny. Kształt rdzenia może być typu E, ER, EI, ETD lub R, ponadto podstawa rdzeni magnetycznych jest uzupełniana. Dane dotyczące produktów innych próbek należy wprowadzić niezależnie zgodnie z dokumentacją producenta. Podczas dodawania nowego rdzenia do pola kombi program automatycznie dołącza prefiks formularza i nazwę materiału do jego nazwy. Lite-CalcIT proponuje obliczyć do czterech uzwojeń wtórnych jednego transformatora, a dla każdego uzwojenia wtórnego, zgodnie z rysunkami, wskazany jest jego własny schemat rektyfikacji. Podczas wyświetlania wyników pracy oprogramowanie to podaje nie tylko średnice drutów, ale także liczbę rdzeni, które powinny być uzwojone tymi drutami. Jeśli występuje dwubiegunowy układ zasilania z punktem środkowym, liczba zwojów dla każdego ramienia będzie oznaczona znakiem „+”.

Na poszczególnych wynikach obliczeń i polach wprowadzania umieszczane są podpowiedzi. Ponadto, jeśli liczba parametrów wykracza poza uzasadnione limity (na przykład ogrzewanie rdzenia), to oprogramowanie ostrzeże użytkownika o tym i niezależnie ograniczy liczbę ustawionych wartości. Wszystkie dane z poprzedniego obliczenia są zapisywane po ponownym uruchomieniu programu.

To oprogramowanie jest uproszczoną wersją ExcellentIT i jest odpowiednie dla tych, którzy nie chcą zadzierać z ogromną liczbą różnych specyficznych parametrów (które są domyślnie uśredniane). Jednak konsekwencją tego jest wyższy błąd obliczeniowy. Główne różnice w stosunku do pełnej wersji to niemożność obliczenia indukcyjności cewki wyjściowej, a także zapisania, załadowania i wydrukowania wyników pracy. Podczas pracy z Lite-CalcIT nie należy zapominać, że średnica drutu na lakierze będzie większa niż wprowadzona średnica na miedzi.

Autorem tego oprogramowania jest domowy programista Vladimir Denisenko, który mieszka w mieście Pskow. Oprócz ExcellentIT i Lite-CalcIT napisał kilka innych programów do określania elementów uzwojenia różnych urządzeń: Booster (wyostrzony do obliczania stabilizatorów impulsowych step-up i step-up), Forward (jednofazowe transformatory z pętlą do przodu) i Flyback (transformatory z dławikiem wstecznym). Autor spełnia życzenia użytkowników i stale modyfikuje powyższe oprogramowanie. Jego programy stały się znane nie tylko w krajach byłego ZSRR, ale także za granicą.

Lite-CalcIT jest bezpłatny. Instalacja podczas instalacji nie jest wymagana.

Językiem interfejsu rozważanego kalkulatora transformatora impulsowego jest rosyjski.

Rozmiar programu jest mniejszy niż 1 MB. Platforma do pracy - systemy operacyjne Microsoft Windows XP, Vista i 7 (testowana funkcjonalność w wersjach 32-bitowych i 64-bitowych). Lite-CalcIT działa również w środowisku Linux po uruchomieniu w Wine.

Pobierz:    (pliki do pobrania: 953)

Dystrybucja programu:za darmo

W odpowiednio zaprojektowanym przetworniku push-pull nie ma prądu stałego przez uzwojenie i magnetyzację rdzenia.
  Pozwala to na użycie pełnego cyklu odwracania magnetyzacji i uzyskanie maksymalnej mocy. Ponieważ transformator ma wiele współzależnych parametrów, obliczenia przeprowadza się etapami, określając w razie potrzeby dane źródłowe.

1. Jak określić liczbę zwojów i moc?

Całkowita moc uzyskana w stanie nie przegrzania uzwojenia wynosi:

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

Gdzie: P gab   - moc, W; S c- pole przekroju obwodu magnetycznego, cm 2; Więc o   - powierzchnia okna rdzenia, cm 2; f   - częstotliwość oscylacji, Hz; B m \u003d 0,25 T.   - dopuszczalna wartość indukcji dla krajowych ferrytów niklowo-manganowych na częstotliwościach do 100 kHz.

Maksymalna moc transformatora dobierana jest w 80% ogólnej:

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

Minimalna liczba zwojów uzwojenia pierwotnego n 1   określone przez maksymalne napięcie na uzwojeniu U m   i dopuszczalna indukcja rdzeniowa Bm:

n \u003d (0,25⋅10 4 U m) / (f B m S c) (3)

Gęstość prądu w uzwojeniu j   dla transformatorów o mocy do 300 W akceptujemy 3..5 A / mm 2 (wyższa moc odpowiada mniejszej
wartość). Średnicę drutu w mm oblicza się według wzoru:

d \u003d 1,13 ⋅ (I / j) 1/2 (4)

Gdzie   Ja- efektywny prąd uzwojenia w A.

Przykład 1:

Do instalacji ultradźwiękowej potrzebny jest transformator podwyższający o mocy 30..40 watów. Napięcie uzwojenia pierwotnego jest sinusoidalne o wartości skutecznej U eff   \u003d 100 V i częstotliwość 30 kHz.

Wybierz pierścień ferrytowy K28x16x9.
  Jego powierzchnia przekroju: Sc \u003d (D - d) ⋅ h / 2 \u003d (2,8 - 1,6) ⋅ 0,9 / 2 \u003d 0,54 cm 2
  Obszar okna:   Więc \u003d (d / 2) 2 π \u003d (1,6 / 2) 2 π \u003d 2 cm 2

Ogólna moc: Pgab \u003d 0,54 ⋅ 2 ⋅ 30 ⋅ 10 3 ⋅ 0,25 / 150 \u003d 54 W.
  Maksymalna moc: Pmax \u003d 0,8 ⋅ 54 \u003d 43,2 W.

Maksymalne napięcie na uzwojeniu: Um \u003d 1,41 ⋅ 100 \u003d 141 V.
  Liczba zwojów:   n 1 \u003d 0,25 ⋅10 4 ⋅ 141 / (30 ⋅ 10 3 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54) \u003d 87
  Liczba zwojów na wolt: n 0 \u003d 87/100 \u003d 0,87

Wartość skuteczna prądu pierwotnego: I \u003d P / U \u003d 40/100 \u003d 0,4 A.
  Gęstość prądu wynosi 5 A / mm 2. Następnie średnica drutu do miedzi: d \u003d 1,13 ⋅ (0,4 / 5) 1/2 \u003d 0,31 mm

2. Jak wyjaśnić obecną gęstość?

Jeśli wykonamy transformator małej mocy, możemy bawić się gęstością prądu i wybierać cieńsze druty bez obawy o przegrzanie. W książce Eranosyan tablet podaje:

Dlaczego gęstość prądu zależy od mocy transformatora?
  Ilość wydzielanego ciepła jest równa iloczynowi strat specyficznych przez objętość drutu. Rozproszona ilość ciepła jest proporcjonalna do powierzchni uzwojenia i różnicy temperatur między nim a medium. Wraz ze wzrostem wielkości transformatora objętość rośnie szybciej niż obszar i dla tego samego przegrzania należy zmniejszyć straty właściwe i gęstość prądu. W przypadku transformatorów o mocy 4..5 kVA gęstość prądu nie przekracza 1..2 A / mm 2.

3. Jak wyjaśnić liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego?

Znając liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego n   obliczamy jego indukcyjność. W przypadku toroidu jest on określony wzorem:

L \u003d μ 0 μ S przy n 2 / l a (5)

Gdzie jest kwadrat   S zpodana w m2 średnia długość linii magnetycznej ja   wm, indukcyjność w GN, μ 0 \u003d 4π ⋅ 10 -7   GN / m jest stałą magnetyczną.

W wersji inżynierskiej ta formuła wygląda następująco:

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

Współczynnik A l   i parametr mocy S o S c   dla niektórych rodzajów pierścieni pokazano w tabeli 2:

Aby transformator działał jako pasujące urządzenie, warunek musi być spełniony:

L\u003e (4 .. 10) R / (2 π f min) (6)

Gdzie L.   - indukcyjność w GN, R \u003d U 2 eff / P n   zredukowana do rezystancji obciążenia Ohm,
f min   - minimalna częstotliwość Hz.

Dwa prądy płyną w kluczowych przekształtnikach uzwojenia pierwotnego, prostokątny prąd obciążenia I ol \u003d U m / R   i prąd trójkątny
magnetyzacja $$ I_T \u003d (1 \\ ponad L) \\ int_0 ^ (T / 2) U_1 dt \u003d (T \\ ponad 2L) U_m $$

Dla normalnej pracy wartość elementu trójkątnego nie powinna przekraczać 10% prostokąta, tj.

L\u003e 5 R / f (7)

W razie potrzeby zwiększ liczbę zwojów lub zastosuj ferryt większym μ . Nie zaleca się przeceniania liczby zwojów uzwojenia. Ze względu na wzrost pojemności międzyzwojowej mogą wystąpić drgania rezonansowe przy częstotliwości roboczej. Wybrany ferryt powinien mieć wystarczającą maksymalną indukcję i niskie straty w roboczym paśmie częstotliwości. Z reguły na niskich częstotliwościach (do 1 MHz) ferryt z μ   \u003d 1000 .. 6000, a na częstotliwościach radiowych musisz użyć μ = 50 .. 400.

Przykład 2:

Transformator z przykładu 1 nawijany jest na pierścień K28x16x9 ferrytu niklowo-manganowego 2000NM o przepuszczalności magnetycznej μ = 2000.
  Moc obciążenia P \u003d 40 W, efektywne napięcie pierwotne Ueff \u003d 100 V, częstotliwość f \u003d 30 kHz.
  Wyjaśnij liczbę jego tur.

Zmniejszona odporność na obciążenie: R \u003d 100 2/40 \u003d 250 omów
  Pole przekroju obwodu magnetycznego: Sc \u003d 0,54 cm 2 \u003d 0,54 ⋅ 10-4 m 2
  Średnia długość linii magnetycznej: la \u003d π (D + d) / 2 \u003d π (2,8 + 1,6) ⋅10 -2 / 2 \u003d 6,9 ⋅ 10 -2 m
  Współczynnik indukcyjności: A L \u003d 4 π 10 -7 2000 0,54 10 -4 / 6,9 10 -2 \u003d 1963 nH / vit 2

Minimalna indukcyjność pierwotna: L \u003d 10 ⋅ 250 / (2π ⋅ 3 ⋅ 10 4) \u003d 13,3 mH
  Liczba zwojów:   n \u003d (13,3 ⋅ 10-3 / 1,963 ⋅ 10-6) 1/2 \u003d 82   Jest nawet mniejszy niż wcześniej obliczono.   n min \u003d 87.
  Zatem spełniony jest warunek wystarczającej indukcyjności, a liczba zwojów w uzwojeniu n \u003d 87.

4. Jakie ferryty można zastosować i dlaczego?

Jak wiadomo, rdzeń transformatora działa jak centrum energii elektromagnetycznej. Wyższa dopuszczalna indukcja B.   i przepuszczalność magnetyczna μ, im większa gęstość przesyłanej energii i bardziej zwarty transformator. Tak zwana przepuszczalność magnetyczna jest największa. ferromagnesy - różne związki żelaza, niklu i niektórych innych metali.

Dwie wielkości opisują pole magnetyczne: natężenie H (proporcjonalne do prądu uzwojenia) i indukcja magnetyczna B (charakteryzuje działanie siły pola w materiale). Zależność między B i H nazywa się krzywą magnetyzacji substancji. W ferromagnesach ma ciekawą cechę - histerezę (po grecku opóźnienie) - gdy natychmiastowa reakcja na efekt zależy od jego tła.

Po wyjściu z punktu zerowego (ta sekcja nazywa się główną krzywą magnesowania) pola zaczynają biegać wzdłuż pewnej zamkniętej krzywej (zwanej pętlą histerezy). Charakterystyczne punkty zanotowano na krzywej - indukcja nasycenia Bs, indukcja resztkowa B r i siła koercyjna H c.

Ryc.1. Właściwości magnetyczne ferrytów. Po lewej stronie jest kształt pętli histerezy i jej parametry. Po prawej stronie znajduje się główna krzywa magnesowania ferrytu 1500НМ3 w różnych temperaturach i częstotliwościach: 1 - 20 kHz, 2 - 50 kHz, 3 - 100 kHz.

Zgodnie z wartościami tych wielkości ferromagnesy są tradycyjnie dzielone na twarde i miękkie. Te pierwsze mają szeroką, prawie prostokątną pętlę histerezy i są dobre dla magnesów trwałych. W transformatorach stosowane są materiały z wąską pętlą. Faktem jest, że w rdzeniu transformatora występują dwa rodzaje strat - elektryczne i magnetyczne. Elektryczne (aby wzbudzić prądy wirowe Foucaulta) są proporcjonalne do przewodności materiału i częstotliwości, ale te magnetyczne są mniejsze, im mniejszy jest obszar pętli histerezy.

Ferryty to proszki prasujące z tlenków żelaza lub innych ferromagnesów spiekanych ze spoiwem ceramicznym. Taka mieszanina łączy dwie przeciwne właściwości - wysoką przenikalność magnetyczną żelaza i słabą przewodność tlenków. Minimalizuje to zarówno straty elektryczne, jak i magnetyczne i pozwala sprawić, aby transformatory działały na wysokich częstotliwościach. Właściwości częstotliwościowe ferrytów charakteryzują się częstotliwością krytyczną fc, przy której styczna straty osiąga 0,1. Termiczna - temperatura Curie Ts, przy której μ spada do 1.

Ferryty domowe są oznaczone cyframi wskazującymi początkową przepuszczalność magnetyczną oraz literami wskazującymi zakres częstotliwości i rodzaj materiału.
  Najczęstszy ferryt niklowo-cynkowy niskiej częstotliwości, oznaczony literami HH. Ma niską przewodność i stosunkowo wysoką częstotliwość fc. Ale ma duże straty magnetyczne i niską temperaturę Curie.
  Ferryt niklowo-manganowy jest oznaczony jako NM. Jego przewodność jest większa, dlatego f c jest niski. Ale straty magnetyczne są małe, temperatura Curie jest wyższa, mniej boi się wstrząsów mechanicznych.
  Czasami przy znakowaniu ferrytów umieszczają dodatkową liczbę 1, 2 lub 3. Zwykle im wyższa, tym bardziej stabilny temperaturowo ferryt.

Jakie marki ferrytu są dla nas najbardziej interesujące?

W przypadku technologii konwersji termostabilny ferryt 1500NM3 o fc \u003d 1,5 MHz, Bs \u003d 0,35..0,4 T i Tc \u003d 200 хорош jest dobry.

Do specjalnych zastosowań wytwarzają ferryt 2000NM3 ze znormalizowanym odkamienianiem (tymczasowa stabilność przenikalności magnetycznej). Ma fc \u003d 0,5 MHz, Bs \u003d 0,35..0,4 T, a Tc \u003d 200 ℃.

Ferryty z serii NMS zostały opracowane dla wydajnych i kompaktowych transformatorów. Na przykład 2500NMS1 przy Bs \u003d 0,45 T i 2500NMS2 przy Bs \u003d 0,47 T. Ich częstotliwość krytyczna wynosi fc \u003d 0,4 MHz, a temperatura Curie wynosi Tc\u003e 200 ℃.

Jeśli chodzi o dopuszczalną indukcję B m, parametr ten jest regulowany i nie jest znormalizowany w literaturze. Wstępnie rozważane B m \u003d 0,75 V s min. W przypadku ferrytów niklowo-manganowych daje to około 0,25 T. Biorąc pod uwagę spadek B w podwyższonych temperaturach i ze względu na starzenie się, w krytycznych przypadkach lepiej jest grać bezpiecznie i zmniejszyć B m do 0,2 T.

Główne parametry powszechnych ferrytów zestawiono w tabeli 3.

5. Jak gorący jest rdzeń?

Straty w magnetyce.

Przy częstotliwości mniejszej niż krytyczna fc strata energii w magnesie składa się głównie ze strat odwracania magnetyzacji, a prąd wirowy można pominąć.
  Doświadczenie i teoria pokazują, że straty energii na jednostkę objętości (lub masy) w jednym cyklu odwracania magnetyzacji są wprost proporcjonalne
  obszar pętli histerezy. Dlatego siła strat magnetycznych:

P H \u003d P 0 ⋅ V ⋅ f (8)

Gdzie P 0   - straty specyficzne na jednostkę objętości (mierzone z częstotliwością f 0   przez indukcję B 0) ,   V.- objętość próbki.

Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości indukcja nasycenia maleje, pętla histerezy ulega deformacji, a straty rosną. Aby uwzględnić te czynniki, Steinmetz (C. P. Steinmetz, 1890-1892) zaproponował wzór empiryczny:

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

Zgodziłem się z tym f 1 \u003d 1 kHz, B 1 \u003d 1 T.; wartości P 1, α, β   wskaż w katalogu.

Straty w miedzi.

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

Gdzie I eff   - prąd skuteczny, D - zewnętrzny, d - wewnętrzna średnica pierścienia, h - jego wysokość w metrach; n 1 to liczba zwojów; Sm   - przekrój drutu, w mm 2; ρ \u003d 0,018 Ohm ⋅ mm 2 / m rezystywność miedzi.

Całkowite straty we wszystkich uzwojeniach w podwyższonej temperaturze otoczenia:

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

Całkowite straty w transformatorze.

Szacowana temperatura przegrzania z naturalną konwekcją:

ΔT \u003d P Σ / (α m Scohl) (13)

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

Przykład 3:

Stwierdzamy straty w transformatorze z przykładów 1 i 2. Dla uproszczenia zakładamy, że uzwojenia wtórne i pierwotne są takie same. Prąd efektywny
  uzwojenie pierwotne Ieff \u003d 0,4 A. Straty miedzi w uzwojeniu pierwotnym P M1 \u003d 0,4 2 ⋅ (0,018 / 0,08) (28-16 + 18) ⋅ 10-3 ⋅ 87 0,1 W.
  Straty miedzi w obu uzwojeniach: P M \u003d 0,2 W.

Według danych referencyjnych dla ferrytu 2000NM P 1 \u003d 32 W / kg, α \u003d 1,2, β \u003d 2,4,   Masa rdzenia K28x16x9 wynosi 20 gramów.
  Straty w ferrycie: P H \u003d 32 (30/1) 1,2 (0,25 / 1) 2,4 ⋅ 20 ⋅ 10-3 \u003d 1,36 W.

Całkowite straty w transformatorze:   P Σ \u003d 1,56 W.. Szacowana wydajność \u003d (40 - 1,56) / 40 ⋅ 100% 96%

6. Jak wziąć pod uwagę właściwości inercyjne transformatora?

Na ryc. 2. pokazano. Obejmuje impedancję źródła r i   zmniejszona odporność na obciążenie R \u003d n 2 R n   lub R \u003d P n / U 2 eff   gdzie   n \u003d U 1 / U 2   - współczynnik transformacji, U eff   - efektywne napięcie uzwojenia pierwotnego.

Właściwości inercyjne transformatora determinują małą indukcyjność upływową L sindukcyjność magnetyzacji L μ   (prawie równa indukcyjności pierwotnej L 1), równoległe uzwojenie Z p   (tak zwana pojemność dynamiczna) i pojemność szeregowa między uzwojeniami C p.

Jak je ocenić?

L 1   obliczone według wzoru (5) lub zmierzone eksperymentalnie.
  W zależności od rozproszenia indukcyjność rzędu wielkości jest równa L s ~ \u200b\u200bL 1 / μ. Pojemność Z p   wynosi około 1 pF na turę.

Transformator działa jak filtr pasmowoprzepustowy. Przy niskich częstotliwościach jest to HPF z częstotliwością odcięcia ω n \u003d R / L μ.
  Przy wysokich częstotliwościach elementy L s   i C p   tworzą filtr dolnoprzepustowy z częstotliwością odcięcia ω in ≈ (L s C p) -1/2.
  Pojemność serii C p   nie świetne i praktycznie nie wpływa na pracę.

Model ma dwa charakterystyczne rezonanse.

Niska częstotliwość (rezonans magnetyczny) w obwodzie równoległym L μ C p
  Jego częstotliwość f μ (1/2 π) ⋅ (L μ C p) -1/2   oraz współczynnik jakości Q μ (r i || R) ⋅ (L μ / C p) -1/2 (14)

Wysoka częstotliwość (rezonans rozpraszający) w obwodzie utworzonym przez L s   i C p.
  Jego częstotliwość fs (1/2 π) ⋅ (L s C p) -1/2   oraz współczynnik jakości Q s (L s / C p) 1/2 / r i. (15)

Jak wpływają te rezonanse?

Odpowiedź częstotliwościowa transformatora jest podobna do odpowiedzi częstotliwościowej filtra pasmowo-przepustowego, ale na jego górnej krawędzi występuje rezonans f s   daje charakterystyczny pik.
Odpowiedź na impulsy zależy od włączenia źródła i wartości rezystancji.
  Z małym wewnętrznym oporem źródła r i   pojawia się tylko rezonans f s   w postaci charakterystycznego „dzwonienia” na frontach impulsów.
  Jeśli źródło jest podłączone za pomocą klucza, to po otwarciu intensywne oscylacje z częstotliwością f μ

Ryc. 3. Przykład odpowiedzi częstotliwościowej i stanu nieustalonego w transformatorze. Jego równoważny obwód podano poniżej na rysunku 4.

7. Eksperymentalny pomiar parametrów transformatora impulsowego.

Do próbki pobrano pierścień ferrytu 3000NM w rozmiarze K10x6x2. Uzwojenie pierwotne miało 21 zwojów, wtórne 14, współczynnik transformacji n \u003d 1,5, rezystancja obciążenia wynosiła 4,7 kOhm, źródłem był prostokątny generator impulsów na obwodach TTL o poziomie 6 V, częstotliwości 1 MHz i rezystancji wewnętrznej r i 200 omów.

Obliczamy parametry teoretyczne:
S c \u003d 4 ⋅ 10-6 m 2   , la \u003d 25,13 ⋅ 10-3 m, Teoria A L \u003d 600 nH / Vit 2 , L 1 teor \u003d 0,6 ⋅ 21 2 \u003d 265 μH , Teoria Ls 265/3000 \u003d 0,09 μH , Z p, Twierdzenie 21 + 14 \u003d 35 pF.
  Zmniejszona odporność na obciążenie R \u003d n 2 Rn \u003d 2,25 ⋅ 4,7 ~ 10 kOhm.

Wyniki pomiarów indukcyjności za pomocą urządzenia AKIP-6107:
L 1 \u003d 269 μH , L 2 \u003d 118 μH   zwieramy uzwojenie wtórne 2Ls \u003d 6,8 μH, czyli o dwa rzędy wielkości wyższe niż jej teoria szacowania.

Pojemność dynamiczną Cp można oszacować za pomocą wzoru (15), przykładając do transformatora prostokątne impulsy i mierząc za pomocą oscyloskopu okres oscylacji „dzwonienia” na czołach impulsów na wyjściu uzwojenia wtórnego. Okazało się, że częstotliwość dzwonienia fs wynosi 18,5 MHz, co daje CP 21 pF i jest zgodna z szacunkami teoretycznymi.
  Dla porównania z eksperymentem obwód równoważny o zmierzonych parametrach symulowano w programie LT Spice.

Ryc. 4. Model transformatora. Vout - obniżone napięcie, rzeczywiste będzie n razy mniejsze.

Ryc.5. Wyniki eksperymentu. Skala skali pionowej wynosi 1 wolt na podział.

Tak więc model oparty na zmierzonych L μ, L s i C p   całkiem zgodne z eksperymentem.
  Teoretyczne oszacowanie pojemności 1 pF na obrót dla małych pierścieni jest dopuszczalne, ale oszacowanie indukcyjności upływu o dwa rzędy wielkości odbiega od rzeczywistego. Łatwiej jest to ustalić na podstawie doświadczenia.

Dodatek 1. Wyprowadzenie wzoru na liczbę zwojów.

Podczas przykładania napięcia U   Na uzwojeniu pojawi się indukcja elektromagnetyczna E:   U \u003d -E \u003d n Sc dB / dt

Dla napięcia sinusoidalnego o amplitudzie   Um: Um \u003d n Sc ω Bm

Gdzie liczba zwojów n \u003d Um / (Sc ω Bm)

Wyrażając częstotliwość kołową przez zwykły, a powierzchnię w cm 2 otrzymujemy wzór inżynieryjny: n \u003d 0,16 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Dla napięcia prostokątnego o wartości Um: dB \u003d dt Um / (n Sc)

Całkując w czasie od 0 do T / 2 i biorąc pod uwagę, że w połowie okresu pole zmieni się z -Bm na + Bm, otrzymujemy: 2Bm \u003d (T / 2) Um / (n Sc)

Wyrażając okres pod względem częstotliwości i powierzchni w cm 2, otrzymujemy wzór inżynieryjny: n \u003d 0,25 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Jest odpowiedni w obu przypadkach.

Dodatek 2. Wyprowadzenie wzoru na całkowitą moc transformatora.

Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya związek między napięciem na cewce a zmianą indukcji magnetycznej w nim:

  U dt \u003d n Sc dB

Z czasem od 0 do T / 2 indukcja zmieni się z -Bm na + Bm, integrując się w tych granicach otrzymujemy:

U cf \u003d 4 n Sc Bm f

Gdzie: $$ U_ (cp) \u003d (2 \\ ponad T) \\ int_0 ^ (T / 2) U dt $$

Ale przyrządy mierzą nie średnią, ale efektywne napięcie, które jest równoważne stałej energii. Relacja medium i prądu
  napięcie daje współczynnik kształtu do f \u003d U eff / U cf. Dla meandra jest to 1, dla sinusa 1,11.
  Stąd efektywne napięcie na cewce:

U eff \u003d 4 k f n Sc Bm f

Całkowita moc jest szacowana na podstawie następujących rozważań. Częstotliwość f nie jest duża, straty wiroprądowe i magnetyczne są niewielkie, a moc
  ograniczone przez przegrzanie uzwojenia. Jest on określony przez maksymalną gęstość prądu j, która jest taka sama dla obu uzwojeń.
  Definiujemy moc całkowitą jako połowę mocy uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

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   gdzie S 1 i S 2 to obszar cewki uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

Można to zapisać na obszarze miedzi Sm:

Phab \u003d 2 k f f Sc Sm Bm j

Obszar miedzi jest powiązany ze współczynnikiem wypełnienia okna σ \u003d Sm / S 0.
  Sigma jest pewnym współczynnikiem empirycznym, równym minimum 0,15 dla uzwojenia jednowarstwowego i maksimum 0,4 dla uzwojenia wielowarstwowego (nie będzie już pasować).
  W rezultacie nasza formuła przyjmuje postać:

Phab \u003d 2 k f σ f Sc S 0 Bm j

Wszystkie wartości są tutaj w SI.

Załóżmy, że napięcie ma kształt meandra, k f \u003d 1. Wybierając gęstość prądu j \u003d 2,2 A / mm 2,
  współczynnik wypełnienia σ \u003d 0,15, wyrażając pole w cm 2, Bm w T, częstotliwość w Hz, otrzymujemy wzór obliczeniowy:

Pgab \u003d Sc S 0 f Bm / 150

Jak widać, ta formuła wywodzi się z dużym marginesem, naprawdę można uzyskać dużą moc z transformatora.

Literatura

1. Kosenko S. „Obliczanie transformatora impulsowo-ciągłego” // Radio, nr 4, 2005, str. 35–37, 44.
2. Eranosyan S. A. Zasilacze sieciowe z przetwornicami wysokiej częstotliwości. - L.: Energoatomizdat. Leningrad Department, 1991, - 176 s: chory.
3. S.V. Kotenev, A.N. Evseev. Obliczanie i optymalizacja transformatorów toroidalnych i dławików. - M .: Hotline-Telecom, 2013. - 359 p .: Ill.
4. A. Pietrow „Indukcyjności, induktory, transformatory” // Radio-amator, nr 12, 1995, str. 10-11.
5. Mikhailova M.M., Filippov V.V., Muslakov V.P. Miękkie ferryty magnetyczne do urządzeń elektronicznych. Książka informacyjna. - M.: Radio i komunikacja, 1983. - 200 s., Il.
6.   Obliczone parametry geometryczne rdzeni pierścieniowych.
7. B.Yu.Semenov. Energoelektronika dla amatorów i profesjonalistów. M .: Solon-R, 2001. - 327 str. : muł

Potrzebne było mocne źródło zasilania. W moim przypadku istnieją dwa rdzenie magnetyczne - taśma zbroja i toroidalny. Rodzaj zbroi: ShL32h50 (72h18). Typ toroidalny: OL70 / 110-60.

DANE WSTĘPNE do obliczenia transformatora z toroidalnym obwodem magnetycznym:

• pierwotne napięcie uzwojenia, U1 \u003d 220 V;
• napięcie wtórne, U2 \u003d 36 V;
• prąd wtórny, l2 \u003d 4 A;
• zewnętrzna średnica rdzenia, D \u003d 110 mm;
• średnica wewnętrzna rdzenia, d \u003d 68 mm;
• wysokość rdzenia, h \u003d 60 mm.

Obliczenia transformatora z obwodem magnetycznym typu 32Л32х50 (72х18) wykazały, że rdzeń jest w stanie wytworzyć napięcie 36 woltów o natężeniu prądu 4 amperów, ale uzwojenie wtórne może być niemożliwe z powodu niewystarczającej powierzchni okna. Przechodzimy do obliczeń transformatora z obwodem magnetycznym typu OL70 / 110-60.

Obliczenia programowe (on-line) pozwolą eksperymentowi eksperymentować z parametrami i skracają czas programowania. Możesz również obliczyć według wzorów, są one wymienione poniżej. Opis pól wejściowych i obliczeniowych programu: jasnoniebieskie pole - dane początkowe do obliczeń, żółte pole - dane wybierane automatycznie z tabel, jeżeli zaznaczone jest pole wyboru, aby dostosować te wartości, pole zmienia kolor na jasnoniebieski i umożliwia wprowadzenie własnych wartości, zielone pole - wartość obliczona.

Wzory i tabele do ręcznego obliczania transformatora:

1. Moc uzwojenia wtórnego;

2. Całkowita moc transformatora;

3. Rzeczywisty przekrój stali obwodu magnetycznego w miejscu cewki transformatora;

4. Część konstrukcyjna stali obwodu magnetycznego w miejscu cewki transformatora;

5. Rzeczywista powierzchnia przekroju okna rdzenia;

6. Wartość prądu znamionowego uzwojenia pierwotnego;

7. Obliczanie przekroju drutu dla każdego z uzwojeń (dla I1 i I2);

8. Obliczanie średnicy drutów w każdym uzwojeniu bez uwzględnienia grubości izolacji;

9. Obliczanie liczby zwojów w uzwojeniach transformatora;

n jest liczbą uzwojenia,
U ’- spadek napięcia w uzwojeniach, wyrażony jako procent wartości nominalnej, patrz tabela.

W transformatorach toroidalnych względna wartość całkowitego spadku napięcia w uzwojeniach jest znacznie mniejsza w porównaniu do transformatorów pancernych.

10. Obliczenie liczby zwojów na jeden wolt;

11. Wzór na obliczenie maksymalnej mocy, jaką może dać obwód magnetyczny;

Sst f - rzeczywista stalowa sekcja istniejącego obwodu magnetycznego w miejscu cewki;

Sok f - rzeczywista powierzchnia okna w istniejącym obwodzie magnetycznym;

Vmakh - indukcja magnetyczna, patrz tabela.

J jest gęstością prądu, patrz tabela nr 3;

Kok - współczynnik wypełnienia okna, patrz tabela nr 6;

Kst jest współczynnikiem wypełnienia obwodu magnetycznego stalą, patrz tabela nr 7;

Wielkość obciążeń elektromagnetycznych Vmah i J zależy od mocy pobranej z uzwojenia wtórnego obwodu transformatora i jest pobierana do obliczeń z tabel.

Po ustaleniu wartości Sst * Sok można wybrać konieczny rozmiar liniowy obwodu magnetycznego, który ma współczynnik pola powierzchni nie mniejszy niż uzyskany na podstawie obliczeń.