И все пак бях поканен! Сега работата със статиите ще върви по-бързо. Първоначално исках да направя схемата на някакъв блок темата на следващата част, но какво да очаквам? Но тогава той си спомни ученическата си младост и много големия проблем, пред който се изправи - как да направи устройство, непознато за мен по това време на звяра - импулсен трансформатор . Минаха десет години и разбирам, че много (и не само начинаещи) радиолюбители, инженери по електроника и студенти имат такива трудности - те просто се страхуват от тях и в резултат на това се опитват да избегнат мощни импулсни захранвания (по-нататък IIP).
След тези разсъждения стигнах до извода, че първата тема трябва да е за трансформатора и нищо друго! Бих искал също да направя резервация: какво имам предвид под понятието "мощен SMPS" - това са мощности от 1 kW и повече, или в случай на любовници, поне 500 вата.

Фигура 1 - Ето такъв трансформатор от 2 kW за H-мост, който ще получим

Голяма битка или какъв материал да избера?

Веднъж, след като въведох импулсна технология в моя арсенал, си помислих, че трансформаторите могат да бъдат направени само на ферит, достъпен за всички. След като събрах първите дизайни, първото нещо, което реших да ги поставя на преценката на по-опитни другари и много често чух следната фраза: "Твоят ферит е мамка му не е най-добрият материал за импулс". Веднага реших да разбера от тях каква алтернатива мога да му противопоставя и те ми казаха - алсиферили както там се казва синдаст.

Защо е толкова добър и наистина ли е по-добър от ферит?

Първо трябва да решите какво трябва да може да направи един почти идеален материал за трансформатор:
1) трябва да бъде мек магнитен, тоест лесно се магнетизира и демагнетизира


Фигура 2 - Хистерезисни цикли на феромагнетици: 1) твърд цикъл, 2) мек цикъл

2) материалът трябва да има възможно най-високата индукция на насищане, което или ще намали размерите на сърцевината, или, като ги запази, ще увеличи мощността

Насищане

Феноменът на насищане на трансформатора е, че въпреки увеличаването на тока в намотката, магнитният поток в сърцевината, достигайки определена максимална стойност, след това практически не се променя.
В трансформатор режимът на насищане води до факта, че прехвърлянето на енергия от първичната към вторичната намотка е частично спряно. Нормалната работа на трансформатора е възможна само когато магнитният поток в неговата сърцевина се променя пропорционално на промяната на тока в първична намотка. За да се изпълни това условие, е необходимо ядрото да не е в състояние на насищане, а това е възможно само когато неговият обем и напречно сечение не са по-малки от точно определена стойност. Следователно, колкото по-голяма е мощността на трансформатора, толкова по-голяма трябва да бъде неговата сърцевина.

3) материалът трябва да има възможно най-малко загуби за обръщане на намагнитването и токове на Фуко

4) свойствата на материала не трябва да се променят значително под външно въздействие: механични сили (компресия или напрежение), промени в температурата и влажността.

Сега разгледайте свойствата на ферита и как той отговаря на горните изисквания.

Феритът е полупроводник, което означава, че има собствено високо електрическо съпротивление. Това означава, че при високи честоти загубите от вихрови токове (токове Фуко) ще бъде доста ниско. Оказва се, че поне едно от условията от горния списък вече е изпълнено. Продължа напред…
Феритите са термично стабилни и нестабилни, но този параметър не е решаващ за SMPS. Важно е феритите да работят стабилно в температурния диапазон от -60 до +100 ° C и това е случаят с най-простите и евтини марки.


Фигура 3 - Крива на намагнитване при честота 20 kHz при различни температури

И накрая, най-важният момент - на графиката по-горе видяхме параметър, който ще определи почти всичко - индукция на насищане. За ферит обикновено се приема като 0,39 T. Струва си да запомните, че при различни условия - този параметър ще се промени. Зависи както от честотата, така и от работната температура и от други параметри, но трябва да се наблегне специално на първите два.

Заключение: феритен ништяк! перфектни за нашите цели.

Няколко думи за алсифера и как се различава

1) alsifer работи в малко по-широк диапазон от температури: от -60 до +120 ° C - подходящ ли е? Дори по-добър от ферит!
2) коефициентът на загуба на хистерезис на алсиферите е постоянен само в слаби полета (при ниска мощност), в мощно поле те растат и много силно - това е много сериозен минус, особено при мощности над 2 kW, така че губи тук .
3) индукция на насищане до 1,2 т!, 4 пъти повече от ферит! - основният параметър вече изпреварва, но не всичко е толкова просто ... Разбира се, това предимство няма да отиде никъде, но точка 2 го отслабва и много - определено плюс.

Заключение: алсифер е по-добър от ферит, не са ме излъгали в тоя чичка.

Резултат от битката: всеки, който чете описанието по-горе, ще каже, че alsifer ни даде! И правилно ... но опитайте се да намерите ядро ​​​​alsifer с обща мощност 10 kW? Тук обикновено човек спира, оказва се, че не са особено в продажба и ако има, тогава поръчайте директно от производителя и цената ще ви изплаши.
Оказва се, че използваме ферит, особено ако го оценим като цяло, тогава той губи много малко ... феритът се оценява спрямо алсифер в "8 от 10 папагала."

Исках да се обърна към моя любим матан, но реших да не правя това, т.к. Мисля, че +10 000 знака към статията са излишни. Мога само да препоръчам книга с много добри изчисления на Б. Семенов "Силова електроника: от просто към сложно". Не виждам смисъл да преразказвам изчисленията му с някакви добавки.

И така пристъпваме към изчисляването и производството на трансформатора

На първо място, искам веднага да си припомня един много сериозен момент - празнината в ядрото. Той може да "убие" цялата мощност или да добави още 30-40%. Искам да ви напомня какво правим H-мост трансформатор, и се отнася за - форуърд преобразуватели (напред по буржоазно). Това означава, че в идеалния случай празнината трябва да бъде 0 mm.
Веднъж, докато изучавах курс 2-3, реших да сглобя заваръчен инвертор, обърнат към топологията на инверторите Kemppi. Там видях луфт от 0,15 мм в трансформаторите. Чудех се за какво е той. Не се обърнах към учителите, но го взех и се обадих на руското представителство на Kemppi! Какво да губя? За моя изненада бях свързан с инженер по веригата и той ми каза няколко теоретични точки, които ми позволиха да „изпълзя“ отвъд тавана от 1 kW.
Ако накратко - междината от 0,1-0,2 мм е задължителна!Това увеличава скоростта на размагнитване на сърцевината, което позволява да се изпомпва повече мощност през трансформатора. Максимален ефектот такъв финт с ушите на пролуката достигна в топологията "кос мост", където въвеждането на празнина от 0,15 мм дава увеличение от 100%! В нашата H-мосттова увеличение е по-скромно, но мисля, че и 40-60% не е лошо.

За да направим трансформатор, се нуждаем от следния комплект:

а)
Фигура 4 - Феритна сърцевина E70 / 33/32, изработена от материал 3C90 (леко най-добрият аналог N87)

б)
Фигура 5 - Рамка за ядро ​​E70/33/32 (което от двете е по-голямо) и дросел от пръскано желязо D46

Общата мощност на такъв трансформатор е 7,2 kW. Имаме нужда от такъв запас, за да осигурим стартови токове 6-7 пъти по-високи от номиналните (600% по спецификация). Такива стартови токове са верни само за асинхронни двигатели, но всичко трябва да се вземе предвид!
Изведнъж "изплува" определен дросел, той ще е необходим в по-нататъшната ни схема (до 5 броя) и затова реших да покажа как да го навия.

След това трябва да изчислите параметрите на намотката. Използвам програма от добре познат приятел в определени кръгове Старичок51 . Човек с големи познания и винаги готов да учи и помага, за което му благодаря - навремето помогна да поемем по правилния път. Програмата се нарича Отличен IT 8.1 .

Давам пример за изчисление за 2 kW:


Фигура 6 - Изчисляване на импулсен трансформатор за 2 kW повишаваща мостова верига

Как да изчислим:

1) Маркирано в червено. Това са входните параметри, които обикновено се задават по подразбиране:
а) максимална индукция. Не забравяйте, че за ферит е 0,39 T, но нашият трансформатор работи на достатъчно висока честота, така че програмата се настройва на 0,186. Това е индукция на насищане при най-лошите условия, включително нагряване до 125 градуса
б) честотата на преобразуване, тя се задава от нас и как се определя на диаграмата ще бъде описано в следващите статии. Тази честота трябва да бъде от 20 до 120 kHz. Ако по-малко - ще чуем работата на транс и свирка, ако е по-висока, след това нашите ключове (транзистори) ще има големи динамични загуби.И IGBT ключовете, дори и скъпите, работят до 150 kHz
в) коефициент. запълване на прозорци - важен параметър, тъй като мястото на рамката и сърцевината е ограничено, не трябва да го правите повече от 0,35, в противен случай намотките няма да паснат
г) плътност на тока - този параметър може да бъде до 10 A / mm 2. Това е максималният ток, който може да тече през проводника. Оптималната стойност е 5-6 A / mm 2 - при тежки условия на работа: лошо охлаждане, постоянна работа при пълно натоварване и т.н. 8-10 A / mm 2 - можете да настроите, ако вашето устройство е перфектно вентилирано и струва над 9000 няколко охладителя.
д) входна мощност. защото изчисляваме трансформатора за DC->DC 48V до 400V, след което задаваме входното напрежение, както при изчислението. Откъде идва числото. В разредено състояние батерията дава 10,5 V, по-нататъшно разреждане - за да намалите експлоатационния живот, умножете по броя на батериите (4 бр.) и вземете 42 V. Да вземем с марж от 40V. 48V се взема от продукта 12V * 4 бр. 58V се взема от съображението, че в заредено състояние батерията има напрежение 14,2-14,4V и по аналогия умножаваме по 4.

2) Маркирано в синьо.
а) задайте 400V, защото това е запас за обратна връзказа напрежение и за изрязване на синус се изисква минимум 342V
б) номинален ток. Избираме от съображение 2400 W / 220 (230) V = 12A. Както виждате, навсякъде вземам надбавка от поне 20%. Това прави всеки уважаващ себе си производител на качествена техника. В СССР такъв резерв беше референтни 25% дори за повечето трудни условия. Защо 220 (230) V е изходното напрежение на вече чист синус.
в) минимален ток. Избира се от реални условия, този параметър влияе върху размера на изходния индуктор, така че колкото по-голям е минималният ток, толкова по-малък е индукторът и следователно по-евтиното устройство. Пак избрах най-лошия вариант 1А, това е тока за 2-3 крушки или 3-4 рутера.
г) падане на диоди. защото Тъй като ще имаме високоскоростни диоди (ултра-бързи) на изхода, тогава спадът върху тях е 0,6 V в най-лошите условия (температурата е превишена).
д) диаметър на проводника. Веднъж купих 20 кг медна бобина за такъв корпус и точно с диаметър 1 мм. Тук поставяме този, който имате. Не ви съветвам да задавате само повече от 1,18 мм, т.к скин ефектът започва да се проявява

Скин ефект

Скин ефект - ефектът от намаляване на амплитудата на електромагнитните вълни, тъй като те проникват дълбоко в проводящата среда. В резултат на този ефект напр. променлив токвисоката честота, когато протича през проводника, не се разпределя равномерно по напречното сечение, а главно в повърхностния слой.
Ако говорим не като Google, а на моя колективен език, тогава ако вземем проводник с голямо сечение, тогава той няма да се използва напълно, защото. токове с по-висока честота протичат по повърхността и центърът на проводника ще бъде "празен"

3) Маркирано в зелено. Тук всичко е просто - планираме да имаме топология „пълен мост“ и да я изберем.

4) Маркирано в оранжево. Има процес на избор на ядрото, всичко е интуитивно. Голям брой стандартни ядра вече са в библиотеката, като нашите, но ако има нещо, може да се добави чрез въвеждане на размерите.

5) Подчертано в лилаво. Изходни параметри с изчисления. Маркирах коефициента в отделен прозорец. запълване на прозореца, запомнете - не повече от 0,35 и за предпочитане не повече от 0,3. Дадени са и всички необходими стойности: броят на завъртанията за първичната и вторичната намотка, броят на проводниците с предварително определен диаметър в „оплетката“ за навиване.
Дадени са и параметрите за по-нататъшно изчисляване на изходния индуктор: индуктивност и пулсации на напрежението.

Сега трябва да изчислите изходния индуктор. Той е необходим за изглаждане на вълните, както и за създаване на "равномерен" ток. Изчислението се извършва в програмата на същия автор и се нарича DrosselRing 5.0. Ще дам изчислението за нашия трансформатор:


Фигура 7 - Изчисляване на изходния дросел за повишаващ DC-DC преобразувател

В това изчисление всичко е по-просто и по-ясно, работи на същия принцип, изходните данни: броят на завоите и броят на проводниците в плитката.

Етапи на производство

Сега имаме всички данни за производството на трансформатора и индуктора.
Основното правило за навиване на импулсен трансформатор е, че всички намотки, без изключение, трябва да бъдат навити в една посока!

Етап 1:

Фигура 8 - Процесът на навиване на вторичната (високо напрежение) намотка

На рамката навиваме необходимия брой навивки в 2 проводника с диаметър 1 мм. Запомняме посоката на навиване, а по-скоро я маркираме с маркер върху рамката.

Етап 2:

Фигура 9 - Изолирайте вторичната намотка

Ние изолираме вторичната намотка с флуоропластична лента с дебелина 1 mm, такава изолация може да издържи най-малко 1000 V. Освен това допълнително я импрегнираме с лак, това е още + 600V към изолацията. Ако няма флуоропластична лента, тогава я изолираме с обикновена водопроводна пяна в 4-6 слоя. Това е същият флуоропласт, с дебелина само 150-200 микрона.

Етап 3:

Фигура 10 - Започваме да навиваме първичната намотка, запояваме проводниците към рамката
Навиваме в една посока с вторичната намотка!

Етап 4:

Фигура 11 - Показваме опашката на първичната намотка

Навива намотката, изолираме я със същата флуоропластична лента. Също така е желателно да се накисва с лак.

Етап 5:


Фигура 12 - Ние импрегнираме с лак и запояваме "опашката". Навиването е завършено
Етап 6:

Фигура 13 - Завършваме намотката и изолацията на трансформатора със защитна лента с окончателно импрегниране в лак

Кипер лента

Kiper лента - памучна (по-рядко копринена или полукопринена) плитка от киперна тъкан с ширина от 8 до 50 mm, кепър или диагонална тъкан; тежки, избелени или едноцветни. Материалът на лентата е много плътен поради тъкането, той е по-дебел от най-близкия си аналог - калико лента - поради използването на по-дебели нишки.
Благодаря wikipedia.

Етап 7:


Фигура 14 - Ето как изглежда завършената версия на трансформатора

По време на процеса на залепване се задава празнина от 0,15 mm чрез поставяне на подходящо фолио между половините на сърцевината. Най-добрият вариант е филм за печат. Сърцевината се залепва с моментно лепило (добро) или епоксидна смола. Първият вариант е за векове, вторият позволява, в който случай, да разглобите трансформатора без повреда, например, ако трябва да пренавиете друга намотка или да добавите завои.

Дроселна намотка

Сега, по аналогия, е необходимо да навиете индуктора, разбира се, навиването на тороидална сърцевина е по-трудно, но тази опция ще бъде по-компактна. Имаме всички данни от програмата, материалът на ядрото е атомизирано желязо или пермалой.Индукцията на насищане на този материал е 0,55 T.

Етап 1:


Фигура 15 - Увиваме пръстена с флуоропластична лента

Тази операция ви позволява да избегнете случая с повреда на намотката на сърцевината, това е рядко, но ние сме за качество и го правим за себе си!

Етап 2:

Фигура 16 - Навиваме необходимия брой завъртания и изолираме

В този случай броят на завъртанията няма да се побере в един слой намотка, следователно след навиване на първия слой е необходимо да се изолира и навие вторият слой с последваща изолация.

Етап 3:

Фигура 17 - Изолирайте след втория слой и импрегнирайте с лак

Епилог

Надявам се, че моята статия ще ви научи на процеса на изчисляване и производство на импулсен трансформатор, както и ще ви даде някои теоретични концепции за неговата работа и материалите, от които е направен. Опитах се да не натоварвам тази част с ненужна теория, всичко беше сведено до минимум и фокусирано изключително върху практическите въпроси. И най-важното за Основни функциикоито влияят на производителността, като хлабина, посоки на навиване и т.н.
Следва продължение...

Скъпи колеги!!

Вече говорих за това как да изградя импулсен трансформатор на феритен пръстен в моите уроци. Сега ще ви кажа как правя трансформатор на W-образна феритна сърцевина. За това използвам ферити с подходящ размер от старо „съветско“ оборудване, стари компютри, от телевизори и друго електрическо оборудване, което имам в ъгъла „при поискване“.

За UPS според схемата на двутактов полумостов генератор, напрежението на първичната намотка на трансформатора, според схемата, е 150 волта, под товар ще вземем 145 волта. Вторичната намотка е направена по схемата на пълновълново изправяне със средна точка.
Вижте диаграмата.

Ще дам примери за изчисляване и производство на трансформатори за UPS с ниска мощност от 20 - 50 вата за тази схема. Използвам трансформатори с тази мощност в импулсни захранвания за моите LED лампи. Схема на трансформатора по-долу. Необходимо е да се обърне внимание, че сгъната от две половини, W - сърцевината няма празнина. Магнитна сърцевина с междина се използва само в едноциклични UPS.

Ето два примера за изчисляване на типичен трансформатор за различни нужди. По принцип всички трансформатори за различен капацитет имат един и същ метод на изчисление, почти еднакви диаметри на проводниците и еднакви методи на навиване. Ако имате нужда от трансформатор за UPS с мощност до 30 вата, тогава това е първият пример за изчисление. Ако имате нужда от UPS с мощност до 60 вата, тогава вторият пример.

Първи пример.

Да изберем от феритни сърцевини № 17, Ш - образна сърцевина Ш7,5 × 7,5. Площта на напречното сечение на средния прът Sk = 56 mm.sq. \u003d 0,56 см.кв.
Прозорец So = 150 mm2 Очаквана мощност 200 вата.
Броят на оборотите на 1 волт на това ядро ​​ще бъде: n = 0,7 / Sk = 0,7 / 0,56 = 1,25 оборота.
Броят на завъртанията в първичната намотка на трансформатора ще бъде: w1 \u003d n x 145 \u003d 1,25 x 145 \u003d 181,25. Нека направим 182 завъртания.
Когато избирах дебелината на проводника за намотките, изхождах от таблицата "".
В моя трансформатор използвах в първичната намотка проводник с диаметър 0,43 mm. (тел с голям диаметър не се вписва в прозореца). Има площ на напречното сечение S = 0,145 mm2. Допустим ток(виж таблицата) I = 0,29 A.
Мощността на първичната намотка ще бъде: P \u003d V x I \u003d 145 x 0,29 \u003d 42 вата.
Върху първичната намотка трябва да се постави съединителна намотка. Трябва да извежда напрежение v3 = 6 волта. Броят на завъртанията ще бъде: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 завъртания. Нека направим 7 завъртания. Диаметър на телта 0,3 - 0,4 мм.
След това вторичната намотка w2 се навива. Броят на завъртанията на вторичната намотка зависи от необходимото напрежение. Вторичната намотка, например при 30 волта, се състои от две равни полунамотки, w3-1 и w3-2).
Токът във вторичната намотка, като се вземе предвид ефективността (k \u003d 0,95) на трансформатора: I \u003d k x P / V = ​​0,95 x 42 вата / 30 волта = 1,33 A;
Нека изберем проводник за този ток. Използвах телта, която имах в наличност, с диаметър 0,6 мм. Неговата S = 0,28 mm2
Допустимият ток на всяка от двете полунамотки е I = 0,56 A. Тъй като тези две вторични полунамотки работят заедно, общият ток е 1,12 A, което е малко по-различно от номиналния ток от 1,33 A.
Броят на завъртанията във всяка половин намотка за напрежение от 30 волта: w2.1 \u003d w2.2 \u003d n x 30 \u003d 1.25 x 30 \u003d 37.5 vit.
Нека направим 38 оборота във всяко полунавиване.
Мощност на изхода на трансформатора: Pout \u003d V x I \u003d 30 V x 1,12 A \u003d 33,6 вата, което, като се вземат предвид загубите в проводника и сърцевината, е съвсем нормално.

Всички намотки: първична, вторична и комуникационна намотка пасват перфектно в прозореца So = 150 mm.kv.

По този начин вторичната намотка може да бъде проектирана за всяко напрежение и ток в рамките на дадена мощност.

Втори пример.
Сега нека експериментираме. Нека добавим две еднакви жила № 17, Ш 7,5 х 7,5.

В този случай площта на напречното сечение на магнитната верига "Sk" ще се удвои. Sk \u003d 56 x 2 \u003d 112 mm.sq. или 1.12 см.кв.
Площта на прозореца ще остане същата "So" = 150 mm2. Индикаторът n (броят завъртания на 1 волт) ще намалее. n \u003d 0,7 / Sk \u003d 0,7 / 1,12 \u003d 0,63 вит./волт.
Следователно броят на завоите в първичната намотка на трансформатора ще бъде:
w1 \u003d n x 145 \u003d 0,63 x 145 \u003d 91,35. Нека направим 92 завъртания.

В намотката за обратна връзка w3, за 6 волта, ще бъде: w3 \u003d n x v3 \u003d 0,63 x 6 \u003d 3,78 оборота. Да направим 4 завъртания.
Нека вземем напрежението на вторичната намотка, както в първия пример, равно на 30 волта.
Броят на завъртанията на вторичните полунамотки, всеки 30 волта: w2.1 \u003d w2.2 \u003d n x 30 \u003d 0,63 x 30 \u003d 18,9. Нека направим 19 завъртания.
Използвах тел за първична намотка с диаметър 0,6 мм. : сечение на проводника 0,28 mm2, ток 0,56 A.
С този проводник мощността на първичната намотка ще бъде: P1 \u003d V1 x I \u003d 145 V x 0,56 A \u003d 81 вата.
Навих вторичната намотка с тел с диаметър 0,9 мм. 0,636 mm2 за ток от 1,36 ампера. За две полунамотки токът във вторичната намотка е 2,72 ампера.
Мощността на вторичната намотка P2 \u003d V2 x I \u003d 30 x 2,72 \u003d 81,6 вата.
Тел с диаметър 0,9 мм. малко голям, пасва с голям марж, не е лош.

Използвам намотаващия проводник със скорост 2 A на квадратен милиметър (по този начин той се нагрява по-малко и спадът на напрежението върху него ще бъде по-малък), въпреки че всички „фабрични“ трансформатори се навиват със скорост 3 - 3,5 A на mm квадрат. и инсталирайте вентилатор за охлаждане на намотките.
Общото заключение от тези изчисления е:
- при добавяне на две еднакви W - образни ядра, площта "Sk" се удвоява със същата площ на прозореца "So".
- броят на завъртанията в намотките (в сравнение с първия вариант) се променя.
- първична намотка w1 от 182 оборота се намалява до 92 оборота;
- вторичната намотка w2 е намалена от 38 оборота на 19 оборота.

Това означава, че в същия прозорец „So“, с намаляване на броя на намотките в намотките, е възможно да се постави по-дебел проводник на намотките, тоест да се удвои реалната мощност на трансформатора.

Навих такъв трансформатор със сгънати ядра № 17, направих рамка за тях.

Трябва да се има предвид, че трансформаторите първо и второнапример, може да се използва при по-малко натоварване, до 0 вата. UPS е с доста добро и стабилно напрежение.

Сравнете външен видтрансформатори: пример-1, с едно ядро ​​и пример-2, с две прегънати ядра. Действителните размери на трансформаторите варират леко.

Анализът на феритни сърцевини #18 и #19 е подобен на предишните примери.
Всички извършени от нас изчисления са теоретични оценки. Всъщност получаването на такава мощност от UPS на трансформатори с тези размери е доста трудно. Влизат в сила характеристиките на конструкцията на веригите на самите импулсни захранвания. Схема.
Изходното напрежение (и следователно изходната мощност) зависи от много фактори:
- капацитет на мрежовия електролитен кондензатор C1,
- контейнери C4 и C5,
- падане на мощността в проводниците на намотките и в самата феритна сърцевина;
- падане на мощността на ключовите транзистори в генератора и на изходните токоизправителни диоди.
Общата ефективност "k" на такива импулсни захранвания е около 85%.
Тази цифра все още е по-добра от тази на токоизправител с трансформатор със стоманена сърцевина, където k = 60%. Въпреки факта, че размерите и теглото на UPS на ферит са значително по-малки.

Редът за сглобяване на феритния W - трансформатор.

Използва се готов или сглобен - прави се нова рамка по размерите на ядрото.
Как да направите "" вижте тук. Въпреки че тази статия говори за рамка за трансформатор със стоманена сърцевина, описанието е доста подходящо за нашия случай.
Рамката трябва да бъде поставена върху дървен дорник. Намотката на трансформатора се извършва ръчно.
Първичната намотка първо се навива върху рамката. Завой до завой, запълва се първият ред, след това слой тънка хартия, лакиран плат, след това вторият ред тел и т.н. В началото и края на проводника (може да се използва изолация от монтажния проводник) се слага тънка PVC тръба, която да втвърди проводника, за да не се откъсне.
Два слоя хартия се нанасят върху първичната намотка (изолация между намотките), след което е необходимо да се навият намотките на съединителната намотка w3. Намотката w3 има малко навивки и затова се поставя на ръба на рамката. След това се прилагат завъртания на вторичната намотка. Тук е желателно да се действа по такъв начин, че завоите на вторичната намотка w2 да не са разположени върху завоите w3. В противен случай може да възникнат неизправности в импулсното захранване.
Навиването се извършва веднага с два проводника (две полунамотки), завой до завой в ред, след това слой хартия или тиксо и вторият ред от два проводника. Не можете да поставите PVC тръба върху краищата на жицата, защото. Жицата е дебела и няма да се скъса. Готовата рамка се отстранява от дорника и се поставя върху феритна сърцевина. Предварително проверете сърцевината за празнина.
Ако рамката е стегната върху сърцевината, бъдете много внимателни, феритът се счупва много лесно. Счупеното ядро ​​може да се залепи. Лепя с PVA лепило, последвано от сушене.
Сглобеният феритен трансформатор за здравина се затяга в края с лента. Необходимо е да се гарантира, че краищата на половините на сърцевината съвпадат без празнина и изместване.

Как да изчислим и навием импулсен трансформатор за полумостово захранване?

Става въпрос за "мързеливо навиване". Това е, когато сте твърде мързеливи, за да преброите завоите. https://website/

Най-интересните видеоклипове в Youtube

Изборът на вида на магнитната верига.

Най-универсалните магнитни ядра са W-образни и чашовидни бронирани ядра. Те могат да се използват във всяко импулсно захранване, благодарение на възможността за настройка на разстоянието между частите на сърцевината. Но ние ще навием импулсен трансформатор за полумостов преобразувател с натискане и дръпване, чиято сърцевина не се нуждае от празнина и следователно пръстеновидната магнитна верига ще пасне идеално. https://website/

За сърцевината на пръстена не е необходимо да правите рамка и да правите устройство за навиване. Единственото нещо, което трябва да направите, е да направите обикновена совалка.

Картината показва M2000NM феритно магнитно ядро.

Възможно е да се определи стандартният размер на пръстеновидната магнитна верига чрез следните параметри.

D е външният диаметър на пръстена.

d е вътрешният диаметър на пръстена.

Получаване на първоначални данни за просто изчисляване на импулсен трансформатор.

Захранващо напрежение.

Спомням си, когато чужденците още не бяха приватизирали нашите електропреносни мрежи, аз построих импулсен блокхранене. Работата се проточи през нощта. По време на последните тестове изведнъж се оказа, че ключовите транзистори започнаха да се нагряват много. Оказа се, че мрежовото напрежение е скочило до 256 волта през нощта!

Разбира се, 256 волта е твърде много, но не трябва да се фокусирате и върху GOST 220 + 5% -10%. Ако изберете за максимално напрежение на мрежата 220 волта + 10%, тогава:

242*1.41=341.22V(разглеждаме стойността на амплитудата).

341,22 - 0,8 * 2 ≈ 340V(извадете капката през токоизправителя).

Индукция.

Определяме приблизителната стойност на индукцията според таблицата.

Пример: M2000NM - 0.39T.

Честота.

Честотата на генериране на преобразувател със самовъзбуждане зависи от много фактори, включително големината на натоварването. Ако изберете 20-30 kHz, тогава е малко вероятно да направите голяма грешка.

Гранични честоти и стойности на индукция на широко разпространени ферити.

Манган-цинкови ферити.

Параметър	Феритен клас
	6000NM	4000NM	3000NM	2000nm	1500NM	1000NM
	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никел-цинкови ферити.

Параметър	Феритен клас
	200NN	1000NN	600NN	400NN	200NN	100NN
Гранична честота при tg δ ≤ 0,1, MHz	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Магнитна индукция B при Hm = 800 A / m, T	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Как да изберем феритно пръстеновидно ядро?

Можете да изберете приблизителния размер на феритния пръстен, като използвате калкулатор за изчисляване на импулсни трансформатори и ръководство за феритни магнитни ядра. И двете могат да бъдат намерени в.

Във формуляра на калкулатора въвеждаме данните на предложената магнитна верига и данните, получени в предишния параграф, за да определим общата мощност на сърцевината.

Не трябва да избирате размерите на пръстена, близки до максималната мощност на натоварване. Не е толкова удобно да навивате малки пръстени и ще трябва да навивате много повече обороти.

Ако свободно пространствов случай на бъдещ дизайн е достатъчно, тогава можете да изберете пръстен с очевидно по-висока обща мощност.

На мое разположение беше пръстенът M2000NM, размер K28x16x9mm. Въведох входните данни във формата на калкулатора и получих обща мощност от 87 вата. Това е повече от достатъчно за моето захранване от 50 вата.

Стартирайте програмата. Изберете "Изчисляване на трансформаторния полумостов преобразувател с главен осцилатор".

За да предотвратите „псуването“ на калкулатора, попълнете прозорците, които не се използват за изчисляване на вторичните намотки, с нули.

Как да изчислим броя на завъртанията на първичната намотка?

Въвеждаме първоначалните данни, получени в предишните параграфи, във формата на калкулатор и получаваме броя на завъртанията на първичната намотка. Чрез промяна на размера на пръстена, марката на ферита и честотата на генериране на преобразувателя, можете да промените броя на завъртанията на първичната намотка.

Трябва да се отбележи, че това е много, много опростено изчисление на импулсен трансформатор.

Но свойствата на нашето прекрасно самовъзбуждащо се захранване са такива, че самият преобразувател се адаптира към параметрите на трансформатора и товара чрез промяна на честотата на генериране. И така, с увеличаването на натоварването и опита на трансформатора да влезе в насищане, честотата на генериране се увеличава и работата се нормализира. По същия начин се компенсират малки грешки в нашите изчисления. Опитах се да променя броя на завъртанията на същия трансформатор с повече от един и половина пъти, което е отразено в примерите по-долу, но не можах да намеря значителни промени в работата на PSU, с изключение на промяна в честота на генериране.

Как да изчислим диаметъра на проводника за първична и вторична намотка?

Диаметърът на проводника на първичната и вторичната намотка зависи от параметрите на PSU, въведени във формуляра. Колкото по-голям е токът на намотката, толкова по-голям е необходимият диаметър на проводника. Първичният ток е пропорционален на "използваемата мощност на трансформатора".

Характеристики на навиващи импулсни трансформатори.

Намотката на импулсни трансформатори, и по-специално трансформатори на пръстеновидни и тороидални магнитни ядра, има някои характеристики.

Факт е, че ако някоя намотка на трансформатора не е равномерно разпределена по периметъра на магнитната верига, тогава отделни секциимагнитните вериги могат да влязат в насищане, което може да доведе до значително намаляване на мощността на PSU и дори да доведе до неговата повреда.

Опитваме се да навием „мързеливото навиване“. И в този случай най-лесният начин е да навиете еднослойна намотка "намотка на намотка".

Какво е необходимо за това?

Необходимо е да се избере проводник с такъв диаметър, че да пасне "завой до завой", в един слой, в прозореца на съществуващото пръстеновидно ядро ​​и дори така, че броят на завъртанията на първичната намотка да не се различава много от изчислената.

Ако броят на завоите, получен в калкулатора, не се различава с повече от 10-20% от броя, получен във формулата за изчисляване на полагането, тогава можете безопасно да навиете намотката, без да броите завоите.

Вярно е, че за такава намотка най-вероятно ще е необходимо да изберете магнитопровод с леко надценена обща мощност, което вече посъветвах по-горе.

1 - пръстеновидно ядро.

2 - уплътнение.

3 - намотки.

Картината показва, че при навиване "намотка на намотка", изчисленият периметър ще бъде много по-малък от вътрешния диаметър на феритния пръстен. Това се дължи на диаметъра на самия проводник и дебелината на уплътнението.

Всъщност действителният периметър, който ще бъде запълнен с тел, ще бъде още по-малък. Това се дължи на факта, че намотаващият проводник не се придържа към вътрешната повърхност на пръстена, образувайки празнина. Освен това има пряка връзка между диаметъра на жицата и размера на тази празнина.

Не е необходимо да увеличавате напрежението на проводника при навиване, за да намалите тази празнина, тъй като това може да повреди изолацията и самия проводник.

Като използвате емпиричната формула по-долу, можете да изчислите броя на навивките въз основа на диаметъра на съществуващия проводник и диаметъра на прозореца на сърцевината.

Максималната грешка при изчисление е приблизително -5% + 10% и зависи от плътността на полагане на проводника.

w = π(D - 10S - 4d) / d, където:

w- броя на завъртанията на първичната намотка,

π – 3,1416,

де вътрешният диаметър на пръстеновидната магнитна верига,

С- дебелината на изолационното уплътнение,

д- диаметър на проводника с изолация,

/ - дробна линия.

Как да измерите диаметъра на жицата и да определите дебелината на изолацията - казано.

За по-лесно вижте тази връзка:

Няколко примера за изчисляване на реални трансформатори.

● Мощност - 50 вата.

Магнитопровод - К28 х 16 х 9.

Тел - Ø0.35мм.

w \u003d π (16 - 10 * 0,1 - 4 * 0,39) / 0,39 ≈ 108 (обороти).

Наистина годни - 114 оборота.

● Мощност - 20 вата.

Магнитопровод - К28 х 16 х 9.

Тел - Ø0.23мм.

w \u003d π (16 - 10 * 0,1 - 4 * 0,25) / 0,25 ≈ 176 (обороти).

Наистина годни - 176 оборота.

● Мощност - 200 вата.

Магнитопровод - два ринга К38 х 24 х 7.

Тел - Ø1.0мм.

w \u003d π (24 - 10 * 0,1 - 4 * 1,07) / 1,07 ≈ 55 (обороти).

Наистина пасва на 58 оборота.

В практиката на радиолюбител рядко е възможно да се избере диаметърът на намотаващия проводник с необходимата точност.

Ако жицата се оказа твърде тънка за навиване "завой на завой" и това често се случва при навиване на вторични намотки, тогава винаги можете леко да разтегнете намотката, като раздалечите завоите. И ако няма достатъчно напречно сечение на проводника, тогава намотката може да бъде навита на няколко проводника наведнъж.

Как да навия импулсен трансформатор?

Първо трябва да подготвите феритния пръстен.

За да не може проводникът да пробие изолационното уплътнение и да не се повреди, препоръчително е да затъпите острите ръбове на феритното ядро. Но това не е необходимо, особено ако жицата е тънка или се използва надеждно уплътнение. По някаква причина винаги правя това.

С помощта на шкурка закръглете външните остри ръбове.

Правим същото и с вътрешните повърхности на пръстена.

За да се предотврати повреда между първичната намотка и сърцевината, около пръстена трябва да се навие изолиращо уплътнение.

Като изолационен материал можете да изберете лакирана кърпа, фибростъкло, защитна лента, филм от лавсан или дори хартия.

Когато навивате големи пръстени с тел, по-дебел от 1-2 мм, е удобно да използвате лента за пазене.

Понякога при производството на домашни импулсни трансформатори радиолюбителите използват флуоропластична лента - FUM, която се използва във водопровода.

Удобно е да се работи с тази лента, но флуоропластите имат студена течливост и налягането на жицата в областта на острите ръбове на пръстена може да бъде значително.

Във всеки случай, ако ще използвате лентата FUM, поставете лента от електрически картон или обикновена хартия по ръба на пръстена.

Когато навивате уплътнението на пръстени с малки размери, е много удобно да използвате монтажна кука.

Монтажната кука може да бъде направена от парче стоманена тел или спица за велосипед.

Внимателно навиваме изолационната лента около пръстена, така че всеки следващ завой да припокрива предишния от външната страна на пръстена. Така изолацията извън пръстена става двуслойна, а отвътре - четири или пет пласта.

За да навием първичната намотка, имаме нужда от совалка. Може лесно да се направи от две парчета дебела медна тел.

Доста лесно е да се определи необходимата дължина на навиващия проводник. Достатъчно е да измерите дължината на един оборот и да умножите тази стойност по необходимия брой обороти. Малка надбавка за заключения и грешка в изчислението също не боли.

34 (mm) * 120 (обръща се) * 1,1 (пъти) = 4488 (mm)

Ако за навиване се използва тел, по-тънък от 0,1 mm, отстраняването на изолацията със скалпел може да намали надеждността на трансформатора. По-добре е да премахнете изолацията на такъв проводник с поялник и таблетка аспирин (ацетилсалицилова киселина).

Бъди внимателен! При разтапяне на ацетилсалицилова киселина се отделят токсични изпарения!

Ако за всяка намотка се използва проводник с диаметър по-малък от 0,5 mm, тогава е по-добре да направите проводниците от многожилен проводник. Запояваме парче многожилен изолиран проводник към началото на първичната намотка.

Изолираме мястото на запояване с малко парче електрически картон или обикновена хартия с дебелина 0,05 ... 0,1 mm.

Навиваме началото на намотката, за да фиксираме надеждно кръстовището.

Извършваме същите операции с изхода на края на намотката, само този път фиксираме кръстовището с памучни конци. За да не отслабне напрежението на конеца, докато завързвате възела, закрепваме краищата на конеца с капка разтопен колофон.

Ако за навиване се използва тел с дебелина над 0,5 mm, тогава заключенията могат да бъдат направени със същия проводник. В краищата трябва да поставите парчета PVC или друга тръба (камбрик).

След това заключенията заедно с тръбата трябва да бъдат фиксирани с памучен конец.

Над първичната намотка навиваме два слоя лакирана кърпа или друга изолационна лента. Това уплътнение на намотката е необходимо за надеждно изолиране на вторичните вериги на захранването от осветителната мрежа. Ако се използва тел с диаметър над 1 милиметър, тогава е добра идея да използвате защитна лента като уплътнение.

Ако възнамерявате да използвате, тогава можете да навиете вторичната намотка в два проводника. Това ще осигури пълна симетрия на намотките. Завоите на вторичните намотки също трябва да бъдат равномерно разпределени по периметъра на сърцевината. Това важи особено за най-мощните намотки по отношение на мощността. Вторичните намотки, които приемат малка, в сравнение с общата мощност, могат да бъдат навити произволно.

Ако под ръка не е имало проводник с достатъчно напречно сечение, тогава можете да навиете намотката с няколко паралелно свързани проводника.

На снимката вторичната намотка е навита в четири проводника.

Различни видове трансформаторно оборудване се използват в електронни и електрически вериги, които се търсят в много области на икономическата дейност. Например, импулсните трансформатори (наричани по-нататък IT) са важен елемент, инсталиран в почти всички съвременни захранвания.

Конструкция (типове) на импулсни трансформатори

В зависимост от формата на сърцевината и разположението на бобините върху нея, IT се произвеждат в следните конструкции:

• прът;
  
• бронирани;
  
• тороидален (няма намотки, проводникът е навит върху изолирана сърцевина);
  
• брониран прът;
  

Цифрите показват:

• A - магнитна верига, изработена от класове трансформаторна стомана, изработена по технологията на студено или горещо валцуван метал (с изключение на тороидална сърцевина, тя е направена от ферит);
• B - намотка от изолационен материал
• C - проводници, които създават индуктивна връзка.

Имайте предвид, че електрическата стомана съдържа малко добавки от силиций, тъй като причинява загуба на мощност от ефекта на вихрови токове върху веригата на магнитната верига. При ИТ с тороидален дизайн сърцевината може да бъде направена от валцована или феримагнитна стомана.

Плочите за комплект електромагнитно ядро ​​се избират по дебелина в зависимост от честотата. С увеличаване на този параметър е необходимо да се монтират плочи с по-малка дебелина.

Принцип на действие

Основната характеристика на трансформаторите импулсен тип(наричани по-нататък IT) се състои в това, че към тях се прилагат еднополярни импулси с постоянен компонент на тока и следователно магнитната верига е в състояние на постоянно отклонение. Показано по-долу електрическа схемасвързване на такова устройство.

Схема: свързване на импулсен трансформатор

Както можете да видите, схемата на свързване е почти идентична с конвенционалните трансформатори, което не може да се каже за диаграмата на времето.

Първичната намотка получава импулсни сигнали с правоъгълна форма e (t), интервалът между които е доста кратък. Това предизвиква нарастване на индуктивността през интервала t u , след което се наблюдава нейният спад в интервала (T-t u).

Индукционните спадове възникват със скорост, която може да бъде изразена чрез времевата константа по формулата: τ p =L 0 /R n

Коефициентът, описващ разликата на индуктивната разлика, се определя, както следва: ∆V=V max - V r

• B max - нивото на максималната стойност на индукция;
• В r - остатък.

По-ясно разликата в индукциите е показана на фигурата, показваща изместването на работната точка в магнитната верига IT.

Както може да се види на времедиаграмата, вторичната намотка има ниво на напрежение U 2, в което има обратни удари. Така се проявява акумулираната в магнитопровода енергия, която зависи от намагнитването (параметър i u).

Токовите импулси, преминаващи през първичната намотка, са с трапецовидна форма, тъй като натоварването и линейните токове (причинени от намагнитването на сърцевината) се комбинират.

Нивото на напрежението в диапазона от 0 до t u остава непроменено, неговата стойност e t =U m . Що се отнася до напрежението на вторичната намотка, то може да се изчисли по формулата:

където:

• Ψ е параметърът на свързване на потока;
• S е стойност, която показва напречното сечение на магнитната сърцевина.

Като се има предвид, че производната, характеризираща промените в тока, преминаващ през първичната намотка, е постоянна стойност, увеличаването на нивото на индукция в магнитната верига става линейно. Въз основа на това е допустимо вместо производната да се въведе разликата на индикаторите, направени след определен интервал от време, което ви позволява да правите промени във формулата:

в този случай ∆t ще се идентифицира с параметъра t u , който характеризира продължителността, с която протича импулсът на входното напрежение.

За да се изчисли площта на импулса, с която се формира напрежението във вторичната намотка на IT, е необходимо да се умножат двете части на предишната формула по t u. В резултат на това ще стигнем до израз, който ни позволява да получим основния ИТ параметър:

U m x t u = S x W 1 x ∆V

Имайте предвид, че стойността на площта на импулса зависи пряко от параметъра ∆В.

Втората най-важна стойност, характеризираща работата на ИТ, е индукционният спад, той се влияе от такива параметри като напречното сечение и магнитната пропускливост на сърцевината на магнитната верига, както и броя на завоите на намотката:

Тук:

• L 0 - индукционна разлика;
• µ a е магнитната проницаемост на сърцевината;
• W 1 - броят на завъртанията на първичната намотка;
• S е площта на напречното сечение на сърцевината;
• l cp - дължина (периметър) на сърцевината (магнитна верига)
• B r е стойността на остатъчната индукция;
• В max - нивото на максималната стойност на индукцията.
• H m - Сила на магнитното поле (максимум).

Като се има предвид, че параметърът на индуктивността IT изцяло зависи от магнитната проницаемост на сърцевината, изчислението трябва да се основава на максималната стойност на µ a, която е показана от кривата на намагнитване. Съответно, за материала, от който е направена сърцевината, нивото на параметъра B r, който отразява остатъчната индукция, трябва да бъде минимално.

Видео: Подробно описаниепринцип на работа на импулсен трансформатор

Въз основа на това лентата, изработена от трансформаторна стомана, е идеална за ролята на материал за ИТ сърцевина. Можете също да използвате пермалой, в който такъв параметър като коефициентът на квадратност е минимален.

Сърцевините от феритни сплави са идеални за високочестотни ИТ, тъй като този материал има ниски динамични загуби. Но поради ниската му индуктивност е необходимо да се направи IT с големи размери.

Изчисляване на импулсен трансформатор

Помислете как е необходимо да се изчисли IT. Имайте предвид, че ефективността на устройството е пряко свързана с точността на изчисленията. Като пример, нека вземем конвенционална преобразувателна верига, която използва тороидален тип IT.

На първо място, трябва да изчислим нивото на ИТ мощност, за това използваме формулата: P \u003d 1,3 x P n.

Стойността на P n показва колко мощност ще консумира товарът. След това изчисляваме общата мощност (P gb), тя не трябва да бъде по-малка от мощността на натоварване:

Необходими параметри за изчисление:

• S c - показва площта на напречното сечение на тороидалното ядро;
• S 0 - площта на неговия прозорец (като намек, тази и предишната стойност са показани на фигурата);

• B max е максималната пикова индукция, зависи от това коя марка феромагнитен материал се използва (референтната стойност е взета от източници, описващи характеристиките на класове ферит);
• f е параметър, характеризиращ честотата, с която се преобразува напрежението.

Следващата стъпка е да се определи броят на завъртанията в първичната намотка Tr2:

(резултатите са закръглени)

Стойността на U I се определя от израза:

U I \u003d U / 2-U e (U е захранващото напрежение към преобразувателя; U e е нивото на напрежение, подадено към емитерите на транзисторни елементи V1 и V2).

Пристъпваме към изчисляването на максималния ток, преминаващ през първичната намотка на IT:

Параметърът η е равен на 0,8, това е ефективността, с която трябва да работи нашият преобразувател.

Диаметърът на проводника, използван в намотката, се изчислява по формулата:

Ако имате проблеми с дефинирането на основните параметри на ИТ, можете да намерите тематични сайтове в интернет, които ви позволяват онлайн режимизчислете всякакви импулсни трансформатори.

П.А. Кошелев, А.А. Цариашвили
Санкт Петербургски електротехнически университет "ЛЕТИ", Санкт Петербург, Русия

Направен е преглед на съществуващите магнитни материали, използвани за сърцевините на високочестотни трансформатори. Разгледана е техника за създаване на модел на трансформатор в програмата Microcap 9. Представен е пример за изчисляване на основните характеристики на едноцикличен обратен преобразувател с високочестотен трансформатор и е извършено моделиране.

Ключови думи: магнитни материали, пермалой, обратноходов преобразувател.

Въведение

Импулсните захранвания (SMPS) стават популярни поради висока ефективност, висока плътност на мощността и ниски параметри на теглото и размера, висока енергийна плътност. Чрез използването на широчинно-импулсна модулация (PWM) те са в състояние да стабилизират напрежението в широк диапазон.

Една от най-широко използваните вериги на превключващо захранване с ниска мощност е веригата на обратния преобразувател (FC), показана на фигура 1. Тази схема преобразува едно постоянно напрежение в друго чрез регулиране на изходното напрежение чрез модулация на ширината на импулса (PWM) или модулация на честотата на импулса (ЧИМ).

Фигура 1 - Типична диаграма на обратноходов преобразувател

Методът на работа на силовата част на ОП е доста прост. През периода, когато транзист VT 1 е отворен, токът започва да нараства линейно в първичната намотка на трансформатора (TR). Във вторичната намотка токът не тече поради обърнатия диод VD 1. Когато транзисторът се затвори, полярността на напрежението на вторичната намотка на TR се променя, в него започва да тече ток, който зарежда изходния кондензатор и захранва товара. С други думи, през първата част от периода OP трансформаторът съхранява енергия в магнитното поле на сърцевината, която след това се реализира в товара.

Значението на ШИМ е следното. Тъй като продължителността на включеното състояние на транзистора се увеличава, TP съхранява повече мощност в себе си, което означава, че изходът на веригата ще бъде повече напрежение. По този начин, чрез регулиране на продължителността на включеното състояние на транзистора, е възможно да се контролира изходното напрежение на веригата.

Поради преобладаването на импулсни захранвания, работещи на висока честота, препоръчително е да се прегледат съществуващите магнитни материали за RF TR.

Не всички феромагнетици са подходящи за производство на трансформатори и дросели, особено високочестотни. Най-подходящите свойства, които тези материали трябва да имат са:

Материалът трябва лесно да се магнетизира и демагнетизира, тоест да е магнитно мек - да има тесен хистерезис, ниска коерцитивна сила, висока начална и максимална магнитна пропускливост;

Материалът трябва да има висока индукция на насищане, което ще позволи на разработчика да намали размера и теглото на електрическите продукти;

Материалът трябва да има възможно най-ниските загуби на повторно намагнитване и вихрови токове;

Материалът трябва да има слаба зависимост от магнитни свойства механично напрежениевид напрежение и компресия;

Материалът трябва да запази своите магнитни характеристики в максималната възможна степен при промени в температурата, влажността и с течение на времето.

В повечето справочници магнитните материали се класифицират в три основни групи:

а) проводими - електротехнически стомани и сплави (пермалой);

б) полупроводникови - ферити;

в) диелектрик - магнитодиелектрици.

Използването на материали, принадлежащи към различни групи, има свои собствени характеристики. При производството на електромагнитни елементи, работещи при честоти от 50 Hz до 10 kHz, се използват електрически стомани, при честоти от 5 ... 10 до 20 ... 30 kHz - електрически сплави, при честоти от няколко килохерца и по-високи - ферити и магнитодиелектрици. Някои видове електрически сплави от така наречените микронни валцувани продукти работят на честоти до няколкостотин килохерца. Но във всеки случай трябва да помним, че горната честота на материала е ограничена от загубите в него за хистерезис и вихрови токове.

Нека сравним най-често използваните високочестотни магнитни материали: ферити, алсифери и пресперми.

Феритите се използват най-често в силови импулсни технологии. Те са поликристални многокомпонентни съединения, произведени по специална технология, тотална химична формулакойто MeFe2O3 (където Me е всеки феромагнетик, например Mn, Zn, Ni). Като полупроводници, феритите имат високи стойности на собственото си електрическо съпротивление, надвишаващо съпротивлението на стоманите с 50 пъти или повече. Именно това обстоятелство прави възможно използването на ферити в индуктивни елементи, работещи при високи честоти, без страх, че загубите от вихрови токове могат да се увеличат рязко. Домашните манган-цинкови ферити от марките NM и никел-цинковите ферити от марките HN са най-широко използвани в енергетиката. Когато избирате между тези класове, предпочитание, разбира се, трябва да се даде на ферити с клас NM, тъй като те имат по-висока температура на Кюри (температурата, при която феромагнитите губят своите феромагнитни свойства), което им позволява да работят при по-високи температури. високи температурипрегряване. Загубата на хистерезис на манган-цинковите ферити е с порядък по-малка от тази на никел-цинковите. Феритите клас NM имат висока устойчивост на механични натоварвания. въпреки това електрическо съпротивлениеИма по-малко ферити клас NM отколкото ферити клас HN, така че последните могат да работят при по-високи честоти. Кривите на намагнитване на манган-цинк (NM) от никел-цинкови (NN) ферити са показани на фигура 2.

1 -4000 NM, 2 - 3000 NM, 3 - 2000 NM, 4 - 1000 NM, 5 - 2000 NM, 6 - 600 NM, 7 - 400 NM, 8 - 200 NM

Фигура 2 - Криви на намагнитване на манган-цинк (NM)
от никел-цинкови (HH) ферити

Алсиферите са вид магнитодиелектрици, широко използвани в технологията на силови импулси. Основата на магнитния пълнител на алсиферите е тройната сплав Al-Si-Fe (алуминий, силиций, желязо). Вътрешната промишленост произвежда 6 класа алсифери с относителна пропускливост от 22 до 90, предназначени за работа в температурен диапазон от -60 до +120 ° C. Фигура 3 показва кривите на намагнитване на алсифери от степени TCh-60, GCh-32, VCh-22.

Преспермите са магнитодиелектрици, произведени на базата на Мо-пермалой. Изработени са от фин метален прах на основата на пермалой с високо съдържание на никел, легиран с молибден. Преспермите имат висока магнитна пропускливост и ниски загуби на хистерезис. Вътрешната индустрия е разработила 10 марки нетермокомпенсирани пресперми и същия брой термокомпенсирани. Параметрите на някои представители са показани в таблица 1. Към обозначението на термокомпенсирани пресперми се добавя буквата „К“. Числото в обозначението на марката е номиналната магнитна проницаемост. Горната работна честота на сърцевините от MO-permalloy е 100 kHz.

Фигура 3 - Криви на намагнитване на Alsifer
степени 1-ТЧ-60, 2-ГЧ-32, 3-ВЧ-22.

маса 1 - Параметри на домашните сперми

Фигура 4 показва кривите на намагнитване на пресперми от най-често срещаните марки.

Фигура 4 - а) криви на намагнитване на пресперми;
б) криви на промените в пропускливостта от силата на външното поле:
1 - MP-250; 2 - MP-140; 3 - MP-100; 4 - MP-60

Всички импулсни източници с индуктивни елементи според вида на преобразуването могат да бъдат разделени на два големи класа: източници с трансформатори и източници с акумулиране на енергия в индуктивен елемент и последващото му внедряване в товара. Първите включват мостови и полумостови вериги на инвертори на напрежение, верига на едноцикличен преден преобразувател. Към втория - понижаващи и повишаващи стабилизатори, разнообразие от едноциклични и двуциклени преобразуватели, по-специално схема на преобразувател с един цикъл.

В първия случай, в съответствие с формулата за изчисление на ЕМП на TR намотката (1), размерите на индуктивния елемент се влияят значително от Vм - максимална индукция на насищане в материала на сърцевината.

Във втория случай, според формула (11), най-голямо влияние върху размерите на индуктивния елемент има H макс - стойността на максималната сила на магнитното поле в сърцевината. Грубо казано, смисълът H макс характеризира способността на основния материал да съхранява енергия.

По този начин, в случай на използване на предна верига на едноцикличен преобразувател, е необходимо да се избере материал с най-висока индукция на насищане, в случай на обратна верига, с най-висока сила на магнитното поле вътре в сърцевината. Алсиферите и преспермите имат най-високата сила на магнитното поле, но алсиферите имат по-висока площ на хистерезис, което означава, че ще имат големи загуби. Затова ще изберем серията MP за основен материал.

Литература

1. Nivelt G.S., Mazel K.B. и др.. Източници на захранване на радиоелектронна апаратура: Наръчник, изд. Naivelt G.S. - М.: Радио и комуникация, 1985. - 576 с.

2. Березин О.К., Костников В.Г., Шахнов В.А. REA източници на захранване. - М.: "Три L", 2000. - 400 с.

3. Irving M. Gottlieb Захранващи устройства, превключващи регулатори, инвертори и преобразуватели, 2-ро издание. – McGraw-Hill, 1994

4. Семенов Б.Ю. Силова електроника: от просто към сложно. – М.: СОЛОН-Прес, 2005. – 416 с.: ил. (Поредица "Библиотечен инженер")

5. http://rusgates.ru/ Официален сайт на производителя на магнитни ядраJSC "Ferropribor" (дъщерни дружества на LLC "Neva-Ferrit" и LLC "Magnit")

6. Микросхеми за импулсни захранвания и тяхното приложение. 2-ро издание, рев. и допълнителни - М .: Издателство "Додека- XXI", 2001. - 608 с.

7. Amelina M.A., Amelin S.A. Програма за симулация на веригиМикро капачка 8. -М .: Гореща линия-Телеком, 2007. - 464 с. аз ще.

Библиографска връзка към статията:
П.А. Кошелев, А.А. Tsariashvili Изчисляване и моделиране на високочестотен трансформатор като част от едноцикличен обратен преобразувател // Онлайн електротехник: Енергетика. Нови технологии, 2014..php?id=134 (Дата на достъп: 25.08.2019 г.)