A jednak zostałem zaproszony! Teraz praca z artykułami pójdzie szybciej. Początkowo chciałem, aby obwody z jakiegoś bloku były tematem następnej części, ale czego się spodziewać? Ale potem przypomniał sobie swoją szkolną młodość i bardzo wielki problem, z którym się zmierzył - jak zrobić nieznane mi wówczas urządzenie z bestii - transformator impulsowy . Minęło dziesięć lat i rozumiem, że wielu (i nie tylko początkujących) radioamatorów, elektroników i studentów ma takie trudności - po prostu się ich boją, a w efekcie starają się unikać potężnych zasilaczy impulsowych (dalej IIP).
Po tych refleksjach doszedłem do wniosku, że pierwszy temat powinien dotyczyć transformatora i nic więcej! Chciałbym też zrobić rezerwację: co mam na myśli pod pojęciem „potężnych zasilaczy impulsowych” – są to moce od 1 kW wzwyż, czyli w przypadku zakochanych co najmniej 500 watów.

Rysunek 1 - Oto taki transformator o mocy 2 kW dla mostka H, ​​na którym skończymy

Wielka bitwa czy jaki materiał wybrać?

Kiedyś, po wprowadzeniu technologii impulsowej do mojego arsenału, pomyślałem, że transformatory mogą być wykonane tylko na ferrycie dostępnym dla każdego. Po zebraniu pierwszych projektów, w pierwszej kolejności postanowiłem poddać je ocenie bardziej doświadczonych towarzyszy i bardzo często słyszałem następujące zdanie: "Twój ferryt to gówno to nie jest najlepszy materiał na pulser". Natychmiast postanowiłem dowiedzieć się od nich, jaka alternatywa może mu się przeciwstawić i powiedzieli mi - Alsifer czy jak to się nazywa syndast.

Dlaczego jest tak dobry i czy naprawdę jest lepszy od ferrytu?

Najpierw musisz zdecydować, co powinien być w stanie zrobić prawie idealny materiał na transformator:
1) musi być miękki magnetyczny czyli łatwo go namagnesować i rozmagnesować


Rysunek 2 - Cykle histerezy ferromagnesów: 1) cykl twardy, 2) cykl miękki

2) materiał musi mieć najwyższą możliwą indukcję nasycenia, która albo zmniejszy wymiary rdzenia, albo przy ich utrzymaniu zwiększy moc

Nasycenie

Zjawisko nasycenia transformatora polega na tym, że pomimo wzrostu prądu w uzwojeniu strumień magnetyczny w rdzeniu, osiągając pewną wartość maksymalną, praktycznie się nie zmienia.
W transformatorze tryb nasycenia prowadzi do tego, że przenoszenie energii z uzwojenia pierwotnego do wtórnego jest częściowo zatrzymane. Normalna praca transformatora jest możliwa tylko wtedy, gdy strumień magnetyczny w jego rdzeniu zmienia się proporcjonalnie do zmiany prądu w uzwojenie pierwotne. Do spełnienia tego warunku konieczne jest, aby rdzeń nie był w stanie nasycenia, a jest to możliwe tylko wtedy, gdy jego objętość i przekrój nie są mniejsze niż dobrze określona wartość. Dlatego im większa moc transformatora, tym większy musi być jego rdzeń.

3) materiał powinien mieć jak najmniejsze straty na odwrócenie namagnesowania i prądy Foucaulta

4) właściwości materiału nie powinny ulegać znaczącym zmianom pod wpływem czynników zewnętrznych: sił mechanicznych (ściskanie lub rozciąganie), zmian temperatury i wilgotności.

Rozważmy teraz właściwości ferrytu i sposób, w jaki spełnia powyższe wymagania.

Ferryt jest półprzewodnikiem, co oznacza, że ​​ma swój własny wysoki opór elektryczny. Oznacza to, że przy wysokich częstotliwościach straty prądów wirowych (prądy Foucault) będzie dość niski. Okazuje się, że przynajmniej jeden z warunków z powyższej listy został już spełniony. Pójść dalej…
Ferryty są stabilne termicznie i niestabilne, ale ten parametr nie jest decydujący dla SMPS. Ważne jest, aby ferryty działały stabilnie w zakresie temperatur od -60 do +100 °C, a tak jest w przypadku najprostszych i najtańszych marek.


Rysunek 3 - Krzywa magnetyzacji przy częstotliwości 20 kHz w różnych temperaturach

I na koniec najważniejszy punkt – na powyższym wykresie widzieliśmy parametr, który określi prawie wszystko – indukcja nasycenia. W przypadku ferrytu przyjmuje się zwykle 0,39 T. Warto pamiętać, że w różnych warunkach – ten parametr ulegnie zmianie. Zależy to zarówno od częstotliwości, jak i temperatury pracy oraz innych parametrów, ale szczególny nacisk należy położyć na pierwsze dwa.

Wniosek: ferrytowy nishtyak! idealny do naszych celów.

Kilka słów o alsiferze i czym się różni

1) alsifer działa w nieco większym szerokim zakresie temperatur: od -60 do +120 °C – czy jest odpowiedni? Nawet lepszy niż ferryt!
2) współczynnik strat histerezy alsifers jest stały tylko w słabych polach (przy małej mocy), w silnym polu rosną i bardzo silnie - jest to bardzo poważny minus, szczególnie przy mocach powyżej 2 kW, więc tutaj traci .
3) indukcja nasycenia do 1,2 T!, 4 razy więcej niż ferryt! - główny parametr już jest wyprzedzanie, ale nie wszystko jest takie proste... Oczywiście ta przewaga nigdzie nie zniknie, ale punkt 2 ją osłabia i bardzo - zdecydowanie plus.

Wniosek: alsifer jest lepszy niż ferryt, nie okłamali mnie w tym wujku.

Wynik bitwy: każdy, kto przeczyta powyższy opis, powie, że alsifer da nam! I słusznie… ale spróbuj znaleźć rdzeń alsifer o łącznej mocy 10 kW? Tutaj zwykle człowiek się zatrzymuje, okazuje się, że nie jest szczególnie w sprzedaży, a jeśli tak, to zamów bezpośrednio u producenta, a cena cię przestraszy.
Okazuje się, że używamy ferrytu, zwłaszcza jeśli oceniamy go jako całość, to bardzo mało traci... ferryt jest oceniany względem alsifer w „8 na 10 papug”.

Chciałem zwrócić się do mojego ukochanego matana, ale postanowiłem tego nie robić, ponieważ. Myślę, że +10 000 znaków do artykułu jest zbędne. Mogę tylko polecić książkę z bardzo dobrymi obliczeniami B. Semenova "Power Electronics: From Simple to Complex". Nie widzę sensu powtarzania jego obliczeń z pewnymi dodatkami.

I tak przystępujemy do obliczeń i produkcji transformatora

Przede wszystkim chcę od razu przypomnieć bardzo poważny moment - lukę w rdzeniu. Może "zabić" całą moc lub dodać kolejne 30-40%. Chcę Ci przypomnieć, co robimy Transformator z mostkiem H, i odnosi się do - konwerterów do przodu (forward w burżuazji). Oznacza to, że w idealnym przypadku szczelina powinna wynosić 0 mm.
Kiedyś, studiując 2-3 kurs, postanowiłem zmontować falownik spawalniczy, zwróciłem się do topologii falowników Kemppi. Tam zobaczyłem szczelinę 0,15 mm w transformatorach. Zastanawiałem się, po co był. Nie podszedłem do nauczycieli, ale wziąłem go i zadzwoniłem do rosyjskiego przedstawicielstwa Kemppi! Co do stracenia? Ku mojemu zdziwieniu podłączono mnie do inżyniera obwodów, który opowiedział mi kilka teoretycznych punktów, które pozwoliły mi „wyczołgać się” poza pułap 1 kW.
Jeśli w skrócie - szczelina 0,1-0,2 mm jest koniecznością! Zwiększa to szybkość demagnetyzacji rdzenia, umożliwiając przepompowanie większej mocy przez transformator. Maksymalny efekt od takiego zwodu z uszami luki osiągniętej w topologii „most ukośny”, gdzie wprowadzenie szczeliny 0,15 mm daje wzrost o 100%! W naszym Mostek H ten wzrost jest skromniejszy, ale myślę, że 40-60% też nie jest zły.

Do wykonania transformatora potrzebujemy następującego zestawu:

a)
Rysunek 4 - Rdzeń ferrytowy E70/33/32 wykonany z materiału 3C90 (nieznacznie) najlepszy analog N87)

b)
Rysunek 5 — Rama dla rdzenia E70/33/32 (w zależności od tego, który jest większy) i dławika żelaznego natryskiwanego D46

Całkowita moc takiego transformatora wynosi 7,2 kW. Taki margines jest nam potrzebny, aby zapewnić prądy rozruchowe 6-7 razy wyższe od nominalnych (600% wg specyfikacji). Takie prądy rozruchowe są prawdziwe tylko dla silników asynchronicznych, ale wszystko trzeba wziąć pod uwagę!
Nagle pewna przepustnica „wypłynęła”, będzie potrzebna w naszym dalszym schemacie (aż 5 sztuk) i dlatego postanowiłem pokazać, jak ją nawijać.

Następnie musisz obliczyć parametry uzwojenia. Używam programu od znanego znajomego w pewnych kręgach Starichok51 . Człowiek z ogromną wiedzą i zawsze gotowy do nauczania i pomocy, za co mu dziękuję - kiedyś pomógł obrać właściwą drogę. Program nazywa się Doskonała IT 8.1 .

Podaję przykład obliczenia dla 2 kW:


Rysunek 6 - Obliczanie transformatora impulsowego dla obwodu mostka podwyższającego 2 kW

Jak obliczyć:

1) Podświetlony na czerwono. Oto parametry wejściowe, które zwykle są ustawiane domyślnie:
a) maksymalna indukcja. Pamiętajmy, że dla ferrytu jest to 0,39 T, ale nasz transformator pracuje z wystarczająco dużą częstotliwością, więc program ustawia się na 0,186. To indukcja nasycenia w najgorszych warunkach, w tym nagrzewanie do 125 stopni
b) częstotliwość konwersji, jaka jest przez nas ustalana i jak to jest określane na wykresie, będzie w kolejnych artykułach. Częstotliwość ta powinna wynosić od 20 do 120 kHz. Jeśli mniej – usłyszymy pracę transu i gwizdka, jeśli wyższy, to nasze klucze (tranzystory) będzie miał duże straty dynamiczne. A klucze IGBT, nawet drogie, działają do 150 kHz
c) współczynnik. wypełnienie okien - ważny parametr, ponieważ miejsce na ramie i rdzeniu jest ograniczone, nie należy robić więcej niż 0,35, inaczej uzwojenia się nie zmieszczą
d) gęstość prądu - ten parametr może wynosić do 10 A / mm2. Jest to maksymalny prąd, jaki może płynąć przez przewodnik. Optymalna wartość to 5-6 A / mm 2 - w trudnych warunkach pracy: słabe chłodzenie, ciągła praca przy pełnym obciążeniu i tak dalej. 8-10 A/mm 2 - możesz ustawić, czy Twoje urządzenie jest doskonale wentylowane i kosztuje ponad 9000 kilku chłodnic.
e) moc wejściowa. Dlatego obliczamy transformator dla DC->DC 48V do 400V, następnie ustawiamy napięcie wejściowe jak w wyliczeniu. Skąd wzięła się ta liczba. W stanie rozładowanym akumulator daje 10,5V, dalsze rozładowanie - aby skrócić żywotność, pomnóż przez ilość akumulatorów (4 szt.) i uzyskaj 42V. Weźmy z marginesem 40V. 48V jest pobierane z produktu 12V * 4 szt. 58V bierze się z tego, że w stanie naładowanym akumulator ma napięcie 14,2-14,4V i analogicznie mnożymy przez 4.

2) Podświetlony na niebiesko.
a) ustaw 400V, ponieważ to jest zapas na informacja zwrotna do napięcia i do odcięcia sinusa wymagane jest minimum 342V
b) prąd znamionowy. Wybieramy z rozwagi 2400 W / 220 (230) V = 12A. Jak widać, wszędzie biorę margines przynajmniej 20%. To właśnie robi każdy szanujący się producent wysokiej jakości sprzętu. W ZSRR taka rezerwa była referencyjną 25% nawet dla większości trudne warunki. Dlaczego 220 (230) V to napięcie wyjściowe już czystego sinusa.
c) prąd minimalny. Jest dobierany z rzeczywistych warunków, parametr ten wpływa na wielkość cewki wyjściowej, więc im większy prąd minimalny, tym cewka mniejsza, a co za tym idzie tańsze urządzenie. Ponownie wybrałem najgorszą opcję 1A, jest to prąd na 2-3 żarówki lub 3-4 routery.
d) spadek na diodach. Dlatego Ponieważ na wyjściu będziemy mieli szybkie diody (ultraszybkie), to spadek na nich wynosi 0,6V w najgorszych warunkach (przekroczenie temperatury).
e) średnica drutu. Kupiłem kiedyś cewkę miedzianą 20 kg do takiego przypadku i tylko o średnicy 1 mm. Tutaj umieszczamy ten, który masz. Nie radzę ustawiać tylko więcej niż 1,18 mm, bo efekt skóry zaczyna się pojawiać

Efekt skóry

Efekt naskórkowy - efekt zmniejszenia amplitudy fal elektromagnetycznych w miarę ich wnikania w głąb ośrodka przewodzącego. W wyniku tego efektu na przykład prąd przemienny wysoka częstotliwość podczas przepływu przez przewodnik nie jest rozłożona równomiernie w przekroju, ale głównie w warstwie powierzchniowej.
Jeśli będziemy mówić nie jak Google, ale w moim języku kołchozów, to jeśli weźmiemy dyrygenta o dużym przekroju, to nie zostanie on całkowicie wykorzystany, ponieważ. prądy o wyższej częstotliwości przepływają po powierzchni, a środek przewodnika będzie „pusty”

3) Podświetlone na zielono. Tutaj wszystko jest proste - planujemy mieć topologię „pełnego mostu” i ją wybrać.

4) Podświetlony na pomarańczowo. Istnieje proces wyboru rdzenia, wszystko jest intuicyjne. W bibliotece znajduje się już duża liczba standardowych rdzeni, takich jak nasza, ale jeśli cokolwiek można dodać, wpisując wymiary.

5) Podświetlony na fioletowo. Parametry wyjściowe z obliczeniami. Podkreśliłem współczynnik w osobnym oknie. wypełniając okno, pamiętaj - nie więcej niż 0,35, a najlepiej nie więcej niż 0,3. Podane są również wszystkie niezbędne wartości: liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego, liczba drutów o określonej wcześniej średnicy w „oplocie” do uzwojenia.
Podano również parametry do dalszych obliczeń cewki wyjściowej: indukcyjność i tętnienie napięcia.

Teraz musisz obliczyć cewkę wyjściową. Konieczne jest wygładzenie zmarszczek, a także wytworzenie „jednolitego” prądu. Obliczenie wykonywane jest w programie tego samego autora i nazywa się DrosselRing 5.0. Podam obliczenia dla naszego transformatora:


Rysunek 7 - Obliczanie dławika wyjściowego dla przetwornicy DC-DC step-up

W tych obliczeniach wszystko jest prostsze i jaśniejsze, działa na tej samej zasadzie, dane wyjściowe: liczba zwojów i liczba drutów w oplocie.

Etapy produkcji

Teraz mamy wszystkie dane dotyczące produkcji transformatora i cewki indukcyjnej.
Główną zasadą nawijania transformatora impulsowego jest to, że wszystkie uzwojenia bez wyjątku muszą być nawinięte w jednym kierunku!

Scena 1:

Rysunek 8 - Proces nawijania uzwojenia wtórnego (wysokiego napięcia)

Na ramie nawijamy wymaganą liczbę zwojów w 2 drutach o średnicy 1 mm. Zapamiętujemy kierunek nawijania, a raczej zaznaczamy go markerem na ramie.

Etap 2:

Rysunek 9 - Izolowanie uzwojenia wtórnego

Izolujemy uzwojenie wtórne taśmą fluoroplastyczną o grubości 1 mm, taka izolacja może wytrzymać co najmniej 1000 V. Dodatkowo impregnujemy ją lakierem, to kolejne + 600 V do izolacji. Jeśli nie ma taśmy fluoroplastycznej, izolujemy ją zwykłą pianką hydrauliczną w 4-6 warstwach. To ten sam fluoroplast, o grubości tylko 150-200 mikronów.

Etap 3:

Rysunek 10 - Zaczynamy nawijać uzwojenie pierwotne, przylutować przewody do ramy
Nawijamy w jednym kierunku uzwojeniem wtórnym!

Etap 4:

Rysunek 11 - Wyświetlamy ogon uzwojenia pierwotnego

Nawija uzwojenie, izolujemy je tą samą taśmą fluoroplastyczną. Pożądane jest również nasączenie lakierem.

Etap 5:


Rysunek 12 - Impregnujemy lakierem i lutujemy „ogon”. Uzwojenie zakończone
Etap 6:

Rysunek 13 - Uzupełniamy uzwojenie i izolację transformatora taśmą zabezpieczającą z końcową impregnacją lakierem

Taśma kiperowa

taśma kiperowa – bawełniany (rzadziej jedwabny lub pół-jedwabny) oplot wykonany z tkaniny kiperowej o szerokości od 8 do 50 mm o splocie skośnym lub diagonalnym; surowe, bielone lub jednokolorowe. Materiał taśmy jest bardzo gęsty ze względu na splot, jest grubszy od swojego najbliższego odpowiednika – taśmy perkalowej – ze względu na zastosowanie grubszych nici.
Dzięki wikipedii.

Etap 7:


Rysunek 14 - Tak wygląda gotowa wersja transformatora

Szczelinę 0,15 mm ustawia się podczas procesu klejenia, wkładając odpowiednią folię pomiędzy połówki rdzenia. Najlepszą opcją jest folia do druku. Rdzeń sklejany jest klejem momentowym (dobrym) lub żywicą epoksydową. Pierwsza opcja jest od wieków, druga pozwala na demontaż transformatora bez uszkodzeń, na przykład, jeśli trzeba przewinąć inne uzwojenie lub dodać zwoje.

Uzwojenie dławika

Teraz, przez analogię, konieczne jest oczywiście nawijanie cewki indukcyjnej, uzwojenie na rdzeniu toroidalnym jest trudniejsze, ale ta opcja będzie bardziej zwarta. Mamy wszystkie dane z programu, materiał rdzenia to zatomizowane żelazo lub permalloy. Indukcja nasycenia tego materiału wynosi 0,55 T.

Scena 1:


Rysunek 15 - Owijamy pierścień taśmą fluoroplastyczną

Ta operacja pozwala uniknąć przypadku awarii uzwojenia na rdzeniu, to rzadkość, ale jesteśmy za jakością i robimy to dla siebie!

Etap 2:

Rysunek 16 - Nawijamy wymaganą liczbę zwojów i izolujemy

W takim przypadku liczba zwojów nie zmieści się w jednej warstwie uzwojenia, dlatego po nawinięciu pierwszej warstwy konieczne jest zaizolowanie i nawinięcie drugiej warstwy z kolejną izolacją.

Etap 3:

Rysunek 17 - Izoluj po drugiej warstwie i zaimpregnuj lakierem

Epilog

Mam nadzieję, że mój artykuł nauczy Cię procesu obliczania i wytwarzania transformatora impulsowego, a także przedstawi kilka teoretycznych koncepcji dotyczących jego działania i materiałów, z których jest wykonany. Starałem się nie obciążać tej części zbędną teorią, wszystko zostało ograniczone do minimum i skupione wyłącznie na kwestiach praktycznych. A co najważniejsze dla kluczowe cechy wpływających na wydajność, takich jak prześwit, kierunki nawijania i tak dalej.
Ciąg dalszy nastąpi...

Drodzy koledzy!!

Mówiłem już na moich lekcjach, jak zbudować transformator impulsowy na pierścieniu ferrytowym. Teraz powiem ci, jak robię transformator na rdzeniu ferrytowym w kształcie litery W. Do tego używam ferrytów odpowiedniej wielkości ze starego „sowieckiego” sprzętu, starych komputerów, z telewizorów i innego sprzętu elektrycznego, które mam w kącie „na żądanie”.

W przypadku zasilacza UPS zgodnie ze schematem dwusuwowego generatora półmostkowego napięcie na uzwojeniu pierwotnym transformatora wynosi zgodnie ze schematem 150 woltów, pod obciążeniem przyjmiemy 145 woltów. Uzwojenie wtórne jest wykonane zgodnie ze schematem prostowania pełnookresowego z punktem środkowym.
Zobacz schemat.

Podam przykłady obliczeń i produkcji transformatorów do zasilacza UPS małej mocy o mocy 20–50 watów dla tego obwodu. Transformatory tej mocy wykorzystuję w zasilaczach impulsowych do moich lamp LED. Schemat transformatora poniżej. Należy zwrócić uwagę, że po złożeniu z dwóch połówek W - rdzeń nie ma szczeliny. Rdzeń magnetyczny ze szczeliną jest stosowany tylko w jednocyklowych zasilaczach UPS.

Oto dwa przykłady obliczania typowego transformatora dla różnych potrzeb. W zasadzie wszystkie transformatory o różnych pojemnościach mają tę samą metodę obliczeniową, prawie te same średnice drutu i te same metody nawijania. Jeśli potrzebujesz transformatora do UPS o mocy do 30 watów, to jest to pierwszy przykład obliczeniowy. Jeśli potrzebujesz zasilacza UPS o mocy do 60 watów, to drugi przykład.

Pierwszy przykład.

Wybierzmy spośród rdzeni ferrytowych nr 17, rdzeń w kształcie Ш Ш7,5×7,5. Pole przekroju środkowego pręta Sk = 56 mm.kw. \u003d 0,56 cm.kw.
Okno So = 150 mm2 Szacowana moc 200 watów.
Liczba zwojów na 1 wolt tego rdzenia będzie wynosić: n = 0,7 / Sk = 0,7 / 0,56 = 1,25 zwojów.
Liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym transformatora wyniesie: w1 \u003d n x 145 \u003d 1,25 x 145 \u003d 181,25. Zróbmy 182 tur.
Wybierając grubość drutu na uzwojenia, wyszedłem z tabeli „”.
W moim transformatorze zastosowałem w uzwojeniu pierwotnym drut o średnicy 0,43 mm. (drut o dużej średnicy nie pasuje do okna). Ma pole przekroju poprzecznego S = 0,145 mm2. Dopuszczalny prąd(patrz tabela) I = 0,29 A.
Moc uzwojenia pierwotnego będzie wynosić: P \u003d V x I \u003d 145 x 0,29 \u003d 42 waty.
Uzwojenie sprzęgające musi być umieszczone na górze uzwojenia pierwotnego. Powinien wyprowadzać napięcie v3 = 6 woltów. Liczba zwojów będzie wynosić: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 zwojów. Zróbmy 7 tur. Średnica drutu 0,3 - 0,4 mm.
Następnie nawija się uzwojenie wtórne w2. Liczba zwojów uzwojenia wtórnego zależy od potrzebnego napięcia. Uzwojenie wtórne, na przykład przy 30 woltach, składa się z dwóch równych półuzwojeń, w3-1 i w3-2.
Prąd w uzwojeniu wtórnym, biorąc pod uwagę sprawność (k \u003d 0,95) transformatora: I \u003d k x P / V \u003d 0,95 x 42 waty / 30 woltów \u003d 1,33 A;
Wybierzmy przewód dla tego prądu. Użyłem drutu, który miałem na stanie, o średnicy 0,6 mm. Jego S = 0,28 mm2
Dopuszczalny prąd każdego z dwóch półuzwojeń wynosi I = 0,56 A. Ponieważ te dwa wtórne półuzwojenia współpracują ze sobą, całkowity prąd wynosi 1,12 A, co nieznacznie różni się od prądu znamionowego 1,33 A.
Liczba zwojów w każdym półuzwojeniu dla napięcia 30 woltów: w2,1 \u003d w2,2 \u003d n x 30 \u003d 1,25 x 30 \u003d 37,5 wit.
Zróbmy 38 zwojów w każdym półzwoju.
Moc na wyjściu transformatora: Pout \u003d V x I \u003d 30 V x 1,12 A \u003d 33,6 wata, co, biorąc pod uwagę straty w przewodzie i rdzeniu, jest całkiem normalne.

Wszystkie uzwojenia: pierwotne, wtórne i komunikacyjne idealnie pasują do okna So=150 mm.kv.

Uzwojenie wtórne można zatem zaprojektować na dowolne napięcie i prąd w ramach danej mocy.

Drugi przykład.
Teraz poeksperymentujmy. Dodajmy dwa identyczne rdzenie nr 17, W 7,5 x 7,5.

W takim przypadku powierzchnia przekroju obwodu magnetycznego „Sk” podwoi się. Sk \u003d 56 x 2 \u003d 112 mm.kw. lub 1,12 cm.kw.
Powierzchnia okna pozostanie taka sama „So” = 150 mm2. Wskaźnik n (liczba zwojów na 1 wolt) zmniejszy się. n \u003d 0,7 / Sk \u003d 0,7 / 1,12 \u003d 0,63 wit./wolt.
Stąd liczba zwojów w uzwojeniu pierwotnym transformatora będzie wynosić:
w1 \u003d n x 145 \u003d 0,63 x 145 \u003d 91,35. Zróbmy 92 tury.

W uzwojeniu sprzężenia zwrotnego w3 dla 6 woltów będzie to: w3 \u003d n x v3 \u003d 0,63 x 6 \u003d 3,78 obrotu. Zróbmy 4 tury.
Weźmy napięcie uzwojenia wtórnego, jak w pierwszym przykładzie, równe 30 woltom.
Liczba zwojów półuzwojeń wtórnych, każde 30 woltów: w2,1 \u003d w2,2 \u003d n x 30 \u003d 0,63 x 30 \u003d 18,9. Zróbmy 19 tur.
Do uzwojenia pierwotnego użyłem drutu o średnicy 0,6 mm. : przekrój przewodu 0,28 mm2, prąd 0,56 A.
Przy tym przewodzie moc uzwojenia pierwotnego będzie wynosić: P1 \u003d V1 x I \u003d 145 V x 0,56 A \u003d 81 watów.
Uzwojenie wtórne nawinąłem drutem o średnicy 0,9 mm. 0,636 mm2 dla prądu 1,36 ampera. W przypadku dwóch półuzwojeń prąd w uzwojeniu wtórnym wynosi 2,72 ampera.
Moc uzwojenia wtórnego P2 \u003d V2 x I \u003d 30 x 2,72 \u003d 81,6 wata.
Drut o średnicy 0,9 mm. trochę duży, pasuje z dużym marginesem, nie jest źle.

Używam drutu nawojowego z natężeniem 2 A na milimetr kwadratowy (w ten sposób nagrzewa się mniej, a spadek napięcia na nim będzie mniejszy), chociaż wszystkie „fabryczne” transformatory są nawijane z natężeniem 3 - 3,5 A na mm kwadrat. i zainstaluj wentylator do chłodzenia uzwojeń.
Ogólny wniosek z tych obliczeń jest następujący:
- podczas dodawania dwóch identycznych rdzeni w kształcie litery W, powierzchnia „Sk” podwaja się z tą samą powierzchnią okna „So”.
- zmienia się liczba zwojów w uzwojeniach (w porównaniu z pierwszą opcją).
- uzwojenie pierwotne w1 ze 182 zwojów zredukowane do 92 zwojów;
- uzwojenie wtórne w2 zredukowane z 38 do 19 zwojów.

Oznacza to, że w tym samym oknie „So”, przy zmniejszeniu liczby zwojów uzwojeń, można umieścić grubszy drut uzwojeń, czyli podwoić rzeczywistą moc transformatora.

Nawinąłem taki transformator, z zagiętymi rdzeniami nr 17, zrobiłem dla nich ramkę.

Należy pamiętać, że transformatory pierwszy i drugi na przykład może być używany przy mniejszym obciążeniu, do 0 watów. UPS ma całkiem dobre i stabilne napięcie.

Porównywać wygląd zewnętrzny transformatory: przykład-1, z jednym rdzeniem i przykład-2, z dwoma złożonymi rdzeniami. Rzeczywiste wymiary transformatorów różnią się nieznacznie.

Analiza rdzeni ferrytowych #18 i #19 jest podobna do poprzednich przykładów.
Wszystkie wykonane przez nas obliczenia są szacunkami teoretycznymi. W rzeczywistości uzyskanie takiej mocy z UPS na transformatorach tych rozmiarów jest dość trudne. Wchodzą w życie cechy budowy obwodów samych zasilaczy impulsowych. Schemat.
Napięcie wyjściowe (a tym samym moc wyjściowa) zależy od wielu czynników:
- pojemność sieciowego kondensatora elektrolitycznego C1,
- kontenery C4 i C5,
- spadki mocy w przewodach uzwojeń oraz w samym rdzeniu ferrytowym;
- spadki mocy na kluczowych tranzystorach w generatorze i na wyjściowych diodach prostowniczych.
Całkowita sprawność „k” takich zasilaczy impulsowych wynosi około 85%.
Ta wartość jest nadal lepsza niż w przypadku prostownika z transformatorem z rdzeniem stalowym, gdzie k = 60%. Pomimo tego, że wymiary i waga UPS na ferrycie są znacznie mniejsze.

Kolejność montażu ferrytu W - transformator.

Jest używany jako gotowy lub zmontowany - nowa rama jest wykonana na wymiar dopasowany do rdzenia.
Jak zrobić „” zobacz tutaj. Chociaż ten artykuł mówi o ramie do transformatora z rdzeniem stalowym, opis jest całkiem odpowiedni dla naszego przypadku.
Rama musi być umieszczona na drewnianym trzpieniu. Uzwojenie transformatora odbywa się ręcznie.
Uzwojenie pierwotne jest najpierw nawijane na ramę. Odwróć się, pierwszy rząd jest wypełniony, następnie warstwa cienkiego papieru, lakierowanej tkaniny, potem drugi rząd drutu itp. Na początek i koniec przewodu nakłada się cienką rurkę PVC (można zastosować izolację z przewodu montażowego), aby usztywnić przewód tak, aby się nie zerwał.
Na uzwojenie pierwotne nakładane są dwie warstwy papieru (izolacja międzyzwojowa), następnie należy nawinąć zwoje uzwojenia sprzęgającego w3. Uzwojenie w3 ma kilka zwojów, dlatego jest umieszczone na krawędzi ramy. Następnie stosowane są zwoje uzwojenia wtórnego. Tutaj pożądane jest działanie w taki sposób, aby zwoje uzwojenia wtórnego w2 nie znajdowały się na wierzchu zwojów w3. W przeciwnym razie mogą wystąpić usterki w zasilaczu impulsowym.
Nawijanie odbywa się natychmiast za pomocą dwóch drutów (dwa półzwoje), skręcamy w rzędzie, następnie warstwę papieru lub taśmy samoprzylepnej i drugi rząd dwóch drutów. Nie możesz umieścić rurki PCV na końcach drutu, ponieważ. Drut jest gruby i nie pęka. Gotową ramę zdejmuje się z trzpienia i nakłada na rdzeń ferrytowy. Sprawdź wstępnie, czy rdzeń nie ma przerwy.
Jeśli rama jest ciasna na rdzeniu, bądź bardzo ostrożny, ferryt bardzo łatwo pęka. Złamany rdzeń można skleić. Kleję klejem PVA, a następnie suszę.
Zmontowany transformator ferrytowy, dla wytrzymałości, jest ściągany na końcu taśmą. Konieczne jest upewnienie się, że końce połówek rdzenia pokrywają się bez przerwy i przesunięcia.

Jak obliczyć i nawinąć transformator impulsowy do zasilacza półmostkowego?

Chodzi o „leniwe nawijanie”. Wtedy jest zbyt leniwy, by liczyć zwoje. https://strona internetowa/

Najciekawsze filmy na Youtube

Wybór rodzaju obwodu magnetycznego.

Najbardziej wszechstronnymi rdzeniami magnetycznymi są rdzenie pancerne w kształcie litery W i miseczce. Mogą być stosowane w dowolnym zasilaczu impulsowym, dzięki możliwości ustawienia szczeliny między częściami rdzenia. Ale zamierzamy nawinąć transformator impulsowy do konwertera półmostkowego typu push-pull, którego rdzeń nie potrzebuje szczeliny, a zatem obwód magnetyczny pierścienia będzie idealnie pasował. https://strona internetowa/

W przypadku rdzenia pierścieniowego nie jest konieczne wykonanie ramy i wykonanie urządzenia nawijającego. Jedyne, co musisz zrobić, to zrobić prosty wahadłowiec.

Zdjęcie przedstawia ferrytowy rdzeń magnetyczny M2000NM.

Możliwe jest określenie standardowego rozmiaru obwodu magnetycznego pierścienia za pomocą następujących parametrów.

D to zewnętrzna średnica pierścienia.

d jest wewnętrzną średnicą pierścienia.

Uzyskanie danych początkowych do prostego obliczenia transformatora impulsowego.

Napięcie zasilania.

Pamiętam, kiedy obcokrajowcy jeszcze nie sprywatyzowali naszych sieci energetycznych, ja budowałem blok impulsowy odżywianie. Praca przeciągnęła się w noc. Podczas ostatnich testów nagle okazało się, że kluczowe tranzystory zaczęły się bardzo nagrzewać. Okazało się, że napięcie sieciowe w nocy skoczyło do 256 woltów!

Oczywiście 256 woltów to za dużo, ale nie powinieneś też skupiać się na GOST 220 + 5% -10%. Jeśli wybierzesz maksymalne napięcie sieci 220 V + 10%, to:

242*1.41=341.22V(rozważamy wartość amplitudy).

341.22 - 0,8 * 2 340 V(odejmij kroplę przez prostownik).

Wprowadzenie.

Przybliżoną wartość indukcji określamy zgodnie z tabelą.

Przykład: M2000NM - 0,39T.

Częstotliwość.

Częstotliwość generowania przekształtnika z samowzbudzeniem zależy od wielu czynników, w tym od wielkości obciążenia. Jeśli wybierzesz 20-30 kHz, to raczej nie popełnisz dużego błędu.

Częstotliwości graniczne i wartości indukcji rozpowszechnionych ferrytów.

Ferryty manganowo-cynkowe.

Parametr	Gatunek ferrytu
	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

Ferryty niklowo-cynkowe.

Parametr	Gatunek ferrytu
	200 NN	1000 NN	600NN	400NN	200 NN	100 NN
Częstotliwość odcięcia przy tg δ ≤ 0,1, MHz	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Indukcja magnetyczna B przy Hm = 800 A / m, T	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Jak wybrać ferrytowy rdzeń pierścieniowy?

Możesz wybrać przybliżony rozmiar pierścienia ferrytowego za pomocą kalkulatora do obliczania transformatorów impulsowych i przewodnika po ferrytowych rdzeniach magnetycznych. Oba można znaleźć w .

Wprowadzamy dane proponowanego obwodu magnetycznego oraz dane uzyskane w poprzednim akapicie do formularza kalkulatora w celu określenia całkowitej mocy rdzenia.

Nie należy dobierać wymiarów pierścienia zbliżonych do maksymalnej mocy obciążenia. Nawijanie małych pierścieni nie jest takie wygodne, a będziesz musiał nawijać znacznie więcej zwojów.

Jeśli wolna przestrzeń w przypadku przyszłego projektu wystarczy, wtedy można wybrać pierścionek o oczywiście wyższej ogólnej mocy.

Do mojej dyspozycji był pierścień M2000NM o wymiarach K28x16x9mm. Wprowadziłem dane wejściowe do formularza kalkulatora i uzyskałem całkowitą moc 87 watów. To jest więcej niż wystarczające dla mojego 50-watowego zasilacza.

Uruchom program. Wybierz „Obliczanie konwertera półmostkowego transformatora z oscylatorem głównym”.

Aby kalkulator nie „przeklinał”, w oknach, które nie są używane do obliczania uzwojeń wtórnych, należy wypełnić zerami.

Jak obliczyć liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego?

Wstępne dane uzyskane w poprzednich akapitach wprowadzamy do postaci kalkulatora i uzyskujemy liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego. Zmieniając rozmiar pierścienia, markę ferrytu i częstotliwość generowania konwertera, można zmienić liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego.

Należy zauważyć, że jest to bardzo, bardzo uproszczone obliczenie transformatora impulsowego.

Ale właściwości naszego wspaniałego zasilacza samowzbudnego są takie, że konwerter sam dostosowuje się do parametrów transformatora i obciążenia, zmieniając częstotliwość generowania. Tak więc wraz ze wzrostem obciążenia i próbą wejścia transformatora w nasycenie wzrasta częstotliwość generowania i praca normalizuje się. W ten sam sposób kompensowane są małe błędy w naszych obliczeniach. Próbowałem zmienić liczbę zwojów tego samego transformatora o więcej niż półtora raza, co znajduje odzwierciedlenie w poniższych przykładach, ale nie mogłem znaleźć żadnych znaczących zmian w działaniu zasilacza, poza zmianą częstotliwość generowania.

Jak obliczyć średnicę drutu dla uzwojenia pierwotnego i wtórnego?

Średnica drutu uzwojenia pierwotnego i wtórnego zależy od wprowadzonych do formularza parametrów zasilacza. Im większy prąd uzwojenia, tym większa wymagana średnica drutu. Prąd pierwotny jest proporcjonalny do „Mocy Użytecznej Transformatora”.

Cechy uzwojonych transformatorów impulsowych.

Uzwojenia transformatorów impulsowych, a zwłaszcza transformatorów na pierścieniowych i toroidalnych rdzeniach magnetycznych, mają pewne cechy.

Faktem jest, że jeśli jakiekolwiek uzwojenie transformatora nie jest równomiernie rozmieszczone na obwodzie obwodu magnetycznego, to oddzielne sekcje obwody magnetyczne mogą wejść w nasycenie, co może prowadzić do znacznego spadku mocy zasilacza, a nawet doprowadzić do jego awarii.

Staramy się nawijać „leniwe nawijanie”. I w tym przypadku najłatwiej jest nawinąć uzwojenie jednowarstwowe „cewka do cewki”.

Co jest do tego potrzebne?

Konieczne jest dobranie drutu o takiej średnicy, aby pasował „zwoj do zwoju”, w jednej warstwie, w oknie istniejącego rdzenia pierścieniowego, a nawet tak, aby liczba zwojów uzwojenia pierwotnego nie różniła się zbytnio od obliczony.

Jeśli liczba zwojów uzyskana w kalkulatorze nie różni się o więcej niż 10-20% od liczby uzyskanej we wzorze do obliczania układania, możesz bezpiecznie nawinąć uzwojenie, nie licząc zwojów.

To prawda, że ​​w przypadku takiego uzwojenia najprawdopodobniej konieczne będzie wybranie rdzenia magnetycznego o nieco zawyżonej całkowitej mocy, o czym już doradzałem powyżej.

1 - rdzeń pierścieniowy.

2 - uszczelka.

3 - uzwojenie zwojów.

Zdjęcie pokazuje, że przy nawijaniu „cewka do cewki” obliczony obwód będzie znacznie mniejszy niż wewnętrzna średnica pierścienia ferrytowego. Wynika to ze średnicy samego drutu i grubości uszczelki.

W rzeczywistości rzeczywisty obwód, który zostanie wypełniony drutem, będzie jeszcze mniejszy. Wynika to z faktu, że drut nawojowy nie przylega do wewnętrznej powierzchni pierścienia, tworząc szczelinę. Ponadto istnieje bezpośredni związek między średnicą drutu a wielkością tej szczeliny.

Nie jest konieczne zwiększanie naciągu drutu podczas nawijania, aby zmniejszyć tę szczelinę, ponieważ może to uszkodzić izolację i sam drut.

Korzystając z poniższego wzoru empirycznego, możesz obliczyć liczbę zwojów na podstawie średnicy istniejącego drutu i średnicy okna rdzenia.

Maksymalny błąd obliczeniowy wynosi około -5% + 10% i zależy od gęstości ułożenia drutu.

w = π(D - 10S - 4d) / d, gdzie:

w- ilość zwojów uzwojenia pierwotnego,

π – 3,1416,

D jest wewnętrzną średnicą pierścieniowego obwodu magnetycznego,

S- grubość uszczelki izolacyjnej,

d- średnica drutu z izolacją,

/ - linia ułamkowa.

Jak zmierzyć średnicę drutu i określić grubość izolacji - powiedział.

Aby to ułatwić, sprawdź ten link:

Kilka przykładów obliczeń rzeczywistych transformatorów.

● Moc - 50 watów.

Obwód magnetyczny - K28 x 16 x 9.

Drut - Ø0,35mm.

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

Naprawdę sprawny - 114 zwojów.

● Moc - 20 watów.

Obwód magnetyczny - K28 x 16 x 9.

Drut - Ø0,23mm.

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

Naprawdę sprawny - 176 zwojów.

● Moc - 200 watów.

Obwód magnetyczny - dwa pierścienie K38 x 24 x 7.

Drut - Ø1,0mm.

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

Naprawdę pasuje 58 zwojów.

W praktyce radioamatora rzadko można wybrać średnicę drutu nawojowego z wymaganą dokładnością.

Jeśli drut okazał się zbyt cienki do uzwojenia „z kolei” i często zdarza się to podczas nawijania uzwojeń wtórnych, zawsze można lekko rozciągnąć uzwojenie, rozsuwając zwoje. A jeśli nie ma wystarczającego przekroju drutu, uzwojenie można nawinąć na kilka drutów jednocześnie.

Jak nawinąć transformator impulsowy?

Najpierw musisz przygotować pierścień ferrytowy.

Aby drut nie przecinał uszczelki izolacyjnej i sam się nie uszkodził, wskazane jest stępienie ostrych krawędzi rdzenia ferrytowego. Ale nie jest to konieczne, zwłaszcza jeśli drut jest cienki lub zastosowano niezawodną uszczelkę. Z jakiegoś powodu zawsze to robię.

Za pomocą papieru ściernego zaokrąglij zewnętrzne ostre krawędzie.

To samo robimy z wewnętrznymi powierzchniami pierścienia.

Aby zapobiec przebiciu między uzwojeniem pierwotnym a rdzeniem, wokół pierścienia należy owinąć uszczelkę izolacyjną.

Jako materiał izolacyjny możesz wybrać tkaninę lakierowaną, włókno szklane, taśmę zabezpieczającą, folię lavsan, a nawet papier.

Podczas nawijania dużych pierścieni za pomocą drutu grubszego niż 1-2 mm wygodnie jest użyć taśmy zabezpieczającej.

Czasami przy produkcji domowych transformatorów impulsowych radioamatorzy używają taśmy fluoroplastycznej - FUM, która jest stosowana w hydraulice.

Wygodnie jest pracować z tą taśmą, ale fluoroplasty mają zimną płynność, a nacisk drutu w obszarze ostrych krawędzi pierścienia może być znaczny.

W każdym razie, jeśli zamierzasz użyć taśmy FUM, połóż pasek tektury elektrycznej lub zwykłego papieru wzdłuż krawędzi pierścienia.

Podczas nawijania uszczelki na pierścienie o małych rozmiarach bardzo wygodne jest użycie haka montażowego.

Hak montażowy może być wykonany z kawałka drutu stalowego lub szprychy rowerowej.

Ostrożnie nawijamy taśmę izolacyjną wokół pierścienia tak, aby każdy kolejny zwój nachodził na poprzedni z zewnątrz pierścienia. W ten sposób izolacja na zewnątrz pierścienia staje się dwuwarstwowa, a wewnątrz - cztery lub pięć warstw.

Aby nawinąć uzwojenie pierwotne, potrzebujemy wahadłowca. Można go łatwo wykonać z dwóch kawałków grubego drutu miedzianego.

Ustalenie wymaganej długości drutu nawojowego jest dość łatwe. Wystarczy zmierzyć długość jednego zwoju i pomnożyć tę wartość przez wymaganą liczbę zwojów. Mały dodatek na wnioski i błąd obliczeniowy też nie zaszkodzi.

34 (mm) * 120 (zwroty) * 1,1 (razy) = 4488 (mm)

Jeśli do uzwojenia używany jest drut cieńszy niż 0,1 mm, zdjęcie izolacji skalpelem może zmniejszyć niezawodność transformatora. Lepiej jest usunąć izolację takiego drutu za pomocą lutownicy i tabletki aspiryny (kwasu acetylosalicylowego).

Bądź ostrożny! Podczas topienia kwasu acetylosalicylowego wydzielają się toksyczne opary!

Jeśli do dowolnego uzwojenia stosuje się drut o średnicy mniejszej niż 0,5 mm, lepiej jest wykonać przewody z drutu skręconego. Do początku uzwojenia pierwotnego lutujemy kawałek drutu wielodrutowego w izolacji.

Miejsce lutowania izolujemy za pomocą małego kawałka tektury elektrycznej lub zwykłego papieru o grubości 0,05…0,1 mm.

Nawijamy początek uzwojenia, aby bezpiecznie naprawić skrzyżowanie.

Wykonujemy te same operacje z wyjściem końca uzwojenia, tylko tym razem naprawiamy połączenie za pomocą nici bawełnianych. Aby naprężenie nici nie słabło podczas wiązania węzła, końce nici mocujemy kroplą roztopionej kalafonii.

Jeśli do nawijania używany jest drut grubszy niż 0,5 mm, wnioski można wyciągnąć za pomocą tego samego drutu. Na końcach należy założyć kawałki PCV lub innej rurki (kambrycznej).

Następnie wnioski wraz z rurką należy przymocować bawełnianą nicią.

Na uzwojenie pierwotne nawijamy dwie warstwy lakierowanej tkaniny lub innej taśmy izolacyjnej. Ta uszczelka uzwojenia jest niezbędna do niezawodnej izolacji obwodów wtórnych zasilacza od sieci oświetleniowej. Jeśli używany jest drut o średnicy powyżej 1 milimetra, dobrym pomysłem jest użycie taśmy zabezpieczającej jako uszczelki.

Jeśli zamierzasz użyć, możesz nawinąć uzwojenie wtórne na dwa druty. Zapewni to pełną symetrię uzwojeń. Zwoje uzwojeń wtórnych również muszą być równomiernie rozłożone na obwodzie rdzenia. Dotyczy to szczególnie uzwojeń o największej mocy pod względem przystawki odbioru mocy. Uzwojenia wtórne, które pobierają niewielką w porównaniu z całkowitą mocą, mogą być nawijane losowo.

Jeśli nie było pod ręką drutu o wystarczającym przekroju, można nawinąć uzwojenie kilkoma drutami połączonymi równolegle.

Na zdjęciu uzwojenie wtórne jest nawinięte na cztery przewody.

W obwodach elektronicznych i elektrycznych stosuje się różnego rodzaju urządzenia transformatorowe, które są poszukiwane w wielu dziedzinach działalności gospodarczej. Na przykład transformatory impulsowe (zwane dalej IT) są ważnym elementem instalowanym w prawie wszystkich nowoczesnych zasilaczach.

Budowa (typy) transformatorów impulsowych

W zależności od kształtu rdzenia i umieszczenia na nim cewek, IT produkowane są w następujących wersjach:

• pręt;
  
• opancerzony;
  
• toroidalny (nie posiada cewek, drut jest nawinięty na izolowany rdzeń);
  
• pręt pancerny;
  

Liczby pokazują:

• A - obwód magnetyczny wykonany z gatunków stali transformatorowych wytwarzanych w technologii metalu walcowanego na zimno lub na gorąco (z wyjątkiem rdzenia toroidalnego, wykonany jest z ferrytu);
• B - cewka z materiału izolacyjnego
• C - przewody tworzące połączenie indukcyjne.

Należy zauważyć, że stal elektrotechniczna zawiera niewiele dodatków krzemu, ponieważ powoduje straty mocy w wyniku działania prądów wirowych na obwód obwodu magnetycznego. W IT o konstrukcji toroidalnej rdzeń może być wykonany ze stali walcowanej lub ferrimagnetycznej.

Grubość płyt do zestawu rdzenia elektromagnetycznego dobierana jest w zależności od częstotliwości. Wraz ze wzrostem tego parametru konieczne jest instalowanie płyt o mniejszej grubości.

Zasada działania

Główną cechą transformatorów typ impulsu(zwane dalej IT) polega na tym, że przykładane są do nich impulsy jednobiegunowe o stałej składowej prądu, a zatem obwód magnetyczny jest w stanie stałego polaryzacji. Pokazane poniżej Schemat obwodu podłączenie takiego urządzenia.

Schemat: podłączenie transformatora impulsowego

Jak widać, schemat połączeń jest prawie identyczny z konwencjonalnymi transformatorami, czego nie można powiedzieć o schemacie taktowania.

Uzwojenie pierwotne odbiera sygnały impulsowe o kształcie prostokątnym e(t), między którymi odstęp czasu jest dość krótki. Powoduje to wzrost indukcyjności w przedziale t u , po czym obserwuje się jej spadek w przedziale (T-t u).

Spadki indukcyjne następują z szybkością, którą można wyrazić w postaci stałej czasowej wzorem: τ p =L 0 /R n

Współczynnik opisujący różnicę różnicy indukcyjności wyznacza się w następujący sposób: ∆V=Vmax - Vr

• B max - poziom maksymalnej wartości indukcji;
• W r - reszta.

Bardziej wyraźnie różnicę w indukcji pokazano na rysunku pokazującym przesunięcie punktu pracy w obwodzie magnetycznym IT.

Jak widać na schemacie czasowym, cewka wtórna ma poziom napięcia U2, w którym występują przepięcia wsteczne. W ten sposób objawia się energia zgromadzona w obwodzie magnetycznym, która zależy od namagnesowania (parametr i u).

Impulsy prądowe przechodzące przez cewkę pierwotną mają kształt trapezu, ponieważ prądy obciążenia i prądy liniowe (spowodowane namagnesowaniem rdzenia) są połączone.

Poziom napięcia w zakresie od 0 do t u pozostaje bez zmian, jego wartość e t = U m . Jeśli chodzi o napięcie na uzwojeniu wtórnym, można je obliczyć ze wzoru:

w którym:

• Ψ jest parametrem wiązania strumienia;
• S to wartość, która wyświetla przekrój rdzenia magnetycznego.

Biorąc pod uwagę, że pochodna charakteryzująca zmiany prądu przepływającego przez cewkę pierwotną jest wartością stałą, wzrost poziomu indukcji w obwodzie magnetycznym następuje liniowo. Na tej podstawie dopuszczalne jest wprowadzenie różnicy wskaźników wykonanych po pewnym przedziale czasu zamiast pochodnej, co pozwala na wprowadzanie zmian we wzorze:

w tym przypadku ∆t będzie utożsamiany z parametrem t u , który charakteryzuje czas, z jakim przepływa impuls napięcia wejściowego.

Aby obliczyć obszar impulsu, z którym powstaje napięcie w uzwojeniu wtórnym IT, konieczne jest pomnożenie obu części poprzedniego wzoru przez t u. W efekcie dojdziemy do wyrażenia, które pozwala nam uzyskać główny parametr IT:

U m x t u =S x W 1 x ∆V

Zauważ, że wartość obszaru impulsu zależy bezpośrednio od parametru ∆В.

Drugą najważniejszą wielkością charakteryzującą działanie IT jest spadek indukcyjności, na który wpływają takie parametry jak przekrój i przenikalność magnetyczna rdzenia obwodu magnetycznego, a także liczba zwojów na cewce:

Tutaj:

• L 0 - różnica indukcyjna;
• µ a jest przenikalnością magnetyczną rdzenia;
• W 1 - liczba zwojów uzwojenia pierwotnego;
• S to powierzchnia przekroju rdzenia;
• l cp - długość (obwód) rdzenia (obwód magnetyczny)
• B r jest wartością resztkowej indukcji;
• In max - poziom maksymalnej wartości indukcji.
• H m - Natężenie pola magnetycznego (maksymalne).

Biorąc pod uwagę, że parametr indukcyjności IT całkowicie zależy od przenikalności magnetycznej rdzenia, obliczenia muszą opierać się na maksymalnej wartości µa, którą pokazuje krzywa namagnesowania. Odpowiednio, dla materiału, z którego wykonany jest rdzeń, poziom parametru Br, który odzwierciedla indukcję resztkową, powinien być minimalny.

Wideo: szczegółowy opis zasada działania transformatora impulsowego

Na tej podstawie taśma ze stali transformatorowej idealnie nadaje się do roli materiału rdzenia IT. Możesz również użyć permalloy, w którym taki parametr jak współczynnik prostopadłości jest minimalny.

Rdzenie ze stopu ferrytu są idealne do IT o wysokiej częstotliwości, ponieważ materiał ten ma niskie straty dynamiczne. Ale ze względu na niską indukcyjność konieczne jest wykonanie IT o dużych rozmiarach.

Obliczanie transformatora impulsowego

Zastanów się, jak konieczne jest obliczenie IT. Należy pamiętać, że wydajność urządzenia jest bezpośrednio związana z dokładnością obliczeń. Jako przykład weźmy konwencjonalny obwód konwertera, który wykorzystuje toroidalny typ IT.

Przede wszystkim musimy obliczyć poziom mocy IT, w tym celu używamy wzoru: P \u003d 1,3 x P n.

Wartość P n pokazuje, ile energii zużyje obciążenie. Następnie obliczamy całkowitą moc (P gb), nie powinna być mniejsza niż moc obciążenia:

Parametry wymagane do obliczeń:

• S c - wyświetla pole przekroju rdzenia toroidalnego;
• S 0 - obszar jego okna (jako wskazówka, ta i poprzednia wartość są pokazane na rysunku);

• B max to maksymalna indukcja szczytowa, zależy od marki materiału ferromagnetycznego (wartość odniesienia pobierana jest ze źródeł opisujących właściwości gatunków ferrytu);
• f jest parametrem charakteryzującym częstotliwość, z jaką konwertowane jest napięcie.

Kolejnym krokiem jest określenie ilości zwojów w uzwojeniu pierwotnym Tr2:

(wyniki są zaokrąglane w górę)

Wartość U I określa wyrażenie:

U I \u003d U / 2-U e (U to napięcie zasilania konwertera; U e to poziom napięcia dostarczanego do emiterów elementów tranzystorowych V1 i V2).

Przechodzimy do obliczenia maksymalnego prądu przechodzącego przez uzwojenie pierwotne IT:

Parametr η jest równy 0,8, jest to wydajność z jaką musi pracować nasz konwerter.

Średnicę drutu użytego w uzwojeniu oblicza się według wzoru:

Jeśli masz problem z określeniem podstawowych parametrów IT, możesz znaleźć w Internecie serwisy tematyczne, które pozwalają tryb online obliczyć wszelkie transformatory impulsowe.

rocznie Koshelev, AA Caraiszwili
Petersburski Uniwersytet Elektrotechniczny „LETI”, St. Petersburg, Rosja

Przedstawiono przegląd istniejących materiałów magnetycznych stosowanych na rdzenie transformatorów wysokiej częstotliwości. Rozważono technikę tworzenia modelu transformatora w programie Microcap 9. Przedstawiono przykład obliczania głównych charakterystyk jednocyklowego przekształtnika typu flyback z transformatorem wysokiej częstotliwości i przeprowadzono modelowanie.

Słowa kluczowe: Materiały magnetyczne, permalloy, konwerter flyback single-ended..

Wstęp

Zasilacze impulsowe (SMPS) stają się popularne ze względu na wysoką sprawność, dużą gęstość mocy oraz niskie parametry wagowo-gabarytowe, wysoką gęstość energii. Dzięki zastosowaniu modulacji szerokości impulsu (PWM) są w stanie stabilizować napięcie w szerokim zakresie.

Jednym z najczęściej stosowanych obwodów zasilacza impulsowego małej mocy jest obwód konwertera flyback (FC) pokazany na rysunku 1. Obwód ten przekształca jedno napięcie stałe na drugie, dostosowując napięcie wyjściowe za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM) lub modulacji częstotliwości impulsów (CHIM).

Rysunek 1 - Typowy schemat konwertera flyback

Sposób działania części mocy OP jest dość prosty. W okresie, gdy tranzystor VT 1 jest otwarty, prąd zaczyna rosnąć liniowo w uzwojeniu pierwotnym transformatora (TR). W uzwojeniu wtórnym prąd nie płynie z powodu odwróconej diody VD 1. Gdy tranzystor jest zamknięty, zmienia się polaryzacja napięcia na uzwojeniu wtórnym TR, zaczyna płynąć w nim prąd, który ładuje kondensator wyjściowy i zasila obciążenie. Innymi słowy, w pierwszej części tego okresu transformator OP magazynuje energię w polu magnetycznym rdzenia, która jest następnie realizowana w obciążeniu.

Znaczenie PWM jest następujące. Wraz ze wzrostem czasu trwania stanu włączenia tranzystora, TP gromadzi w sobie więcej mocy, co oznacza, że ​​wyjście obwodu będzie więcej napięcia. W ten sposób, regulując czas trwania stanu włączenia tranzystora, można sterować napięciem wyjściowym obwodu.

Ze względu na powszechność zasilaczy impulsowych działających z wysoką częstotliwością, wskazane jest przejrzenie istniejących materiałów magnetycznych dla RF TR.

Nie wszystkie ferromagnesy nadają się do produkcji transformatorów i dławików, zwłaszcza wysokoczęstotliwościowych. Najbardziej odpowiednie właściwości, jakie powinny mieć te materiały, to:

Materiał powinien być łatwo namagnesowany i rozmagnesowany, czyli być magnetycznie miękki - mieć wąską pętlę histerezy, małą siłę koercji, wysoką początkową i maksymalną przenikalność magnetyczną;

Materiał musi mieć wysoką indukcję nasycenia, co pozwoli deweloperowi zmniejszyć rozmiar i wagę produktów elektrycznych;

Materiał powinien charakteryzować się jak najmniejszymi stratami przemagnesowania i prądów wirowych;

Materiał powinien mieć słabą zależność właściwości magnetycznych od naprężenia mechaniczne rodzaj napięcia i kompresji;

Materiał musi zachowywać swoje właściwości magnetyczne w maksymalnym możliwym stopniu przy zmianach temperatury, wilgotności iz upływem czasu.

W większości podręczników materiały magnetyczne są podzielone na trzy główne grupy:

a) przewodzące - stale elektryczne i stopy (permalloy);

b) półprzewodnik - ferryty;

c) dielektryk - magnetodielektryki.

Wykorzystanie materiałów należących do różnych grup ma swoje własne cechy. Do produkcji elementów elektromagnetycznych działających na częstotliwościach od 50 Hz do 10 kHz stosuje się stale elektryczne, przy częstotliwościach od 5 ... 10 do 20 ... 30 kHz - stopy elektryczne, przy częstotliwościach od kilku kiloherców i wyższych - ferryty i magnetodielektryki. Niektóre rodzaje stopów elektrycznych tzw. wyrobów walcowanych mikronowych pracują z częstotliwościami do kilkuset kiloherców. Ale w każdym razie musimy pamiętać, że górna częstotliwość materiału jest ograniczona przez straty w nim dla histerezy i prądów wirowych.

Porównajmy najczęściej używane materiały magnetyczne o wysokiej częstotliwości: ferryty, alsifery i prasowane.

Ferryty są najczęściej stosowane w technologii impulsów mocy. Są to polikrystaliczne związki wieloskładnikowe wytwarzane przy użyciu specjalnej technologii, łącznie wzór chemiczny który MeFe2O3 (gdzie Me to dowolny ferromagnes, na przykład Mn, Zn, Ni). Będąc półprzewodnikami, ferryty mają wysokie wartości własnej rezystancji elektrycznej, przewyższające rezystancję stali 50-krotnie lub więcej. To właśnie ta okoliczność umożliwia stosowanie ferrytów w elementach indukcyjnych pracujących na wysokich częstotliwościach, bez obawy, że straty prądów wirowych mogą gwałtownie wzrosnąć. W energetyce najszerzej stosowane są krajowe ferryty manganowo-cynkowe w gatunkach NM oraz niklowo-cynkowe w gatunkach HN. Wybierając między tymi gatunkami, pierwszeństwo należy oczywiście przyznać ferrytom klasy NM, ponieważ mają one wyższą temperaturę Curie (temperaturę, w której ferromagnetyki tracą swoje właściwości ferromagnetyczne), co pozwala na ich eksploatację z większą wysokie temperatury przegrzanie. Utrata histerezy ferrytów manganowo-cynkowych jest o rząd wielkości mniejsza niż w przypadku ferrytów niklowo-cynkowych. Ferryty w gatunku NM charakteryzują się wysoką odpornością na naprężenia mechaniczne. Jednakże opór elektryczny Jest mniej ferrytów klasy NM niż ferrytów klasy HN, więc te ostatnie mogą pracować przy wyższych częstotliwościach. Krzywe namagnesowania manganu-cynku (NM) z ferrytów niklowo-cynkowych (NN) przedstawiono na rysunku 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

Rysunek 2 - Krzywe namagnesowania manganu-cynku (NM)
z ferrytów niklowo-cynkowych (HH)

Alsifers to rodzaj magnetodielektryków szeroko stosowany w technologii impulsów mocy. Podstawą wypełniacza magnetycznego alsifers jest trójskładnikowy stop Al-Si-Fe (aluminium, krzem, żelazo). Przemysł krajowy produkuje 6 gatunków jarzyn o przepuszczalności względnej od 22 do 90, przeznaczonych do pracy w zakresie temperatur od -60 do +120 °C. Rysunek 3 przedstawia krzywe namagnesowania alsiferów gatunków TCh-60, GCh-32, VCh-22.

Presspermy to magnetodielektryki produkowane na bazie Mo-permalloyu. Wykonane są z drobnego proszku metalowego na bazie permaloju o wysokiej zawartości niklu z dodatkiem molibdenu. Presspermy charakteryzują się wysoką przenikalnością magnetyczną i niskimi stratami histerezy. Krajowy przemysł wypracował 10 marek pras nietermokompensowanych i tyle samo termokompensowanych. Parametry niektórych przedstawicieli przedstawiono w tabeli 1. Do oznaczenia pras termokompensowanych dodano literę „K”. Liczba w oznaczeniu marki to nominalna przepuszczalność magnetyczna. Górna częstotliwość robocza rdzeni MO-permalloy wynosi 100 kHz.

Rysunek 3 - Krzywe magnetyzacji Alsifera
gatunki 1-TCh-60, 2-GCh-32, 3-VCh-22.

Tabela 1 - Parametry prasówek domowych

Rysunek 4 przedstawia krzywe namagnesowania praspermów najpopularniejszych marek.

Rysunek 4 - a) krzywe namagnesowania praspermów;
b) krzywe zmian przepuszczalności od natężenia pola zewnętrznego:
1 - MP-250; 2 - MP-140; 3 - MP-100; 4 - MP-60

Wszystkie źródła impulsowe z elementami indukcyjnymi w zależności od rodzaju konwersji można podzielić na dwie duże klasy: źródła z transformatorami oraz źródła z magazynowaniem energii w elemencie indukcyjnym i jego późniejszą implementacją w obciążeniu. Do tych pierwszych należą obwody mostkowe i półmostkowe falowników napięcia, obwód jednocyklowej przetwornicy do przodu. Po drugie - stabilizatory obniżające i podwyższające, różne konwertery jedno- i dwucyklowe, w szczególności jednocyklowy obwód konwertera flyback.

W pierwszym przypadku, zgodnie ze wzorem obliczeniowym na siłę elektromotoryczną uzwojenia TR (1), na wymiary elementu indukcyjnego istotny wpływ ma V m - maksymalna indukcja nasycenia w materiale rdzenia.

W drugim przypadku, zgodnie ze wzorem (11), największy wpływ na wymiary elementu indukcyjnego ma H maks - wartość maksymalnego natężenia pola magnetycznego w rdzeniu. Z grubsza rzecz biorąc, znaczenie H maks charakteryzuje zdolność materiału rdzenia do magazynowania energii.

Tak więc w przypadku zastosowania obwodu dosyłowego przekształtnika jednocyklowego należy wybrać materiał o największej indukcji nasycenia, w przypadku obwodu typu flyback o największym natężeniu pola magnetycznego wewnątrz rdzenia. Alsifers i pressperms mają największą siłę pola magnetycznego, ale alsifers mają większą powierzchnię histerezy, co oznacza, że ​​będą miały duże straty. Dlatego jako materiał rdzenia wybierzemy serię MP.

Literatura

1. Nivelt G.S., Mazel K.B. i inne Źródła zasilania urządzeń radioelektronicznych: Podręcznik, wyd. Naivelt G.S. - M.: Radio i łączność, 1985. - 576 s.

2. Berezin OK, Kostnikov V.G., Shakhnov V.A. Źródła zasilania REA. - M .: "Trzy L", 2000. - 400 s.

3. Irving M. Gottlieb Zasilacze, regulatory przełączające, falowniki i konwertery, wydanie 2. – McGraw-Hill, 1994

4. Semenov B.Yu. Elektronika mocy: od prostej do złożonej. – M.: SOLON-Press, 2005. – 416 s.: il. (Seria „Inżynier bibliotekarski”)

5. http://rusgates.ru/ Oficjalna strona producenta rdzeni magnetycznychJSC „Ferropribor” (spółki zależne LLC „Neva-Ferrit” i LLC „Magnit”)

6. Mikroukłady do przełączania zasilaczy i ich zastosowanie. wyd. 2, ks. i dodatkowe - M.: Wydawnictwo „Dodeka- XXI”, 2001. - 608 s.

7. Mgr Amelina, Amelin S.A. Program do symulacji obwodu Mikro nasadka 8. -M.: Hotline-Telecom, 2007. - 464 s. chory.

Link bibliograficzny do artykułu:
rocznie Koshelev, AA Tsariaszwili Obliczanie i modelowanie transformatora wysokiej częstotliwości w ramach jednocyklowego konwertera flyback // Elektryk online: Energetyka. Nowe technologie, 2014..php?id=134 (data dostępu: 25.08.2019)