Онлайн расчет импульсного трансформатора: . . . . Online. -. . .

Расчёт импульсного трансформатора онлайн

Все права защищены. Для более чем заказчиков по всему миру мы делаем свыше онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день! Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element. Подписаться на новости Введите свой email адрес:. Расчёт для TL Подробнее


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Импульсный блок питания для чайников — часть 1

Намотка и расчет трансформатора. Подробно


Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы. Кликните, чтобы добавить в избранные сервисы. Расчет трансформатора, онлайн калькулятор позволит вам рассчитать параметры трансформатора, такие как мощность, ток, количество витков и диаметр провода в обоих обмотках, по его размерам, входному и выходному напряжению.

Входное напряжение: В Габаритный размер a: см Габаритный размер b: см Габаритный размер c: см Габаритный размер h: см Выходное напряжение: В Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, состоящее из двух или более индуктивно-связанных обмоток, намотанных на общий ферромагнитный сердечник, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока посредством электромагнитной индукции.

Мы в соцсетях Присоединяйтесь! Нашли ошибку? Есть предложения? Сообщите нам. Этот калькулятор можно вставить на сайт, в блог. Создадим калькулятор для вас. Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт Код для вставки:. Cообщение: Что-то не нашли?

Сообщите нам Что-то не нашли? Входное напряжение:. Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, состоящее из двух или более индуктивно-связанных обмоток, намотанных на общий ферромагнитный сердечник, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока посредством электромагнитной индукции. Расчет электрических цепей. Расчет различных параметров электрических цепей постоянного и переменного тока.

Калькулятор расчета тока в однофазных и трехфазных сетях. Расчет тока в цепях однофазного или трехфазного тока. Калькулятор расчета делителя напряжения. Расчет выходного напряжение электрической цепи с резистивным или ёмкостным делителем напряжения. Реактивное сопротивление катушки индуктивности, онлайн расчет. Расчет реактивного сопротивления катушки индуктивности в цепи переменного тока. Ток нагрузки, онлайн расчет. Расчет тока нагрузки для однофазных и трехфазных цепей переменного тока. Сколько заряжать аккумулятор, онлайн расчет.

Рассчитать сколько времени нужно для зарядки аккумулятор. Этот калькулятор можно вставить на сайт, в блог Создадим калькулятор для вас. Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт.

Код для вставки: Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Если нужен ответ.


Программа расчета импульсного трансформатора

Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина! Намотка и расчет трансформатора.

Программа для расчета активных фильтров, использующихся при для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных push-pull, мостовых и онлайн-среда, созданная с целью быстрого проектирования импульсных.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Трансформатор представляет собой тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую, пропорциональную потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силовой аппаратуры может содержать обычно одну первичную обмотку, и одну или несколько вторичных. Оглавление: Порядок расчета трансформаторов Этапы определения параметров Преимущества использования программ Основные формулы и порядок их применения Расчет импульсного трансформатора. Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора порой отнимает много времени и не каждому под силу выполнить его качественно. А ведь от правильности процесса зависит многое. Стабильность работы готового устройства, КПД, потребляемая мощность. Кроме этого при неправильном расчете с намоточным устройством могут происходить самые разнообразные непонятные вещи:. В более серьезных ситуациях он и вовсе может возгореться, доставив дополнительные неприятности.

Расчет трансформатора, онлайн калькулятор

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Часть 2 Производство и разработка электроники Часть 1 Пролог И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно.

Из всех современных программ для расчета импульсных трансформаторов нашла действительную популярность лишь одна, под названием ExcellentIT.

Импульсный трансформатор — виды, принцип работы, формулы для расчета

Онлайн расчет силового импульсного трансформатора. Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь. Вашему вниманию подборки материалов:. К онструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств.

Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками

Введите электронную почту и получайте письма с новыми самоделками. Не более одного письма в день. Войти Чужой компьютер. В гостях у Самоделкина! Намотка и расчет трансформатора. Доставка новых самоделок на почту Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

Расчеты и намотка импульсного трансформатора относительно сложный процесс, с которым многие предпочитают не связываться.

Расчет трансформатора: формулы, применение онлайн-калькуляторов

Программа предназначена для расчетов параметров импульсных трансформаторов на на броневых, тороидальных, Ш-образных и других сердечниках. Версия программы — 4. В программе предусмотрено множество различных параметров которые можно задать для расчетов, в то же время интерфейс не перенасыщен и разобраться в нем не составит особого труда. Скачать Кб.

Программа для расчета импульсного трансформатора 2.6

Обнаружен блокировщик рекламы. Сайт Паяльник существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Как это сделать? Главная Программы. Призовой фонд на октябрь г.

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины.

Код для вставки без рекламы с прямой ссылкой на сайт. Код для вставки с рекламой без прямой ссылки на сайт. Скопируйте и вставьте этот код на свою страничку в то место, где хотите, чтобы отобразился калькулятор. Калькулятор справочный портал. Избранные сервисы.

В методике расчета, описанной в [1], для определения минимального числа витков первичной обмотки W 1 и габаритной Р габ максимально допустимой мощности трансформатора двухтактного преобразователя использованы формулы:. Эти формулы позволяют выполнить приближенный расчет трансформатора. Но формальное следование приведенному в [1] примеру расчета и игнорирование возникающих погрешностей может дать ошибочный результат, следствием которого может быть выход из строя трансформатора и коммутирующих транзисторов. Рассмотрим, например, кольцевой магнитопровод К40х25х11 из феррита НМ1.


Онлайн расчет катушек на феррит кольца. Lite-CalcIT

И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор . Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП ).
После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.

Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

Великая битва или какой материал выбрать? Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника» . Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.

Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?

Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким , то есть легко намагничиваться и размагничиваться:

Для определенного класса материала потери мощности при заданной температуре могут быть выражены по одной формуле. Ферритовые производители на основе этих данных эмпирически вывели эти потери потерь. Показатели и константа определяются с помощью следующих формул.

Расчет исходных данных и выбор элементов устройства

На фиг. 5 показаны потери в сердечнике как функция температуры для нескольких сортов материалов, включая новый материал. Таким образом, при нормальных условиях труда потери увеличивались с повышением температуры. С этим открытием производители научились приспосабливать состав материала к материалам, которые имеют минимальную потерю сердечника вблизи ожидаемой рабочей температуры.



Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл

2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность.

Насыщение

В настоящее время существуют многочисленные классы материалов, оптимизированные для конкретной идеальной рабочей температуры. Настоящее дает дополнительные открытия, которые позволяют производителям ферритов разрабатывать новые марки материалов, которые демонстрируют те же низкие потери в сердечнике в более широком диапазоне рабочих температур. Этот новый класс материалов будет способствовать более энергоэффективным продуктам, поскольку потери в сердечнике будут оптимизированы во всем диапазоне рабочих температур.

Изделия, изготовленные из этих материалов, будут более безопасными, потому что вероятность теплового бегства будет меньше. Эти новые марки материалов также минимизируют требуемые запасы основных материалов, поскольку один класс материала будет оптимальным для всех применений энергии независимо от рабочей температуры.

Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.
В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

Хотя свойства материала, отличные от потери сердечника, несущественны при определении повышения температуры или размера сердечника трансформатора, другие свойства представляют интерес, если рассматривать интегрированные магнетики. Трансформаторные приложения требуют достаточной проницаемости для обеспечения хорошего потока потока, поэтому поток остается в намеченном пути и не отклоняется от активной зоны. Для применений индукторов выходной мощности преимущественно требуется зазорное ядро. Размер глубины зазора становится доминирующим фактором при определении компонента индуктивность и проницаемость материала относительно неважны.


3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко

4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности.

Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.

Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко ) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше…
Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 о С и это у самый простых и дешевых марок.

Размер сердечника трансформатора часто ограничивается потерей основного материала сердечника. Однако размер сердечника индукционного сердечника часто ограничивается свойствами насыщения материала сердечника при рабочих температурах. Потери намотки катушки вносят вклад в общую потерю трансформатора. Потери в меде легко понять. Потери обмотки катушки из-за скин-эффекта, эффекта близости, эффекта вихревых токов в обмотках, эффектов от окантовочного потока, пересекающего обмотки вблизи основного зазора, края эффекты и посторонние эффекты проводников могут быть значительными и должны быть рассмотрены.



Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах

И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения . Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.

Сопротивление каждой обмотки можно вычислить, умножив поворот средней длины обмотки на сопротивление меди для соответствующего размера проволоки и общего количества оборотов. Потери меди для каждой обмотки рассчитываются по следующей формуле. Суммируйте основные и все потери вторичной обмотки для получения общих потерь намотки, а затем суммируйте общие потери обмотки с потерями в сердечнике, чтобы получить общие потери трансформатора.

Выходная мощность трансформатора меньше его входной мощности. Разница заключается в величине мощности, преобразуемой в тепло по потерям в сердечнике и потерям обмотки. Комбинация излучения и конвекции рассеивает это тепло от открытых поверхностей трансформатора. теплоотдача зависит от общей открытой площади поверхности активной зоны и общей площади открытой поверхности обмоток.

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

Несколько слов об альсифере и чем он отличается

1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 о С — подходит? Еще лучше чем феррит!
2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.
3) индукция насыщения до 1,2 Тл! , в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.

Величина U I определяется выражением

Повышение температуры трансформатора трудно предсказать с точностью. Один из подходов состоит в том, чтобы объединить потери обмотки вместе с потерями в сердечнике и предположить, что тепловая энергия рассеивается равномерно по всей площади поверхности сердечника и узла намотки при всех температурах окружающей среды. Это не плохое предположение, потому что большая часть площади поверхности транс-быка — это площадь ферритового сердечника, а не площадь обмотки, а теплопроводность феррита плохо при любой температуре.

Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.

Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.
Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».

С этими предположениями повышение температуры трансформатора можно оценить по следующей формуле. Показатель, использованный в приведенной выше формуле для оценки повышения температуры, был получен из эмпирических данных с использованием следующей формулы.

На рисунке 6 показано повышение температуры по сравнению с потерями мощности для нескольких трансформаторов переменного тока различного размера. Повышение температуры трансформатора частично связано с потерями в сердечнике и частично от потерь обмотки обмотки. Потери основных потерь и потерь на обмотку и повышение температуры можно оценить с помощью расчетов, сделав несколько предположений. Из-за сделанных допущений может потребоваться доказать эмпирическое повышение температуры путем измерения трансформатора с использованием тепловых пар.

Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу

Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста , а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.
Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.
Если в кратце зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост» , там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:

Проектирование высокочастотного импульсного трансформатора

Новые ферритовые материалы, которые демонстрируют согласованную потерю сердечника в широком диапазоне рабочих температур, упростят выбор ферритового материала и окажутся ценными для трансформаторной промышленности. Мы обычно знали о частоте 50 Гц в распределении и которые обычно используются в цепочке сети передачи и распределения. Основная цель заключается в том, чтобы либо повысить, либо понизить уровень напряжения питания в различных точках сети для обеспечения эффективности и распределения. Мощность на генерирующих станциях генерируется при низком напряжении и высоком, чтобы минимизировать омические потери в линиях и передавать мощность в центры нагрузки с меньшими потерями мощности.

А)
Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)

Б)
Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа

Этот уровень низкого напряжения должен быть увеличен, чтобы уменьшить линию ток, следовательно, уменьшает омические потери и улучшает регулирование напряжения. Поскольку в этом путешествии от станций генерации до центров нагрузки из-за сопротивления линии будут омические потери, и из-за импеданса линии произойдет падение напряжения или низкое регулирование напряжения. Для эффективного распределения и питания эта высоковольтная мощность снова снижается при желаемом уровне распределения и напряжения питания.

Что такое высокочастотные трансформаторы или импульсный трансформатор

Всю очередь частота трансформатора и мощность остаются неизменными.

Проектирование высокочастотного трансформатора
Для соответствия уровням напряжения источника и нагрузки для обеспечения электрической изоляции между силовыми цепями. Электрическая эквивалентная схема трансформатора показана ниже, где первичная электрическая схема представлена ​​с изображением отношения, а вторичная электрическая схема представлена ​​с изображением отношения. Основной причиной выбора типа оболочки корпуса для высокочастотного применения является то, что 3-я гармоническая составляющая будет циркулировать в первичной цепи, не входя в вторичную схему питания, которая похожа на «дельта-соединение».

Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все!
Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.

Кроме того, как разделение во внешних конечностях, оно дает меньше потерь ядра. Как всегда в некоторых распределительных трансформаторах используется «Аморфное ядро». Но в высокочастотных трансформаторах обычно используются «ферритовые сердечники». Единственная проблема с ферритами заключается в том, что максимальная его плотность потока ограничена максимум 5 Тл, а для ферромагнитных ядер — максимум 2 Т и 8 Т для аморфных ядер. Его геометрическая версия показана ниже. Как уже говорилось, площадь окна трансформатора обеспечивает размещение первичной и вторичной обмотки.

Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51 . Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1 .

Привожу пример расчета на 2 кВт:


Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий

Из уравнения 1 и уравнения 2. Высокочастотное применение. Теперь нам нужно разработать для приложения выше. Из полученного нами уравнения подставляем все значения и находим значение окна и области ядра. В любом случае результатом является то, что вы намеренно добавляете падение напряжения в линию. Дополнительный эффект имеет трансформатор тока — измерительная цепь изолирована от измеряемого тока.

В упрощенной схеме встроенный прямоугольный генератор построен вокруг компаратора напряжения и тороидальной индуктивности. Время контролируется индуктором, который наматывается на ядро ​​с квадратной петлей. «Квадратная петля» относится к форме кривой гистерезиса сердечника, которая имеет острый, четко определенный переход, когда он становится магнитно насыщенным. Ток через индуктор мал, прежде чем он насыщается, но быстро увеличивается, когда ядро ​​насыщается.

Как производить расчет: 1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию:
а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов
б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше , то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц
в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут
г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм 2 . Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм 2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм 2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.
д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.

2) Выделено синим.
а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В
б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса.
в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров.
г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура).
д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект

Типичная кривая гистерезиса для железного сердечника индуктора осциллятора также показана на рисунке 1. Вертикальная ось — это плотность потока, обычно измеренная в Гауссе. Горизонтальная ось — сила намагничивания, обычно измеренная в Эрстшед. Закон Фарадея что намагничивающая сила пропорциональна числу витков, умноженному на ток в витках. Это менее распространено, но совершенно справедливо, для измерения силы намагничивания в ампер-витках. Обратите внимание, что область, закрытая петлей гистерезиса на левой стороне, равна и противоположна области с правой стороны.

Скин-эффект

Скин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»

Теперь сердечник смещен в одном направлении добавленным током намагничивания в режиме обмотки. Помните, что это произведение тока, умноженное на количество сбалансированных поворотов. Небольшой ток в большом количестве поворотов может использоваться для отмены большого тока в небольшом числе поворотов.

Это формирует однооборотную смысловую обмотку. Добавленная сила намагничивания составляет 100 ампер за один оборот, что составляет 100 ампер-оборотов. Предположим, что основная обмотка имеет 200 оборотов. Источник питания обеспечивает ± 5 В для работы схемы. Используются трехконтактные регуляторы напряжения, которые имеют встроенную защиту от тока и тепловой защиты в случае неисправности. Когда сердечник катушки насыщается, текущий ток резко увеличивается, поэтому на линиях ± 5 В используются большие электролитические конденсаторы для стабилизации напряжения во время текущих всплесков.

3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.

4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.

5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки.
Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.

Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0 . Расчет для нашего трансформатора приведу:


Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя

В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.

Стадии изготовления Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.
Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!

Стадия 1:

Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки

Мотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.

Стадия 2:

Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку

Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.

Стадия 3:

Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркас
Намотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!

Стадия 4:

Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки

Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.

Стадия 5:


Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена
Стадия 6:

Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке

Киперная лента

Киперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей.
Спасибо википедии.

Стадия 7:

Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора

Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.

Намотка дросселя

Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.

Стадия 1:


Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой

Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!

Стадия 2:

Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем

В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.

Стадия 3:

Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком

Эпилог

Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается. Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах. И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее.
Продолжение следует…

Метки: Добавить метки

Содержание:

В электронике и электротехнике широко используются различные типы трансформаторов. Это дает возможность применения электронных систем во многих областях производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому наряду с основными расчетами, большое значение приобретает расчет импульсного трансформатора. Данные устройства являются важными элементами, которые используются во всех схемах современных блоков питания.

Назначение и действие импульсного трансформатора

Импульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов.

Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы. Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют.

При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации.

Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля.

Расчет исходных данных и выбор элементов устройства

В первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией. Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н).


Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH.

Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными . Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты:

  • Амплитудное значение составляет: 242 В х 1,41 = 341,22 В.
  • Далее 341,22 — 0,8 х 2 = 340 В за вычетом падения напряжения на выпрямителе.

Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц:

1. Марганец-цинковые ферриты.

Параметры

Марка феррита

2. Никель-цинковые ферриты.

Параметры

Марка феррита

Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц

Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл

Намотка импульсных трансформаторов

При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях — его выход из строя.

В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков. Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными. Разница между и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.

Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D — 10 S — 4 d ) / d , в которой W -является количеством витков в первичной обмотке, n — постоянная величина, равная 3,1416, D — внутренний диаметр кольца магнитопровода, S — толщина изоляционной прокладки, d — диаметр изолированного провода. Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов.

Расчет импульсного трансформатора

В электронике и электротехнике широко используются различные типы трансформаторов. Это дает возможность применения электронных систем во многих областях производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому наряду с основными расчетами, большое значение приобретает расчет импульсного трансформатора. Данные устройства являются важными элементами, которые используются во всех схемах современных блоков питания.

Назначение и действие импульсного трансформатора

Импульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов.

Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы. Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют.

При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации.

Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля.

Расчет исходных данных и выбор элементов устройства

В первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией. Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н).

Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH.

Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными скачками напряжения в сети. Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты:

  • Амплитудное значение составляет: 242 В х 1,41 = 341,22 В.
  • Далее 341,22 – 0,8 х 2 = 340 В за вычетом падения напряжения на выпрямителе.

Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц:

1. Марганец-цинковые ферриты.

Параметры

Марка феррита

6000НМ

4000НМ

3000НМ

2000НМ

1500НМ

1000НМ

Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц

0,005

0,1

0,2

0,45

0,6

1,0

Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл

0,35

0,36

0,38

0,39

0,35

0,35

2. Никель-цинковые ферриты.

Параметры

Марка феррита

200НН

1000НН

600НН

400НН

200НН

100НН

Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц

0,02

0,4

1,2

2,0

3,0

30

Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл

0,25

0,32

0,31

0,23

0,17

0,44

Намотка импульсных трансформаторов

При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях – его выход из строя.

В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков. Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными. Разница между данными калькулятора и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.

Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D – 10S – 4d) / d, в которой W–является количеством витков в первичной обмотке, n – постоянная величина, равная 3,1416, D – внутренний диаметр кольца магнитопровода, S – толщина изоляционной прокладки, d – диаметр изолированного провода. Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов.

Онлайн расчет трансформатора за 6 простых шагов

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

Содержание статьи

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50 0,50÷0,80
50÷150 0,80÷0,90
150÷300 0,90÷0,93
300÷1000 0,93÷0,95
>1000 0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимую величину первичной или вторичной мощности подобрать магнитопровод по форме и поперечному сечению сердечника;или по габаритам имеющегося магнитопровода оценить электрические мощности, которые сможет пропускать проектируемый трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

n = W1 / W2

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода добиваются оптимального соотношения между его нагревом при эксплуатации и габаритами свободного пространства внутри сердечника, позволяющими разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

ω’=45/Qc (виток/вольт)

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

РадиоКот :: Расчёт импульсных трансформаторов

РадиоКот >Чердак >

Расчёт импульсных трансформаторов

 

 

Хочу рассказать о расчёте импульсных трансформаторов т.к. в сети очень много методик, но все они какие – то отдалённые и примерные с какими то непонятными коэффициентами, числами, откуда они взялись никто не описывает а приводит конечный результат в итоге результат получается с большим отклонением!!

Начнём с того, что мы захотели разработать некое устройство, посчитали необходимую требуемую мощность на выходе, допустим она равна 250 Вт, далее необходимо выбрать магнитопровод обеспечивающий заданую мощность.

Для этого существует реальная формула для оценки входной габаритной мощности магнитного элемента:

  • кф – коэффициент формы напряжения или тока: для синуса =1,11 для прямоугольника =1.
  • Кзс – коэффициент заполнения геометрического сечения магнитопровода материалом феромагнетика Кзс = 0,6 – 0,95 и даётся в справочной литературе на магнитный элемент.
  • Кок — коэффициент заполнения окна магнитопровода сечениями проводников, Кок =0,35.
  • n0 – коэффициент показывающий какую часть катушки занимает первичная обмотка, для трансформаторов n0 = 0,5.
  • Sc – сечение магнитопровода.
  • Sок – сечение окна магнитопровода.
  • J – плотность тока, при естественном охлаждении 3500000 А/м2, при принудительном 6000000 А/м2
  • В – рабочая индукция магнитопровода.
  • F — частота напряжения либо тока Гц.

И так по этой формуле мы оценим реальную габаритную мощность трансформатора и прикиним что можем выжать с этого сердечника!

Например:

Имеем трансформатор от компьютерного блока питания с параметрами.

Сечение магнитопровода Sс = 0,9 см2

Сечение окна Sок = 2,4 см2

Рабочая индукция В = 0,15 (ориентировочное значение)

Частота предпологаемой работы нашего устройства f = 50кГц.

 

Все величины в единицах СИ!!!!!!!!! Т.е. переводим всё в метры, амперы, герцы, и.т.д.

 

Получим:

Так сердечник оценили, идём дальше, теперь необходимо разобраться с витками и сечением провода.

Начнём с витков в первичной обмотки, для этого существует замечательная формула:

Все данные мы рассмотрели выше, кроме U1— это непосредственно напряжение на первичной обмотке.

Допустим строим полумостовой преобразователь, Еп = 24В, следовательно U1 = 12В т.к первичная обмотка будет подключена через ёмкостной делитель т.е 24/2.

Далее считаем.

Вторичная обмотка допустим имеет напряжение 50В.

 

Все значения округляем до целого числа!

Теперь посчитаем сечение проводников обмоток.

P1 – мощность необходимая нам на выходе и принятая ранее 250 Вт.

  • Вторичной: (потерями пренебрежём)

 

При намотке трансформатора не забываем про вытеснение тока на поверхность проводника в зависимости от частоты и производим расщепление проводника (литцендрант) или используем фольгу.

  • Формула для расчёта расщепленного проводника:

 

Теперь не трудно посчитать и диаметр провода и раскладку провода!

В этой статье я хотел коротко и доступно рассказать о расчёте импульсного трансформатора, с разъяснением основных коэффициентов, что откуда берётся.

Также не забываем, что для более качественного расчёта необходимо использовать справочные данные магнитного элемента.

В итоге хотелось сказать, что использую даную методику уже несколько лет для расчёта как низкочастотных так и ВЧ трансформаторов. 

 

Используемая литература:

Обрусник В.П. Магнитные элементы электронных устройств: Учебное пособие. — Томск: ТУСУР 2006 — 154 с.

 

 

Файлы:
22

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Программы расчета импульсных трансформаторов.

ExcellentIT – узкоспециализированная программа для расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

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

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

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

Особенности программы

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

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

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

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

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя — . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла — . Снова спасибо краб

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

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

6. Программа опознавания транзисторов по цвету — . Благодарности краб

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

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

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

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

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

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

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

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

«Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6».

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

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

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

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

Программа “Transformer”.

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

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

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

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

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа «Lite — CalcIT v. 1.5».

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

Внешний вид окна программы следующий:

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

Программа «ExcellentIT v.3.2».

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

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

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

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора(для dos/windows(32-bit)) архив.zip 23,5кб
Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для windows 7 — 64bit) архив zip 134 kb

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


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

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

$transf в первом варианте или
$/usr/local/bin/transf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется — вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.
Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода — для DOS/windows 32bit архив zip 14 kb
Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода — для windows 7/64bit архив zip 134 kb

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

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

сопротивления цепи параллельно соединённых резисторов:

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

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

Для Windows 7 — 64 bit(132 kb)
Для Linux — zip 488 kb Примечание о запуске программы для Linux:
для запуска распакуйте файл paralsop в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/paralsop или
#chmod 777 /usr/local/bin/paralsop
после чего можете запустить программу командой:
$paralsop в первом варианте или
$/usr/local/bin/paralsop во втором варианте

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

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

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




для вычисления площади сечения по данному диаметра и наоборот:

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

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


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

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

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


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

Программа для вычисления простых чисел:

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


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

Преимущества онлайн калькулятора

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

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

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

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

Расчет и намотка импульсного трансформатора

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.

Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.

Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт” схема преобразования –полумостовая.

Напряжение питания указываем постоянное.  Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.

Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.

Стабилизации выходов – нет.Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.

Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.

Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и  после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

Далее выбираем параметры сердечника, в моем случае это “R” – тороидальный сердечник, с размерами 40-24-20 мм.

Нажимаем кнопочку “Рассчитать!”. В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.

Намотка импульсного трансформатора.

Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.

Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.

Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.

 

Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами (это я перестраховался). Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.

 

Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.

Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.

Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.

Теперь начинаются самые «непонятки» и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.

Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.

Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.

 

 

Соединили начало одного провода с концом другого. Залудили. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой.

Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш. Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично.

После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась.

В результате получили вот такой аккуратный бублик.

Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины.

 Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT СКАЧАТЬ

Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.

Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником

Расчет ферритового трансформатора — это процесс, в ходе которого инженеры оценивают различные характеристики обмотки и размеры сердечника трансформатора, используя феррит в качестве материала сердечника. Это помогает им создать идеально оптимизированный трансформатор для данного приложения.

В посте представлено подробное объяснение того, как рассчитать и спроектировать индивидуальные трансформаторы с ферритовым сердечником. Содержание легко для понимания и может быть очень полезным для инженеров, работающих в области силовой электроники и производящих инверторы SMPS.

Почему ферритовый сердечник используется в высокочастотных преобразователях

Возможно, вы часто задавались вопросом, почему во всех современных импульсных источниках питания или преобразователях SMPS используются ферритовые сердечники. Правильно, для достижения более высокой эффективности и компактности по сравнению с блоками питания с железным сердечником, но было бы интересно узнать, как ферритовые сердечники позволяют нам достичь такой высокой степени эффективности и компактности?

Это связано с тем, что в трансформаторах с железным сердечником железный материал имеет значительно меньшую магнитную проницаемость, чем ферритовый материал.Напротив, ферритовые сердечники обладают очень высокой магнитной проницаемостью.

Это означает, что при воздействии магнитного поля ферритовый материал способен достигать очень высокой степени намагниченности, лучше, чем все другие формы магнитного материала.

Более высокая магнитная проницаемость означает меньшее количество вихревых токов и меньшие коммутационные потери. Магнитный материал обычно имеет тенденцию генерировать вихревые токи в ответ на повышение магнитной частоты.

По мере увеличения частоты вихревые токи также увеличиваются, вызывая нагрев материала и увеличение импеданса катушки, что приводит к дополнительным потерям при переключении.

Ферритовые сердечники, благодаря их высокой магнитной проницаемости, способны более эффективно работать с более высокими частотами благодаря меньшим вихревым токам и меньшим потерям при переключении.

Теперь вы можете подумать, почему бы не использовать более низкую частоту, поскольку это, наоборот, помогло бы уменьшить вихревые токи? Это кажется верным, однако более низкая частота также будет означать увеличение числа витков для того же трансформатора.

Поскольку более высокие частоты допускают пропорционально меньшее число витков, в результате трансформатор становится меньше, легче и дешевле.Вот почему SMPS использует высокую частоту.

Топология инвертора

В инверторах, работающих в режиме переключения, обычно используются два типа топологии: двухтактная и полный мост. В двухтактной схеме используется центральный отвод для первичной обмотки, в то время как полный мост состоит из одной обмотки как для первичной, так и для вторичной обмотки.

На самом деле, обе топологии являются двухтактными. В обеих формах обмотка применяется с непрерывно переключаемым переменным током обратно-прямого тока полевыми МОП-транзисторами, колеблющимися с заданной высокой частотой, имитируя двухтактное действие.

Единственная принципиальная разница между ними заключается в том, что первичная сторона трансформатора с центральным отводом имеет в 2 раза больше витков, чем мостовой трансформатор.

Как рассчитать инверторный трансформатор с ферритовым сердечником

Рассчитать трансформатор с ферритовым сердечником на самом деле довольно просто, если у вас есть все указанные параметры.

Для простоты попробуем решить формулу на примере установки, скажем, для трансформатора мощностью 250 Вт.

Источником питания будет батарея 12 В.Частота переключения трансформатора будет 50 кГц, типичный показатель для большинства инверторов SMPS. Предположим, что выходное напряжение равно 310 В, что обычно является пиковым значением среднеквадратичного значения 220 В.

Здесь напряжение 310 В будет после выпрямления через мостовой выпрямитель с быстрым восстановлением и LC-фильтры. Выбираем ядро ​​как ETD39.

Как мы все знаем, когда используется батарея на 12 В, ее напряжение никогда не бывает постоянным. При полной зарядке значение составляет около 13 В, которое продолжает падать по мере того, как нагрузка инвертора потребляет энергию, пока, наконец, батарея не разрядится до минимального предела, который обычно составляет 10 В.5 В. Таким образом, для наших расчетов мы будем рассматривать 10,5 В как значение питания для В дюймов (мин) .

Первичные витки

Ниже приведена стандартная формула для расчета количества витков первичной обмотки: x B max x A c

Здесь N (штрих) относится к первичным номерам витков.Поскольку в нашем примере мы выбрали двухтактную топологию с центральным отводом, полученный результат будет составлять половину от общего числа требуемых витков.

  • Vin (ном.) = Среднее входное напряжение. Поскольку среднее напряжение нашей батареи составляет 12 В, примем Vin (nom)  = 12.
  • f = 50 кГц или 50 000 Гц. Это предпочтительная частота переключения, выбранная нами.
  • B max  = Максимальная плотность потока в Гауссах.В этом примере мы предполагаем, что B max находится в диапазоне от 1300G до 2000G. Это стандартное значение для большинства ферритовых сердечников трансформаторов. В этом примере давайте остановимся на 1500G. Итак, у нас есть B max = 1500. Более высокие значения B max не рекомендуются, так как это может привести к тому, что трансформатор достигнет точки насыщения. И наоборот, более низкие значения B max могут привести к недостаточной загрузке ядра.
  • A c  = Эффективная площадь поперечного сечения в см 2 .Эту информацию можно получить из спецификаций ферритовых сердечников. Вы также можете найти A c , представленный как A e . Для выбранного номера сердечника ETD39 эффективная площадь поперечного сечения, указанная в листе технических данных, составляет 125 мм 2 . Это равно 1,25 см 2 . Следовательно, мы имеем A c  = 1,25 для ETD39.

Приведенные выше цифры дают нам значения для всех параметров, необходимых для расчета первичных витков нашего инверторного трансформатора SMPS.Таким образом, подставляя соответствующие значения в приведенную выше формулу, мы получаем:

N (прим) = V in(nom) x 10 8 / 4 x f

4 x 4 Max x A C

N (Prim) (Prim) = 12 x 10 8 /4 x 50000 x 1500 x 1.2 (prim) = 3,2

с 3.2 является дробным значением и его может быть трудно реализовать на практике, мы округлим его до 3 оборотов.Однако, прежде чем завершить это значение, мы должны выяснить, является ли значение B max все еще совместимым и находится в приемлемом диапазоне для этого нового округленного значения 3.

Поскольку уменьшение количества витков вызовет пропорциональное увеличение B max , поэтому необходимо проверить, находится ли увеличенное B max в пределах допустимого диапазона для наших 3 первичных витков.

счетчик проверки B MAX MAX , подставляя следующие существующие значения: (NOM) = 12, F = 50000, N PRI = 3, A в  = 1.25

B MAX = V = V в (NOM) x 10 8 /4 x N (Prim) x A C

B Max = 12 x 10 8 /45

B MAX = 160045

Как можно увидеть новый B MAX Значение для N ( при) = 3 витка выглядит нормально и находится в допустимых пределах.Это также означает, что если когда-нибудь вам захочется изменить количество витков N (prime) , вы должны убедиться, что оно соответствует соответствующему новому значению B max .

Наоборот, можно сначала определить B макс. для желаемого количества первичных витков, а затем скорректировать количество витков до этого значения, соответствующим образом изменив другие переменные в формуле.

Вторичные витки

Теперь мы знаем, как рассчитать первичную сторону ферритового инверторного трансформатора SMPS, пришло время заглянуть на другую сторону, то есть на вторичную обмотку трансформатора.

Поскольку пиковое значение должно быть 310 В для вторичной обмотки, мы хотели бы, чтобы это значение поддерживалось во всем диапазоне напряжения батареи, начиная с 13 В до 10,5 В.

Без сомнения, нам придется использовать систему обратной связи для поддержания постоянный уровень выходного напряжения для противодействия низкому напряжению батареи или возрастающим изменениям тока нагрузки.

Но для этого должен быть какой-то верхний запас или запас для облегчения этого автоматического управления. Запас +20 В выглядит достаточно хорошо, поэтому выбираем максимальное выходное пиковое напряжение 310 + 20 = 330 В.

Это также означает, что трансформатор должен быть рассчитан на выходное напряжение 310 В при наименьшем напряжении батареи 10,5.

Для управления с обратной связью мы обычно используем саморегулирующуюся схему ШИМ, которая расширяет ширину импульса при низком заряде батареи или высокой нагрузке и пропорционально сужает ее при отсутствии нагрузки или оптимальном состоянии батареи.

Это означает, что при низком заряде батареи ШИМ должен автоматически настроиться на максимальный рабочий цикл для поддержания заданного выходного напряжения 310 В. Можно предположить, что этот максимальный ШИМ составляет 98% от общего рабочего цикла.

Зазор в 2% оставлен на мертвое время. Мертвое время — это промежуток нулевого напряжения между каждой частотой полупериода, в течение которого полевые МОП-транзисторы или определенные силовые устройства остаются полностью отключенными. Это обеспечивает гарантированную безопасность и предотвращает пробой через полевые МОП-транзисторы в переходные периоды двухтактных циклов.

Следовательно, входное питание будет минимальным, когда напряжение батареи достигнет минимального уровня, то есть когда В in = В in(min) = 10.5 В. Это приведет к максимальному значению рабочего цикла 98%.

Приведенные выше данные можно использовать для расчета среднего напряжения (СКЗ постоянного тока), необходимого для того, чтобы первичная сторона трансформатора генерировала 310 В на вторичной обмотке при напряжении батареи не менее 10,5 В. Для этого умножаем 98% на 10,5. , как показано ниже:

0,98 x 10,5 В = 10,29 В, это номинальное напряжение, которое должен иметь наш первичный трансформатор.

Теперь мы знаем максимальное вторичное напряжение, равное 330 В, и мы также знаем первичное напряжение, равное 10.29 В. Это позволяет нам получить отношение двух сторон как: 330 : 10,29 = 32,1.

Так как соотношение номинальных напряжений равно 32,1, соотношение витков должно быть того же формата.

Значение, x : 3 = 32,1, где x = вторичные витки, 3 = первичные витки.

Решив это, мы можем быстро получить количество вторичных витков

Следовательно, вторичные витки = 96,3.

Цифра 96.3 — это количество вторичных витков, которое нам нужно для предлагаемого ферритового инверторного трансформатора, который мы проектируем.Как указывалось ранее, поскольку дробные значения трудно реализовать на практике, мы округлим до 96 витков.

На этом наши расчеты заканчиваются, и я надеюсь, что все читатели здесь, должно быть, поняли, как просто рассчитать ферритовый трансформатор для конкретной схемы инвертора SMPS.

Расчет вспомогательной обмотки

Вспомогательная обмотка — это дополнительная обмотка, которая может потребоваться пользователю для некоторого внешнего исполнения.

Допустим, кроме 330 В на вторичке нужна еще обмотка для получения 33 В для светодиодной лампы.Сначала мы вычисляем соотношение витков вторичной обмотки : вспомогательная обмотка по отношению к номиналу вторичной обмотки 310 В. Формула:

N A  = В с  / (В доп.  + В d )

N А = регулируемое вторичное напряжение: вторичное напряжение, В aux = вспомогательное напряжение, В d = значение прямого падения диода для выпрямительного диода. Поскольку здесь нам нужен быстродействующий диод, мы будем использовать выпрямитель Шоттки с V d  = 0.5V

Решая это, мы получаем:

N A = 310 / (33 + 0,5) = 9,25, округлим до 9.

Теперь выведем количество витков, необходимых для вспомогательной обмотки, получим это по формуле:

N aux = N sec  / N A

Где N aux  = вспомогательные витки, N sec = вспомогательные витки, N A = вспомогательные витки, N A

Из наших предыдущих результатов мы имеем N sec  = 96 и N A = 9, подставив их в приведенную выше формулу, мы получим:

N aux  = 96 / 9 = 10.66, округляем, получаем 11 витков. Итак, для получения 33 В нам потребуется 11 витков на вторичной стороне.

Таким образом, вы можете выбрать размер вспомогательной обмотки по своему усмотрению.

Подведение итогов

В этом посте мы узнали, как рассчитать и спроектировать инверторные трансформаторы на основе ферритовых сердечников, используя следующие шаги:

  • Определение максимального вторичного напряжения для ШИМ-управления обратной связью
  • Определение коэффициента трансформации вторичной обмотки
  • Расчет количества витков вторичной обмотки
  • Расчет витков вспомогательной обмотки инвертор на основе ферритового сердечника для применения в импульсных источниках питания.

    Если у вас есть вопросы и сомнения, пожалуйста, используйте поле для комментариев ниже, я постараюсь решить как можно скорее импульсные трансформаторы высокой производительности в легком каскаде

    Как аналоговые, так и цифровые разработчики используют импульсные трансформаторы для выполнения множества функций. Эта статья поможет вам быстро и легко спроектировать импульсные трансформаторы для различных приложений.Пошаговая процедура проектирования проведет вас через все основные этапы. Моделирование в PSpice показывает, как проверить ваш проект.

    Как правило, импульсный трансформатор передает импульс тока или напряжения с первичной или генерирующей стороны цепи на вторичную или нагрузочную сторону цепи. Импульс обычно имеет прямоугольную форму, и важно сохранять точность его формы. Поскольку инженеры работают со все более высокими частотами, они должны проявлять большую осторожность при проектировании импульсных трансформаторов.Типичные области применения импульсных трансформаторов включают преобразование уровней напряжения и тока, изоляцию по постоянному току, согласование импедансов, инверсию полярности и создание транзисторов типа «управление затвором — полевой транзистор» или «управление базой — биполярные транзисторы».

    Чтобы раскрыть тайну конструкции импульсного трансформатора, нужно сначала понять основы. Ваши требования, вероятно, требуют трансформатора с быстрым временем нарастания и спада, а также минимальным выбросом и звоном. К счастью, вы можете реализовать высокопроизводительные проекты с минимальными усилиями, применяя некоторые простые правила проектирования.Простые приближения быстро создают работоспособный дизайн. Затем вы можете оптимизировать свой проект внутри схемы или с помощью инструмента анализа схемы, такого как Spice. Наконец, вы можете либо изготовить индивидуальную конструкцию, либо оценить готовые импульсные трансформаторы.

    Анатомия пульса

    В идеале форма волны импульса должна быть идеально прямоугольной, а все переходы сигнала должны происходить в нулевое время. В реальном мире импульсы могут только приблизиться к этому идеалу. Поскольку ток не может измениться мгновенно, в результате возникают конечные времена нарастания и спада.Паразитические элементы вызывают перерегулирование и звон. А неидеальные компоненты приводят к тому, что плоские участки пульса отклоняются от идеального плато. На рис. 1 показан типичный неидеальный импульс на выходе импульсного трансформатора. (По соглашению, время нарастания — это время, за которое амплитуда сигнала изменяется от 0,1 до 0,9 своего максимального значения.)


    Рисунок 1 В идеале форма импульса должна быть прямоугольной. В реальном мире импульсы могут только приблизиться к этому идеалу.

    По существу, типичный импульс имеет четыре области: нарастающий фронт, плоская вершина импульса, спадающий фронт и задний фронт. Таким образом, отдельная схемная модель может представлять импульсный трансформатор в каждой из четырех областей.

    Область 1, нарастающий фронт, возникает в ответ на переход входного сигнала из низкого или основного состояния в состояние высокого уровня. Область 2, плоская вершина области импульса, возникает позже, когда переходные процессы с передним фронтом больше не присутствуют, а амплитуда импульса является приблизительно постоянным значением.Область 3, задний фронт, аналогичен переднему фронту, с переходом от высокого уровня к низкому уровню. Область 4, задний конец, возникает после того, как переходные процессы спадающего фронта стабилизировались, и сигнал находится на постоянном низком уровне.

    Нарастающий и спадающий фронты импульса обычно короткие по сравнению с плоской вершиной или задним концом импульса. Этот факт позволяет считать каждый регион в некоторой степени независимым от других регионов, что значительно упрощает анализ.Анализ может восстановить период времени импульса путем наложения результатов для каждой области. Модели цепей для каждой области можно обрабатывать с помощью основных инструментов анализа цепей, что поможет вам извлечь полезную информацию о поведении трансформатора.

    Модель базовой схемы

    Прежде чем рассматривать электрические модели для каждой области импульса, сначала изучите типичную схему, в которой используется импульсный трансформатор (, рис. 2a, ). V I – источник прямоугольных импульсов или последовательности импульсов, подаваемых на L P , первичную индуктивность трансформатора.Волновое сопротивление V I равно сопротивлению R S . L S представляет вторичную индуктивность трансформатора, который имеет отношение первичных и вторичных витков 1:n.


    Рисунок 2 В типичной схеме импульсного трансформатора (a) V I является источником прямоугольного импульса или последовательности импульсов, подаваемой на L P , первичную индуктивность трансформатора. Волновое сопротивление V I равно сопротивлению R S .Более подробная модель в (b) имеет идеальный трансформатор с соотношением витков 1:1/a, непосредственно следующий за неидеальным трансформатором с соотношением витков 1:1.

    Одна из трех распространенных схем подключения может быть на вторичной стороне трансформатора. Первый — R’ ST , последовательный согласующий резистор. Второй — R’ PT , параллельный согласующий резистор. Конденсатор C’ pt , третий случай, моделирует емкостную нагрузку. Эти три завершения охватывают большинство практических ситуаций без чрезмерного упрощения проблемы.Ваша схема может содержать один, два или все три элемента на вторичной стороне трансформатора.

    Уравнения в этой статье учитывают все три окончания; устраните окончания, которые вам не нужны. Если у вас есть ситуация, требующая дополнительных вторичных элементов, измените уравнения, чтобы включить их.

    Более подробная модель Рис. 2 b ( Ref 1 ) также представляет собой идеальный трансформатор. В (рис. 2b ) идеальный трансформатор с коэффициентом трансформации 1:1/а непосредственно следует за неидеальным трансформатором с коэффициентом трансформации 1:1.V’ O — результат работы модели. Термин L L в неидеальной части представляет собой реактивное сопротивление рассеяния смоделированного трансформатора. Этот термин возникает из-за несовершенной магнитной связи между первичной и вторичной обмотками. Член L, индуктивность намагничивания, больше, чем L L , и появляется как шунтирующий элемент в модели трансформатора.

    В рис. 2 b термин K представляет собой коэффициент связи.

    K= M/√L P L S

    Первичная индуктивность и коэффициент связи определяют индуктивность намагничивания.

    L=k 2 L P .

    Уравнение 1 представляет индуктивность рассеяния, L L равно

    L 1 =L P (1-k 2 ) (1)

    Такое представление индуктивности рассеяния удобно. Используя измеритель индуктивности, вы можете легко определить индуктивность рассеяния, измерив первичную обмотку с закороченной вторичной обмоткой. Замыкание индуктивности вторичной обмотки также эффективно закорачивает индуктивность намагничивания первичной обмотки, оставляя только индуктивность рассеяния.

    В рис. 2 b обратное отношение витков для модели трансформатора составляет

    a=k√L P /L S

    В случае идеального трансформатора коэффициент связи равен единице. Когда характеристики трансформатора приближаются к этому значению, его индуктивность намагничивания L становится примерно равной его первичной индуктивности L P , а отношение 1 / a , следовательно, приближается к коэффициенту витков n.

    В этой модели предполагается, что сердечник трансформатора является линейным и не имеет потерь. Эти предположения являются хорошим приближением для большинства маломощных импульсных трансформаторов. В модели также предполагается, что сопротивление провода, наматывающего трансформатор, намного меньше сопротивления R S или R’ ST . Следовательно, в модели этот член опущен.

    Только распределенные емкостные элементы могут точно моделировать емкость трансформатора. Но такие элементы сделали бы анализ трудноразрешимым.Однако для трансформаторов с передаточным числом витков, равным единице или выше, можно сделать хорошие приближения. Для этого нужно понимать, что емкость вторичной обмотки преобладает над емкостью первичной обмотки. Таким образом, один емкостной элемент с сосредоточенными параметрами, шунтирующий вторичную обмотку трансформатора, может приблизиться к распределенной емкости трансформатора. Во многих практических случаях емкость нагрузки больше, чем шунтирующая емкость этого трансформатора, и тогда емкость нагрузки является доминирующим фактором.

    Если вам нужен более подробный анализ распределенной емкости трансформатора, выполните моделирование Spice, начиная с базовой модели, представленной в этой статье, и добавьте соответствующие емкостные элементы.

    Эквивалентные модели цепей для каждого региона

    Теперь давайте подробно рассмотрим каждую из четырех областей, составляющих типичный импульс.

    Область 1 — Реакция на передний фронт

    Используйте модель схемы , рис. 3, a , для анализа реакции переднего фронта. Эта модель схемы получена из рис. 2 после принятия упрощающих допущений. Рис. 3 a опускает намагничивающую индуктивность трансформатора. Это упущение является разумным упрощением, поскольку ток, протекающий через этот шунтирующий элемент в течение короткого интервала времени нарастания, пренебрежимо мал по сравнению с током, протекающим через согласующие резисторы и шунтирующую емкость на вторичной обмотке трансформатора.Дальнейшее упрощение исключает идеальный трансформатор (рис. 2b ). Вместо этого модель (рис. 3) модели отражает все импедансы вторичной обмотки трансформатора относительно первичной обмотки квадратом отношения витков. Тогда

    Р СТ 2 Р’ СТ’ ,

    R PT =a 2 R’ PT’ ,

    C PT =C’ PT /a 2 ,

    В О = aV’ О .

    Как вы увидите, импеданс источника импульсов по переднему фронту, R SR , в Рис. 3 a не обязательно совпадает с импедансом источника по заднему фронту, R SF . Различие необходимо, потому что импедансы источника и приема генератора импульсов могут не совпадать.


    Рисунок 3 Схема (a) моделирует реакцию импульсного трансформатора на передний фронт; (b) представляет собой набор нормализованных кривых отклика переднего фронта для различных значений дзета, коэффициента затухания.

    Анализ сетки схемы в Рис. 3 a приводит к уравнению со знаменателем, имеющим корни квадратного уравнения. Следовательно, вы должны рассмотреть каждое из трех возможных решений, в зависимости от того, является ли дискриминант квадратного уравнения действительным, мнимым или нулевым. Для реального дискриминанта корни уравнения действительны и неравны. Результирующий ответ передемпфирован. Для мнимого дискриминанта корни встречаются в комплексно-сопряженных парах. Ответ колебательный или недодемпфированный, с экспоненциальным затуханием.Для нулевого дискриминанта результирующие корни действительны и равны, а отклик критически затухает.

    Коэффициент демпфирования равен

    .

    ζ = b/2√c = (L L +(R SR +R ST )C PT R PT )/(2√C PT 5 L4

    PT R (R SR +R ST +R PT )),

    b = (1/C PT R PT ) + (R SR +R ST /L L ),

    c = (R SR + R ST + R PT )/(L L C PT R PT ).

    Рис. 3b представляет собой набор нормализованных кривых отклика переднего фронта для различных значений xi, коэффициента демпфирования. Ордината показывает нормированное напряжение, V N , а абсцисса показывает нормализованное время, t N . Коэффициенты нормализации равны

    .

    V N = V O (t)/V I [R PT +R SR +R ST /R PT ],

    tN = (1/2π)√ct.

    На рис. 3b показано, что время нарастания является самым коротким, но выброс также наибольший при малых значениях коэффициента демпфирования xi.Большой выброс импульсного сигнала, как правило, нежелателен. И наоборот, высокие значения коэффициента демпфирования приводят к контролируемому выбросу, но неприемлемо долгому времени нарастания. Для наиболее практичных конструкций выберите коэффициент демпфирования в диапазоне от 0,5 до 1. Результирующий отклик варьируется от недостаточного демпфирования с различной степенью выброса до критического демпфирования без выброса. Наилучший компромисс между быстрым временем нарастания и чрезмерным выбросом достигается при слегка недодемпфированном значении xi, равном примерно 0.707.

    Уравнение 2 показывает, что для достижения малых коэффициентов демпфирования и короткого времени нарастания необходимо, чтобы индуктивность рассеяния трансформатора, L L , и импеданс источника сигнала, R SR , были малы. Использование бифилярных обмоток снижает индуктивность рассеяния трансформатора. Вы должны учитывать добавленную распределенную емкость, которую вводит эта схема обмотки. Но бифилярная обмотка обычно не представляет фатальной проблемы (см. Ref 2 для дальнейшего обсуждения свойств обмоток).

    Поскольку у вас обычно мало контроля над емкостью нагрузки, C PT , разумный выбор R ST и R PT может обеспечить желаемый коэффициент демпфирования, как только вы установите индуктивность рассеяния и импеданс источника.

    Вы можете рассчитать время нарастания, а также расположение на оси абсцисс относительных минимумов и максимумов отклика с недостаточным демпфированием. Для этого продифференцируйте решение для реакции с недостаточным демпфированием по времени и установите результат равным нулю.Результирующее уравнение, решенное относительно t, равно

    .

    t R = 2 м H /√4c-b 2 .

    Когда m — нечетное целое число, оно определяет локальный максимум; когда m — четное целое число, оно описывает локальный минимум. Чтобы вычислить время нарастания отклика с недостаточным демпфированием от нуля до 100% его значения, установите m=1, соответствующее первому максимуму, и найдите t R .

    Область 2 — Плоская характеристика верхней части импульса

    Примерная модель схемы в Рис. 4 а анализирует плоскую вершину импульса.В этой модели предполагается, что реактивное сопротивление рассеяния трансформатора L L , а также вторичная согласующая емкость C PT полностью заряжены. Следовательно, они больше не оказывают никакого влияния на схему и устраняются. Доминирующим реактивным сопротивлением для этой области является шунтирующая первичная индуктивность намагничивания трансформатора,

    л.


    Рисунок 4 Эта приблизительная модель схемы (а) учитывает плоскую вершину импульса. Набор кривых (b) отображает нормализованное время по горизонтальной оси и нормализованное напряжение по вертикальной оси для нескольких значений параметра K.

    Следуя основному методу анализа цепей, используемому для схемы Рис. 3 a , схема Рис 4 a дает набор нормализованных кривых Рис. 4 b . Кривые имеют экспоненциальный характер, по горизонтальной оси отложено нормализованное время, а по вертикальной оси — нормализованное напряжение. На рис. 4 б показано несколько кривых для параметра K, где K равно

    .

    К = (R ST +R PT )/(R SR +R ST +R PT )

    Линеаризованные формы решения уравнений Рис. 4 a оказываются особенно удобными.

    В Н = 1 – (КР СР /Л)т

    Разработчики часто говорят о процентном спаде, P D , чтобы описать величину, на которую импульс отклоняется от своего максимального значения в области плоской вершины. Эта величина, полученная из линеаризованного решения, равна

    .

    P D = (KR SR t Вт /л)×100.

    , где t Вт — общая ширина импульса.

    Уравнение 5 говорит вам, что вы должны сделать индуктивность намагничивания максимально возможной, чтобы свести к минимуму процент спада импульса.Этот мандат работает вразрез с требованием малой индуктивности рассеяния области переднего фронта. Для данного размера сердечника добавление большего количества витков провода обеспечивает большую индуктивность намагничивания. Однако добавление большего количества витков соответственно увеличивает реактивное сопротивление рассеяния, поскольку большое количество витков, как правило, обеспечивает менее чем идеальную связь.

    Уравнение 4 накладывает ограничения на ваш выбор для R ST и R PT . R ST и R PT образуют делитель напряжения, который снижает уровень V N на выходе трансформатора.Если вы используете в своей конструкции оба резистора, вы должны выбрать соотношение этих двух резисторов таким образом, чтобы амплитуда выходного напряжения оставалась в желаемых пределах.

    Район 3 — Реакция на задний фронт

    Приблизительная модель схемы в Рис. 5 анализирует отклик заднего фронта. Что касается реакции переднего фронта, в модели пренебрегается намагничивающей индуктивностью шунта трансформатора. Изменение тока через этот элемент пренебрежимо мало за короткое время области спада.


    Рис. 5
    Эта приблизительная модель схемы анализирует реакцию заднего фронта. Что касается реакции переднего фронта, в модели пренебрегается намагничивающей индуктивностью шунта трансформатора.

    Поскольку импеданс генератора импульсов в течение этого интервала может отличаться от интервала переднего фронта, новая величина R SF представляет собой импеданс источника сигнала во время спада. Предположим, что первоначально конденсатор параллельной нагрузки C PT полностью заряжен.Затем вы можете написать и решить уравнения сетки с моделью Рис. 5 .

    Так же, как и для реакции по переднему фронту, реакция по заднему фронту имеет три решения, которые зависят от характера дискриминанта квадратного уравнения. Опять же, решения — это реакции с избыточным, критическим и недостаточным демпфированием. Методы преобразования Лапласа могут решать уравнения сетки отклика заднего фронта, давая результаты, которые по форме аналогичны отклику переднего фронта.

    В большинстве практических конструкций отклик по заднему фронту является удовлетворительным, если удовлетворительным является отклик по переднему фронту, при условии, что импеданс истока и стока привода и значения элементов схемы остаются одними и теми же в каждом интервале.Однако, если источник переходит в состояние с высоким импедансом после пика импульсной характеристики, а не переходит в низкий уровень, результаты анализа несколько отличаются (, ссылки 3 и 4, ).

    Область 4 — Конечная область

    На рис. 6 показана эквивалентная схема для заднего конца импульса. На этот раз в модели предполагается, что согласующая емкость C PT и индуктивность рассеяния трансформатора L L полностью разряжены и, следовательно, ими можно пренебречь.В этой модели намагничивающая индуктивность трансформатора является доминирующим реактивным элементом. Чтобы установить начальные условия модели, предположим, что ток I O протекает через намагничивающую индуктивность в момент времени t=0. Форма этого отклика аналогична отклику плоской вершины импульса.


    Рисунок 6 Эта эквивалентная схема для заднего конца импульса предполагает, что согласующая емкость C PT и индуктивность рассеяния трансформатора L L полностью разряжены и, следовательно, ими можно пренебречь.

    Выбор магнитных материалов для импульсных трансформаторов

    Выбор подходящего сердечника важен для достижения оптимальных характеристик импульсного трансформатора. Как правило, лучшими материалами являются те, которые обеспечивают высокую проницаемость и большие значения для B SAT . Высокая магнитная проницаемость гарантирует, что вы получите желаемую индуктивность намагничивания, используя наименьшее количество витков. Меньшее количество витков помогает гарантировать низкое реактивное сопротивление рассеяния, распределенную емкость и сопротивление обмотки.Значение B SAT накладывает ограничения на максимальное входное напряжение и минимальную частоту, которые может поддерживать импульсный трансформатор с площадью поперечного сечения.
    Ферриты являются наиболее распространенными материалами, используемыми конструкторами для проектирования высокочастотных импульсных трансформаторов, хотя сердечники из кремнистой стали с ленточной обмоткой полезны для трансформаторов, работающих на частоте несколько килогерц или меньше. Наиболее популярными формами являются тороидальные и сердечники без зазоров, но многие другие формы также подходят.

    Другим фактором, который следует учитывать, особенно для мощных конструкций, является импульсная проницаемость материала.Импульсная проницаемость вступает в игру, когда сердечник видит резкое изменение тока, протекающего через обмотки, окружающие сердечник. Импульсная проницаемость всегда меньше начальной проницаемости магнитного материала и в первую очередь зависит от потерь на вихревые токи в материале. Это магнитный аналог «скин-эффекта» для электрических проводников, который уменьшает имеющуюся площадь поперечного сечения сердечника. Поскольку ферриты обладают высоким удельным сопротивлением и, как следствие, низкими потерями на вихревые токи, импульсная проницаемость представляет собой меньшую проблему, чем с таким материалом, как кремнистая сталь.Некоторые производители сердечников публикуют данные об импульсной проницаемости.

    Математически импульсная проницаемость ( Ref 5 ) равна

    µ P = ΔB/µ 0 ΔH,

    где

    B = V I t W 10 8 /NA.

    Единицами для B и A являются гаусс и квадратный сантиметр соответственно.

    В таблице 1 перечислены распространенные ферритовые материалы для применения в импульсных трансформаторах.

    Таблица 1-Материалы импульсного трансформатора

    Тип

    Начальная проницаемость (µ I )

    Плотность потока насыщения B SAT (G)

    Удельное сопротивление ро (Ом-м)

    Производитель

    Дж

    5000

    4300

    1

    Компания «Магнетикс»

    Вт

    10000

    4300

    0.15

    Компания «Магнетикс»

    Х

    15000

    4200

    0,1

    Компания «Магнетикс»

    3E2A

    5000

    3600

    0,1

    Филипс

    3E25

    6000

    3500

    0.1

    Филипс

    3E5

    10000

    3800

    0,01

    Филипс

    77

    2000

    4600

    1

    Fair-Rite

    75

    5000

    3900

    3

    Fair-Rite

    76

    10000

    4000

    0.5

    Fair-Rite

    Х5Б

    5000

    4200

    1

    ТДК

    H5B2

    7500

    4200

    0,1

    ТДК

    H5C2

    10000

    4000

    0.15

    ТДК

    Х5Д

    15000

    3200

    0,02

    ТДК

    Н55

    5300

    4800

    0,1

    Сименс

    Т35

    6000

    3800

    0.2

    Сименс

    Т37

    6500

    3800

    0,2 ​​

    Сименс

    Пример конструкции

    Пошаговое применение типичного примера объединяет метод. Примером может служить импульсный трансформатор, который управляет затвором мощного полевого МОП-транзистора, управляемого напряжением. Выбран стандартный транзистор 2N6796, 100 В, 8 А, 0.18 Ом, n-канальное устройство.

    Вход MOSFET выглядит как емкость, подключенная от затвора к истоку устройства. Эта емкость замыкает вторичную обмотку импульсного трансформатора. Конденсатор с параллельной нагрузкой C PT моделирует эту емкость. На самом деле эту емкость образуют два отдельных паразитных элемента в MOSFET: емкость затвор-исток C GS и нелинейная емкость затвор-сток C GD . Для облегчения проектирования производители транзисторов установили величину Q G , или общий заряд затвора, для представления совокупного эффекта этих двух паразитных емкостей ( Ref 6 ).Вы найдете Q G в спецификациях большинства производителей. Вы можете получить общую эквивалентную емкость, разделив общий заряд затвора на напряжение затвор-исток

    C G =Q G /V I (6)

    В этом примере предположим, что импульсный трансформатор имеет соотношение витков 1:1. Используйте схему , рис. 2 , но замените емкость параллельной нагрузки C PT на входную емкость C G .Кроме того, замените согласующий резистор R ST на резистор управления затвором MOSFET R G . Поскольку отношение витков равно единице, все штрихованные компоненты на рисунке эквивалентны их нештрихованным аналогам.

    Шаг 1 — Рассчитать C G , определить R SR и R SF и выбрать V I и R PT .

    В техническом описании 2N6796 указан общий заряд затвора, Q G , равный 18 нКл.Уравнение 6 дает C G . Определите R SR и R SF из эквивалента Thevenin приводного каскада, который подает входной сигнал на импульсный трансформатор. Я выбрал V I на 12 В, чтобы обеспечить полное насыщение MOSFET. Резистор R PT обеспечивает путь к земле, который предотвращает накопление паразитного заряда на затворе MOSFET. Такое скопление могло случайно включить устройство.

    Значения; C G = 1500 пФ; R SR = R SF = 7.5 Ом; В I =12В; и R PT =10 кОм.

    Шаг 2 — Используя уравнение процентного падения, Уравнение 5 , рассчитайте индуктивность намагничивания, L.

    Для этого примера предположим, что K приблизительно равно 1. Более поздний анализ подтверждает справедливость этого предположения. В этом примере входной управляющий сигнал имеет частоту 100 кГц с наихудшим рабочим циклом 50 %. Тогда t W равно 5 мкс. Если требуемый процент снижения составляет 1%, то по уравнению 5 L=3.75 мГн.

    Шаг 3 — Выберите магнитопровод.

    Для этого примера я выбрал ферритовый сердечник. Для этого применения идеально подходит небольшой тороид с высокой проницаемостью. Сердечник Magnetics Inc W40907-TC имеет следующие характеристики:

    • мк=10 000,
    • A E 0,135 см 2
    • А Л 7530.

    Выберите рабочую плотность потока 1,5 кГс и используйте уравнение 7 , чтобы убедиться, что сердечник имеет достаточную площадь поперечного сечения для поддержки этого потока.

    A E = (V I A L 1/2 –10 5 )/(4fB MAX L 1/2 3),

    2

    , где L — в миллигенри, V I — в вольтах, f — в герцах, A E — в квадратных сантиметрах, а B MAX — в гауссах.

    A E рассчитывается как 0,90 см 2 , что меньше 0,135 см ядра 2 A E , поэтому ядро ​​не насыщается.

    Шаг 4 — Рассчитайте необходимое количество витков для первичной и вторичной обмоток.

    Поскольку этот пример представляет собой трансформатор 1:1, его первичный и вторичный витки идентичны. Требуемые обороты для L в миллигенри составляют

    .

    Н = √(Д×10 6 Д )

    Требуемая индуктивность требует примерно 22 витков. Провод AWG #28 в конфигурации бифилярной обмотки заполняет тороид только до одного слоя. Такая схема обмотки обеспечивает плотную связь между первичной и вторичной обмотками и помогает свести к минимуму реактивное сопротивление рассеяния. Сопротивление обмоток постоянному току примерно равно 0.12 Ом-мало по сравнению с импедансом источника.

    Шаг 5 — Проверьте B MAX , используя расчетное значение для N.

    На этом шаге проверяется фактическая плотность потока, на которую может рассчитывать ядро, и он служит проверкой шага 3 . Просто используйте Eq 7 и найдите B MAX . Если поток больше желаемого, то выберите сердечник с большей площадью поперечного сечения и повторите шаги 3 и 4 . Вы можете рассчитать потери в сердечнике на этом этапе, но они довольно малы для такого типа конструкции.

    Шаг 6 — Измерьте или рассчитайте индуктивность рассеяния трансформатора. Хотя существуют методы расчета индуктивности рассеяния, результаты, которые они дают, в лучшем случае приблизительны. Измерение этого значения после намотки трансформатора обычно проще и быстрее. Если число окажется неприемлемо большим, придется выполнить еще одну итерацию. Сделав пару проектов импульсных преобразователей, вы наберетесь достаточного опыта, чтобы быстро сосредоточиться на окончательной версии.

    Для этого примера я измерил L L равным 0.35 мкГн.

    Шаг 7 —Рассчитать значение для R G .

    Вы можете рассчитать R G , используя Eq 2 . Программируемый калькулятор или компьютерная программа, которая может решать уравнения, очень полезны для этого шага. Желаемый коэффициент демпфирования составляет 0,707, что дает хороший компромисс между коротким временем нарастания и минимальным перерегулированием. В этом примере расчетное значение для R G составляет 14,1 Ом. Итак, я использовал легкодоступный резистор на 15 Ом.

    Шаг 8 —Проверьте время нарастания.

    Рассчитайте время нарастания, t R , используя уравнение 3 . Однако помните, что этот результат представляет собой минимальное время нарастания и не учитывает конечное время нарастания источника, которое вы также должны учитывать. Ref 7 обеспечивает метод для расчета полного времени нарастания, t RT , включая влияние источника с конечным временем нарастания, t RS .

    t RT = √(t R 2 +t RS 2 ).

    Если расчетное время нарастания слишком медленное, вы можете изучить несколько вариантов. Для начала попробуйте отрегулировать демпфирующий резистор, R ST . Если в пределе уменьшение этого резистора до 0 Ом все равно не дает нужного времени нарастания, то попробуйте уменьшить реактивное сопротивление рассеяния трансформатора. Если ни один из них не дает желаемого результата, рассмотрите возможность использования источника возбуждения с более низким импедансом.

    Шаг 9 — Проверьте правильность процентного снижения P D , используя точное значение K.

    Ранее я предполагал, что K приблизительно равен единице, и я рассчитал процент падения на основе этого предположения. Теперь используйте Eq 4 , чтобы вычислить точное значение K. Затем пересчитайте P D на Eq 5 , чтобы убедиться, что это предположение верно. Если K заметно отклоняется от единицы, вернитесь к шагу 2 и повторяйте до тех пор, пока новое вычисленное значение для K не будет точно согласовываться со старым приближением для K.

    Математические выводы обеспечивают основу для моделей

    Область 1 — Реакция переднего фронта
    Анализ сетки может решить схему в Рис. 3 a .Функция единичного шага u(t) представляет замыкание переключателя при t=0. В результате получаются два одновременных уравнения, а методы преобразования Лапласа дают выражение для V O (s)/V I .

    (V O (S)/V I ) = 1/(L L C PT R PT )s [s 2 + (1/C 5 R 600946 PT ) + R SR + R SR / L L / L L ) S + (R SR + R ST + R PT / L L C G R PT ) -1 -1 ].

    Корни знаменателя уравнения 8 являются решением квадратного уравнения

    с = (–b±√b 2 –4ac)/2a,

    , где а=1, и

    b=1/(C PT R PT ) + R SR +R ST /L L ,

    c = R SR +R ST +R PT /L L C PT R PT .

    У вас есть три возможных случая для рассмотрения, в зависимости от значения дискриминанта Eq 9 .Используя обратное преобразование Лапласа, получаем уравнения во временной области:

    сверхдемпфированный

    V O /V I (t) = R PT /(R PT +R SR +R ST ) {1–exp(–bt/2) [b/(√ b 2 –4c) sh (√b 2 –4c/2)t + ch (√b 2 –4c/2)t]},

    с критическим демпфированием

    V O /V I (t) = R PT /(R PT +R SR +R ST ) [ 1–exp(–bt/2)]

    с недостаточным демпфированием

    V O /V I (t) = R PT /(R PT +R SR +R ST ) {1–exp(–bt/2) [b/√4c –b 2 sin (√4c–b 2 /2)t +
    cos (√4c-b 2 /2)t]}

    Если b 2 >4ac, то дискриминант вещественный, а корни уравнения вещественные и не равные.В этом случае ответ передемпфирован. Если b 2 = 4ac, то дискриминант равен нулю, а результирующие корни действительны и равны. Здесь отклик критически затухает. Наконец, когда b 2 Рис. 3 b, нарастающий фронт отклика как функция времени.

    Область 2 — Отклик с плоской вершиной импульса

    Аналогично, написание и решение уравнений сетки схемы в Рис. 4 a приводит к

    V O /V I (t) = [R PT /R SR +R ST +R PT ]exp[(–R SR 6 R (R ) PT )/L(R SR +R ST +R PT ))t].

    Набор экспоненциальных кривых на рис. Выражения для нормированного напряжения и нормированного времени равны соответственно

    V N = V O /V I (R SR +R ST +R PT )/R PT ,

    t N = (R SR /L)t.

    Вы можете сделать полезное приближение к Уравнение 13 , если аргумент экспоненты мал, что является для большинства практических проектов.Линеаризуя выражение с использованием разложения Тейлора, (уравнение 4 ) аппроксимирует нормализованную характеристику с плоской вершиной импульса.

    Район 3 — Реакция на задний фронт

    Решение схемы в Рис. 5 дает выражение для отклика заднего фронта. Процедура аналогична реакции переднего фронта, что дает выражение для нормализованного напряжения:

    V O /V I (s) = [s+(R SF +R ST /L L )][s 2 + (L L 4 +(5R 6 SF 9 + R ST ) R PT C PT C PT C PT / L L R PT C PT ) S + R SF + R PT + R ST -1 / L L R PT C PT ]

    Уравнение 14 имеет корни s, которые являются решениями квадратного уравнения, где a=1, и

    b = L L +(R SF +R ST )R PT C PT /L L R PT C PT 3, PT 9

    c = R SF +R PT +R ST /L L R PT C PT .

    Удобное дополнительное количество, d,

    d = R SF +R ST /L L .

    Методы разложения на неполные дроби и обратного преобразования Лапласа могут решить уравнение 14 . Результаты аналогичны результатам, полученным для анализа модели с передним фронтом.

    сверхдемпфированный

    V O /V I (t) = exp(–bt/2) [(2d–b/√b2-4c) sh (√b 2 -4c/2)t + ch (√b2 -4с/2)т],

    с критическим демпфированием

    V O /V I (t) = [exp(–bt/2)]

    с недостаточным демпфированием

    V O /V I (t) = exp(–bt/2)[(2d–b/√4c-b 2 ) sin(√4c–b 2 /2)t + cos (√4c-b 2 /2)t].

    Коэффициент демпфирования равен

    .

    ζ = l l + (R SF + R SF ) C PT R PT R PT / 2√C PT R PT L L (R SF + R ST +R PT ).

    Область 4 — Конечная область

    Решение узлового уравнения для модели цепи заднего конца с помощью методов преобразования Лапласа приводит к результату

    .

    V O (t)/V L (O) = R PT /R ST +R PT exp[–1/(L(1/R SF +1/R ) ST +R PT )]t,

    , где V L (Ом) — напряжение на индуктивности намагничивания в результате начального тока, I O .Решение для V L (O):

    V L (O) = I O /(1/R SF + 1/R ST +R PT ).

    Проверка проекта

    Измеренные параметры импульсного трансформатора:

    Core Magnetics INCW4097-TC TOROID
    Ортовки 22 Первичные, 22 Вторичные, БИФИЛЬНЫЕ ВРЕМЕНИ
    Провод AWG # 28
    L 3,77 МН
    L L 0,35 мкм
    R DC 0.12 Ом
    t RT           120 нс

    На рис. 7 a показан выход импульсного трансформатора (демпфирующий резистор R G =15 Ом). Коэффициент демпфирования близок к xi=0,707. Время нарастания короткое, а перерегулирование минимальное. Импульс также имеет плоскую вершину, что указывает на небольшой процент спада. Трансформатор сохраняет точность входного управляющего сигнала.


    Рисунок 7 Фактический выход (a) импульсного трансформатора (демпфирующий резистор R G 15 Ом) для коэффициента демпфирования близок к дзета=0.707. Преобразователь сохраняет точность входного управляющего сигнала. В случае недостаточного демпфирования (b) дзета=0,3. Перерегулирование опасно, потому что оно приближается к напряжению пробоя затвор-исток MOSFET. Результат коэффициента демпфирования azeta=4,5 (с) показывает, что более длительное время нарастания приводит к более низкой эффективности, поскольку полевой МОП-транзистор проводит больше времени в активной области с более высоким сопротивлением.

    Напротив, На рис. 7b показаны результаты для случая недостаточного демпфирования, xi=0,3. Время нарастания короткое, но перерегулирование составляет примерно 40%.Такой значительный выброс опасен в данном приложении, поскольку он приближается к напряжению пробоя затвор-исток MOSFET.

    На рис. 7 c показан результат коэффициента демпфирования xi=4,5. На рисунке видно, что время нарастания больше, чем в любом из двух других примеров, а фронты импульса значительно закруглены. Более длительное время нарастания приводит к снижению эффективности управления полевым МОП-транзистором, поскольку устройство проводит больше времени в активной области с более высоким сопротивлением.


    Винсент Дж. Спатаро — главный инженер GEC Marconi Electronic Systems Corp. Он проработал там 10 лет, разрабатывая высоконадежные источники питания и аналоговые схемы. Он работал над платформами наведения и навигации, а также терминалами защищенной связи. Он получил степень бакалавра в Университете Фэрли Дикинсон в Тинеке, Тинек, штат Нью-Джерси, и степень магистра в Технологическом институте Стивенса, Хобокен, штат Нью-Джерси. В свободное время он любит бегать, рыбачить, ходить в походы и проводить время со своей семьей.


    Каталожные номера:

    1. Millman, J and H Taub, Pulse, Digital, and Switching Waveforms , pgs 65–68, McGraw-Hill Inc., New York, NY, 1965.

    2. Snelling, EC, Мягкие ферриты — свойства и применение , стр. 337–358, CRC Press, Cleveland, OH, 1969.

    3. Fanagan, WM, Handbook of Transformer Applications , стр. 5.11–5.15, McGraw-Hill Inc., New York, NY, 1986.

    4. Grossner, NR, Transformers for Electronic Circuits , Second Edition, стр. 403–406, McGraw-Hill Inc., New York, NY, 1983.

    5. Snelling, EC, Мягкие ферриты — свойства и применение , стр. 290-292, CRC Press, Cleveland, OH, 1969.

    6. Пелли, Б.Р., «Новый коэффициент заряда затвора позволяет упростить конструкцию привода для силовых MOSFET-схем», Указания по применению 944A, International Rectifier, Эль-Сегундо, Калифорния.

    7. Snelling, EC, Мягкие ферриты — свойства и применение , стр. 271, CRC Press, Cleveland, OH, 1969.

    8. Программа анализа цепей PSpice V5.0, MicroSim Corp, Ирвин, Калифорния.


    Используйте Spice для проверки и улучшения ваших проектов

    Вы можете использовать программу моделирования цепей, такую ​​как Spice, для проверки ваших проектов и повышения их точности. Эффекты второго порядка, такие как межобмоточные емкости, трудно оценить аналитически. Вы можете легко добавить такие элементы в свою модель Spice.

    Основа для программы PSpice ( Ref 8 ) в листинге 1 является примером дизайна в этой статье.Модель идеального трансформатора соединяет элементы цепи источника и нагрузки. Для этого примера коэффициент поворота равен единице. Но эта модель идеального трансформатора обеспечивает гибкость для оценки других конструкций, в которых соотношение витков отличается от единицы. Все элементы моделирования PSpice используют те же правила маркировки, что и текст и схема Fig A .


    Рисунок A На этой схеме PSpice используются те же правила маркировки, что и в тексте и листинге.

    Я выполнил моделирование для трех коэффициентов демпфирования, описанных в статье: 0,3, 0,707 и 4,5. Результат симуляции накладывает входной импульс V(1) на выходной импульс V(7). Сравните соответствующие результаты моделирования в рис. B1, B2 и B3 с осциллограммами в рис. 7a, b и c . Результаты моделирования хорошо согласуются с реальными измерениями.


    Рисунок B Сравните соответствующие результаты моделирования 1, 2 и 3 с осциллограммами на рисунках 7a, b и c.

    Расчет и применение трансформаторов

    Как показано на эквивалентной схеме трансформатора, трансформаторы обладают многочисленными паразитными свойствами, которые могут отрицательно влиять на сигнал. Поэтому в этой главе объясняется, почему и где применяются трансформаторы. Дополнительный раздел касается требований к сигнальным трансформаторам. В заключение главы описываются некоторые стандартные имеющиеся в продаже трансформаторы.

    3.1 Функции и области применения трансформаторов

    Благодаря своей функциональности трансформаторы могут использоваться для различных задач:

    • Изоляция: Трансформаторы состоят из нескольких обмоток. В зависимости от дополнительной изоляции различные потенциалы могут быть разделены или изолированы друг от друга
    • Преобразование напряжения: напряжения преобразуются пропорционально коэффициенту трансформации
    • Преобразование тока: Токи преобразуются обратно пропорционально соотношению витков (см. главу I/1.9)
    • Согласование импеданса: импеданс преобразуется как квадрат отношения витков

    Это приводит к различным применениям трансформаторов:

    • Источники напряжения (мощности): здесь основными функциями трансформатора являются преобразование напряжения и изоляция
    • Преобразователи тока: здесь основной функцией является преобразование больших токов в малые измеряемые токи
    • Импульсные трансформаторы, напр. приводные трансформаторы на транзисторах: Основная функция — изоляция; иногда требуется более высокое напряжение для управления транзистором
    • Преобразователи данных: Здесь основной функцией также является изоляция.Кроме того, иногда необходимо согласовать различные импедансы или увеличить напряжения.

    3.2 Требования к преобразователям данных и сигналов Трансформаторы

    используются в линиях передачи данных в основном для изоляции и согласования импедансов. В этом случае сигнал не должен быть в значительной степени затронут. Из главы I/1.9 мы знаем, что ток намагничивания не передается на вторичную сторону. По этой причине трансформатор должен иметь максимально возможную основную индуктивность.

    Профили сигналов обычно представляют собой прямоугольные импульсы, т.е. включают большое количество гармоник. Для трансформатора это означает, что его трансформационные свойства должны быть как можно более постоянными вплоть до высоких частот. Взглянув на эквивалентную схему трансформатора (глава I/2.3, стр. 81 и далее), становится очевидным, что индуктивность рассеяния способствует дополнительному частотно-зависимому ослаблению сигнала. Поэтому индуктивность рассеяния должна быть как можно меньше. Поэтому в трансформаторах сигналов обычно используются кольцевые сердечники с высокой магнитной проницаемостью.Обмотки как минимум бифилярные; намотанные витыми проводами еще лучше. Поскольку передаваемая мощность довольно мала, DCR не имеет большого значения.

    Прямые параметры, такие как индуктивность рассеяния, межобмоточная емкость и т. д., обычно не указываются в спецификациях сигнальных трансформаторов, а указываются связанные параметры, такие как вносимые потери, обратные потери и т. д.

    Наиболее важные параметры определяются следующим образом:

    • Вносимые потери IL: Измерение потерь, вызванных трансформатором

    U или = выходное напряжение; U i = входное напряжение

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

    Z S = импеданс источника; Z L = сопротивление нагрузки

    • Подавление синфазного сигнала: мера подавления помех постоянного тока

    • Полное гармоническое искажение: Отношение между полной энергией гармоник и энергией основной гармоники

    • Полоса пропускания: Диапазон частот, в котором вносимые потери ниже 3 дБ

    3.3 Влияние трансформатора на обратные потери Обратные потери

    Обратные потери — это выраженная в децибелах (дБ) мощность, отраженная в линии передачи от несогласованной нагрузки, по отношению к мощности передаваемого падающего сигнала. Отраженный сигнал искажает полезный сигнал и, если он достаточно сильный, вызывает ошибки передачи данных в линиях данных или ухудшение качества звука в речевых каналах.

    Уравнение для расчета обратных потерь с точки зрения характеристического комплексного сопротивления линии Z O и фактической комплексной нагрузки Z L показано ниже:

    Расширив уравнение обратных потерь до сопротивления и реактивного сопротивления, мы получим следующую формулу:

    Поскольку обратные потери зависят от импеданса линии и нагрузки, волновое сопротивление трансформатора, катушки индуктивности или дросселя будет влиять на обратные потери.Простая развертка импеданса магнитного компонента показывает, что импеданс зависит от частоты, следовательно, обратные потери зависят от частоты. Позже мы обсудим влияние трансформатора на обратные потери. Теперь давайте исследуем связь обратных потерь с другими общими терминами отражения.

    Коэффициент отражения

    В то время как обратные потери обычно используются для обозначения линейных отражений в магнитной промышленности; более распространенным термином в электронной промышленности для обозначения отражений является комплексный коэффициент отражения, гамма, который обозначается либо римской буквой G, либо, чаще, эквивалентной греческой буквой Γ (гамма).Комплексный коэффициент отражения Γ имеет часть амплитуды, называемую ρ (rho), и часть фазового угла Φ (Phi). Те из вас, кто знаком с диаграммой Смита, знают, что радиус окружности, охватывающей диаграмму Смита, равен единице.

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

    Имейте в виду, что как импеданс является комплексным числом, так и гамма, и она может быть выражена либо в полярном формате с ро и фи, либо в прямоугольном формате:

    Обратные потери, выраженные в виде гаммы, показаны в уравнении ниже:

    Коэффициент стоячей волны

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

    Рис. 2.63: Коэффициент стоячей волны

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

    Потеря передачи

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

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

    Связанные термины

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

    В таблице ниже показано, как переменный комплексный коэффициент отражения влияет на КСВ, обратные потери и передаваемые потери. Как видно, идеальное совпадение приводит к КСВ, равному 1, и бесконечным обратным потерям. Точно так же обрыв или короткое замыкание на нагрузке приведут к возврату с бесконечным КСВ и 0 дБ обратных потерь.

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

    На диаграмме Смита взаимосвязь становится еще более очевидной, поскольку постоянные значения всех четырех параметров отображаются на диаграмме в виде кругов.

    Рис. 2.64: Диаграмма Смита

    Максимальная передаваемая мощность

    Максимальная передача мощности от источника к нагрузке достигается, когда импеданс источника равен комплексно-сопряженному импедансу нагрузки. Это не только максимизирует мощность, но и минимизирует энергию отражения обратно к источнику.

    Рис. 2.65: Комплексный источник и нагрузка

    Обратные потери при согласованной нагрузке

    Возьмем пример совпадающей строки и загрузим.Предположим, что Z O = 100 Ом в приложении ADSL и что оно нагружено чисто резистивной нагрузкой 100 Ом.

    Рис. 2.66: Обратные потери

    где:

    Z O = 100 + 0j Ом; Z L = 100 + 0j Ом

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

    Обратные потери при несогласованной нагрузке

    Возьмем тот же пример идеального трансформатора, но с немного несогласованной нагрузкой.Предположим, что Z O = 100+0j Ом, как и раньше, но теперь мы рассчитаем обратные потери при ряде импедансов чисто резистивной нагрузки, чтобы показать, как обратные потери зависят от рассогласования. Резистивная нагрузка снова используется, так что обратные потери не зависят от частоты.

    Таб. 2.33: Возвратные потери при несоответствии

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

    Рис. 2.67: Обратные потери

    Обратные потери с почти идеальным трансформатором

    Теперь давайте возьмем тот же пример с согласованной линией и нагрузкой, но добавим трансформатор 1:1, который является идеальным, за исключением того, что его первичная индуктивность составляет L P = 600 мкГн. Снова мы предполагаем, что импеданс линии является чисто резистивным 100 Ом, а также импеданс нагрузки.

    Когда у нас был идеальный трансформатор с полным сопротивлением линии и нагрузки, наши обратные потери не менялись в зависимости от частоты и были одинаковыми на любой частоте.Однако теперь индуктивность будет изменяться в зависимости от частоты, что приводит к изменению эффективной нагрузки в зависимости от частоты. Расчет обратных потерь также усложняется из-за сложного импеданса нагрузки.

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

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

    Рис. 2.68: Обратные потери трансформатора

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

    Рис. 2.69: Обратные потери с импедансом ZL‘

    Шаг 3 : Рассчитайте обратные потери, используя результирующую нагрузку и первоначальный резистивный импеданс линии.

    Результаты : Глядя на результаты по частоте, мы видим, что индуктивность на нижнем конце не соответствует из-за того, что индуктивность замыкает нагрузку. Чем ниже индуктивность первичной обмотки, тем больше будет шунтироваться нагрузка. Глядя на графические результаты, мы видим, что обратные потери из-за первичной индуктивности будут вести себя так же, как фильтр, поскольку он имеет колено, которое будет меняться в зависимости от индуктивности, а наклон после колена составляет 20 дБ за декаду.

    Таб.2.34: Обратные потери при 600 мкГн L pri на идеальном трансформаторе

    Рис. 2.70: Обратные потери при 600 мкГн L pri

    Обратные потери с добавленной индуктивностью рассеяния

    Рис. 2.71: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

    Теперь добавим индуктивность рассеяния 1 мкГн к тому же трансформатору при тех же условиях нагрузки. Эффективная нагрузка рассчитывается таким же образом с ZL’ реактивным сопротивлением первичной обмотки параллельно с полным сопротивлением нагрузки после преобразования.ZL’’ — это ZL’ с добавленным к нему реактивным сопротивлением последовательной индуктивности рассеяния.

    Рис. 2.72: Обратные потери с индуктивностью рассеяния и Z L

    Используя ту же формулу обратных потерь, мы можем рассчитать наши обратные потери на различных частотах. Из графических результатов видно, что на высокочастотные обратные потери влияет индуктивность рассеяния

    Таб. 2.35: Обратные потери с 600 мкГн L pri при индуктивности рассеяния 1 мкГн

    Рис.2.73: Обратные потери с 600 мкГн L pri и индуктивностью рассеяния 1 мкГн

    Для большинства трансформаторов первичная индуктивность и индуктивность рассеяния будут оказывать наибольшее влияние на обратные потери при условии, что выбранное соотношение витков эффективно соответствует сопротивлению нагрузки и импедансу линии.

    Обратные потери с неидеальным трансформатором

    С помощью линейной модели трансформатора, которая обычно используется при проектировании низкочастотных трансформаторов, мы можем рассчитать теоретические обратные потери на основе анализа сосредоточенных параметров.За исключением межобмоточной емкости, мы можем свести модель линейного трансформатора к сопротивлению нагрузки, объединив элементы параллельно или последовательно. Имейте в виду, что вторичное сопротивление постоянному току и Z L должны быть преобразованы путем деления на n2 при переносе на линейную сторону модели.

    Рис. 2.74: Обратные потери реальных трансформаторов

    Межобмоточная емкость не может быть смоделирована так просто, потому что она не находится ни на линии, ни на стороне нагрузки модели и не может быть преобразована в эквивалентную нагрузку.На низких частотах межобмоточная емкость действует как размыкание трансформатора и обычно ею можно пренебречь. На самом деле большинство программ моделирования трансформаторов игнорируют межобмоточные емкости, поскольку доминирующими элементами являются индуктивность рассеяния и первичная индуктивность. Однако в некоторых конструкциях, где межобмоточная емкость достаточно велика, а рабочие частоты высоки, это может стать очень существенным фактором. Достаточно сказать, что если в модель необходимо включить межобмоточную емкость, было бы целесообразно использовать более сложную программу анализа, такую ​​как LTspice.

    Давайте теперь посмотрим на модель линейного трансформатора для теоретического трансформатора ADSL, показанного ниже, с нагрузкой, которая немного отличается от идеальных 25 Ом для идеального соответствия. Мы возьмем это и смоделируем эффект различных элементов, рассматривая его параметр за параметром.

    Рис. 2.75: Обратные потери трансформатора ADSL

    Влияние обратных потерь DCR

    Влияние обратных потерь на сопротивление постоянному току в приведенном ниже примере подчеркивает два наблюдения.Прежде всего, несмотря на то, что вторичное сопротивление ниже 1,5 Ом по сравнению с первичным сопротивлением 3,0 Ом, влияние на обратные потери намного больше. Причина этого в том, что вторичная обмотка 1,5 Ом при отражении от первичной обмотки трансформатора воспринимается как 6,0 Ом.

    Также обратите внимание, что на более низкое число обратных потерь лишь незначительно влияют другие элементы, которые имеют значительно лучшие обратные потери при одиночном использовании. Обратные потери, связанные только с вторичным сопротивлением, составляют примерно 30 дБ, а обратные потери, связанные с первичным сопротивлением, составляют примерно 37 дБ.В сочетании чистый эффект представляет собой обратные потери 27 дБ.

    Рис. 2.76: Обратные потери

    Влияние обратных потерь на индуктивность рассеяния и распределенную емкость

    Интересно также сравнить влияние индуктивности рассеяния и параметров распределительной емкости трансформатора на обратные потери. Из приведенного ниже примера мы видим, что эффекты, вызванные исключительно индуктивностью рассеяния, показывают затухающие обратные потери со скоростью 20 дБ за декаду.Теперь, взглянув на распределенную емкость, мы видим, что она вызывает затухание высоких частот с той же скоростью, что и колено на более высокой частоте.

    Сравнение становится интересным, когда мы рассматриваем комбинированный аффект. При объединении чистым результатом является улучшение обратных потерь. Почему это? Если вы помните в нашем предыдущем обсуждении, обратные потери являются функцией несоответствия независимо от того, в каком направлении находится несоответствие. В этом примере несоответствие происходит в противоположных направлениях, поэтому добавление эффекта распределенной емкости фактически улучшает общие обратные потери.

    Размышляя об этом в аналитических терминах, что происходит в эквивалентной схеме? Отраженная нагрузка увеличивается за счет реактивного сопротивления из-за индуктивности рассеяния, что вызывает рассогласование. Однако реактивное сопротивление распределенной емкости параллельно этому за счет уменьшения рассогласования обратно к оптимальной отраженной нагрузке 100 Ом.

    Рис. 2.77: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

    Воздействие обратных потерь межобмоточной емкости

    Как упоминалось ранее, влияние емкости между обмотками очень сложно рассчитать с помощью простых эквивалентных преобразований импеданса.Проблема в том, что межобмоточная емкость является общей для обеих обмоток и не однозначно находится на одной стороне идеального трансформатора или на другой. Таким образом, влияние на модель схемы не так прямолинейно и требует более сложных методов моделирования. Приведенный ниже пример был смоделирован с помощью PSPICE, а не с помощью простых вычислений.

    Однако обычно межобмоточная емкость очень мало влияет на обратные потери по сравнению с индуктивностью рассеяния, и ею можно пренебречь.Тем не менее, следует предупредить, поскольку в случаях, когда индуктивность рассеяния очень мала, а межобмоточная емкость очень высока, межобмоточная емкость может стать фактором, с которым следует считаться.

    Рис. 2.78: Обратные потери и межобмоточная емкость

    Эффект обратных потерь от резистивных потерь в сердечнике и индуктивности

    В этом примере мы сравниваем обратные потери из-за первичной индуктивности, а также резистивных потерь в сердечнике, предполагая, что коэффициент потерь в сердечнике R cAlpha равен 0.44. Как видно из обратных потерь из-за комбинированного эффекта, резистивные потери в сердечнике оказывают очень минимальное влияние. В очень низкочастотных приложениях, таких как аудио, резистивные потери в сердечнике могут быть фактором.

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

    Влияние обратных потерь на все параметры

    Наконец, глядя на влияние всех параметров вместе, мы можем определить, какие факторы являются важными в типичном применении трансформатора.Как видно из приведенных ниже результатов, индуктивность рассеяния и первичная индуктивность являются движущими факторами. В то время как другие паразитные параметры действительно играют роль в формировании характеристики обратных потерь, они играют относительно незначительную роль в типичной конструкции трансформатора.

    Рис. 2.80: Обратные потери со всеми параметрами

    Пристальный взгляд на доминирующие параметры

    В заключение мы более подробно рассмотрим доминирующие параметры трансформатора.Верхний график показывает обратные потери различных моделей по сравнению с идеальным трансформатором с немного несогласованной нагрузкой. Затем нижний график просто увеличивает масштаб неидеальных случаев трансформатора.

    Практический совет:

    Эти графики подчеркивают тот факт, что первичная индуктивность и индуктивность рассеяния являются параметрами, которые обычно определяют обратные потери, и что в большинстве приложений можно игнорировать межобмоточные емкости.

    Рис.2.81: Обратные потери и влияние доминирующих параметров L prim /L утечка


    Азбука CLR: Глава L Катушки индуктивности

    Применение для трансформаторов

    Контент по лицензии EPCI от: Würth Elektronik eiSos, Trilogy of Magnetics, распечатки руководств можно заказать здесь.


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

    энергий | Бесплатный полнотекстовый | Подход к сегментации импульсов частичного разряда преобразовательных трансформаторов на основе кумулянта высшего порядка

    1.Введение

    Безопасная и стабильная работа преобразовательных трансформаторов сверхвысокого напряжения является ключом к обеспечению стабильности и надежности межрегионального энергосоединения. Однако из-за длительного воздействия различных экстремальных нагрузок, таких как электрическое напряжение, термическое напряжение и механическое напряжение, характеристики изоляции изолирующих компонентов со временем ухудшаются. Одним из наиболее эффективных методов контроля этого процесса деградации является обнаружение частичных разрядов [1,2]. Среди них высокочастотные системы обнаружения частичных разрядов широко используются в управлении состоянием электрооборудования предприятиями по обслуживанию электрооборудования, в основном включая онлайн-мониторинг ежедневного обслуживания и периодическое диагностическое обнаружение в реальном времени [3,4].Благодаря высокой частоте дискретизации и высокой чувствительности он может получать обширную информацию о дефектах, чтобы повысить точность и надежность последующих результатов диагностики. Несмотря на эти преимущества, высокочастотное обнаружение частичных разрядов также имеет существенные недостатки, такие как большой объем данных. и большой интерференционный шум. Что касается предварительной обработки сигнала дискретизации, в основном используется вся последовательность дискретизации. В ссылке [5] метод независимого анализа главных компонент используется для разработки фильтра для фильтрации стационарного шума при обнаружении поля, который требует большого объема вычислений; на этой основе документ [6] вводит сингулярный входной каскад спектра для дополнительной фильтрации белого шума и периодических узкополосных помех и решает проблему сложного извлечения анализа главных компонент при низком отношении сигнал/шум.Что касается выделения признаков, в литературе [7,8] по-прежнему используется полная последовательность выборки. Из-за большого объема данных он принимает методы расчета большого объема данных, такие как нечеткая кластеризация и обоснование знаний. Фактически, за исключением сегмента данных, содержащего импульсы частичного разряда (ЧР), большинство других в реальном времени данные бесполезны для диагностического анализа. С одной стороны, эти избыточные части данных будут не только занимать много места для хранения и вычислительных ресурсов, но и будут иметь импульсные характеристики, аналогичные сигналам частичного разряда, что приведет к отклонению результатов диагностики от реальности.Подходящим методом для решения этой проблемы является усечение импульсов, целью которого является обнаружение и перехват импульсов частичного разряда из измеренных данных [9,10,11]. В настоящее время наиболее зрелой областью усечения импульсов является биомедицинская инженерия, особенно разделение сердечных тонов [9,10,11]. 12,13,14,15]. Например, авторы разлагают тоны сердца на функции внутреннего режима (IMF) с помощью ансамблевой эмпирической декомпозиции мод (EEMD), а затем вычисляют статистику эксцесса для разделения первого и второго тонов сердца (S1, S2) [16].В дополнение к биомедицинским применениям метод сегментации импульсов также является многообещающим инструментом обработки сигналов для обнаружения нарушений качества электроэнергии [17] и обнаружения сейсмических продольных волн [18]. анализ частичных разрядов. Ссылка [19] впервые применила математический морфологический градиент (MMG) для отражения изменений во временной области, вызванных БП. Автор разработал адаптивную систему выделения, которая делит исходную дискретную последовательность ЧР на несколько временных кадров и непрерывно выполняет дискретное вейвлет-преобразование (ДВП) на каждом кадре до тех пор, пока не будет идентифицирован сегмент, содержащий импульс частичного разряда [20,21,22].Метод куртозиса также используется для выявления мутаций при идентификации БП [23,24,25]. Кроме того, F. Selimefendigil et al. В работе [26] изучалась вынужденная конвекция пульсирующего потока наножидкости над гофрированными параллельными пластинами в присутствии наклонного магнитного поля с использованием метода взвешенных невязок Галеркина методом конечных элементов. Авторы также исследовали влияние частоты пульсаций и других факторов на характеристики потока жидкости и теплопередачи, которые составляют теоретическую основу для исследования этой статьи [27].

    Согласно приведенной выше литературе, эти методы сегментации импульсов можно разумно разделить на две категории: (1) анализ сигналов и обнаружение импульсов; (2) извлечение признаков и распознавание импульсов.

    Эффективность методов первой категории реализуется успешным процессом шумоподавления, что непросто для электромагнитных сигналов ЧР. Кроме того, из-за нестационарных характеристик обнаружения импульсов определение порога также является сложной задачей.Для методов второго рода большое значение имеет выявление отличительных признаков и разработка алгоритма распознавания. Хотя этот метод может дать удовлетворительные результаты в некоторых приложениях, он также увеличивает сложность. На основе характеристик искажения кумулянта высокого порядка временного ряда предложен алгоритм, основанный на пороге вариации кумулянта высокого порядка, для определения границы электромагнитных волн, вызванных частичными разрядами. Преимущества предлагаемого метода заключаются в том, что он: (1) прост и понятен и (2) позволяет избежать сложных процессов шумоподавления и интеллектуального распознавания.

    Для проверки эффективности высокочастотный сигнал зажима сердечника трансформатора конденсатора фактически измеряется в преобразовательной станции сверхвысокого напряжения. Сигнал включает в себя аналоговый сигнал частичного разряда и сигнал помех коммутационных импульсов. Затем метод, описанный в этой статье, используется для усечения и обработки этих записанных высокочастотных сигналов. Результаты показывают, что этот метод может точно обнаруживать локальный импульс ЧР и определять его границу. Сигнал до усечения представляет собой многоимпульсный сигнал, который не может эффективно отделить аналоговый сигнал локального частичного разряда.После усечения сигнал представляет собой один чистый импульсный сигнал, который может реализовать разделение коммутационного импульса и аналогового сигнала.

    Расчет габаритной мощности сердечника трансформатора онлайн. Расчет трансформатора с бронированным магнитопроводом

    Виктор Хрипченко село Октябрьское Белгородская область

    Занимаясь расчетами мощного источника питания столкнулся с проблемой — нужен был трансформатор тока, который бы точно измерял ток.Литературы на эту тему не так много. А в интернете только запросы — где найти такой расчет. Прочитать статью; Зная, что могут присутствовать ошибки, я досконально разобрался в этой теме. Ошибки, конечно, присутствовали: отсутствует согласующий резистор Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (не рассчитывался) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитывается как обычно для трансформатора напряжения (устанавливается нужное напряжение на вторичной обмотке и производится расчет).

    Немного теории

    Итак, сначала немного теории. Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, так как его сопротивление при нагрузке, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической цепи.Это обстоятельство отличает работу трансформатора тока от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

    На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, намотанных на магнитопроводе в одном направлении (I1 — первичный ток, I2 — ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2, пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагнитить магнитопровод.

    Стрелки указывают направление токов. Поэтому, если принять за начало верхний конец первичной обмотки, то начало вторичной обмотки n является также ее верхним концом. Принятое правило маркировки соответствует одному и тому же направлению токов с учетом знака. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

    Алгебраическая сумма произведений I 1 х W 1 — I 2 х W 2 = 0 (без учета малого тока намагничивания), где W 1 — число витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — число витков вторичной обмотки трансформатора тока.

    Пример. Пусть вы, учитывая ток первичной обмотки 16 А, сделали расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитали. Задаете ток вторичной обмотки, например, 0,1 А и по приведенной выше формуле I 1 x W 1 = I 2 x W 2 вычисляете количество витков вторичной обмотки трансформатора.

    Вт 2 = I 1 x Вт 1 / I 2

    Далее, рассчитав индуктивность L2 вторичной обмотки, ее сопротивление XL1, вычисляем U2 и затем Rc.Но это чуть позже. То есть вы видите, что задав ток во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только потом подсчитываете количество витков. Вторичный ток трансформатора тока I2 может быть установлен любым – отсюда будет рассчитываться Rc. И -I2 должно быть больше нагрузки, которую вы будете подключать

    Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (Rc).

    Если пользователю требуется трансформатор тока для использования в цепях защиты, то такими тонкостями, как направление намотки, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это будет уже не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью.И эту ошибку можно устранить, только создав нагрузку на устройство (я имею в виду блок питания, где пользователь собирается установить защиту с помощью трансформатора тока) и схему защиты, задающую порог ее срабатывания по току. Если пользователю нужна схема измерения тока, то необходимо соблюдать эти детали.

    На рис. 2 (точки — начало обмоток) показан резистор Rc, являющийся составной частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмоток.То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно использовать резистор, можно поставить амперметр, реле, но должно быть соблюдено необходимое условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равно расчетному Rc.

    Если нагрузка не соответствует току — это будет генератор повышенного напряжения. Я объясняю почему. Как уже было сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки.А вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не соответствует току или отсутствует, то первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнитопровода из-за увеличения потерь в стали. ЭДС, индуцируемая в обмотке, будет определяться скоростью изменения потока во времени, имеющей наибольшее значение при переходе трапецеидального (из-за насыщения магнитного потока) потока через нулевые значения.Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и, в конечном итоге, выход его из строя.

    Типы магнитопроводов показаны на рис. 3

    Витой или ленточный магнитопровод — это одно и то же понятие, как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: и то, и другое встречается в литературе.

    Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образная трансформаторная железа, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяют на повышенных частотах — 400 Гц и выше в связи с тем, что они работают в слабых и средних магнитных полях (W = 0.максимум 3 Т). А так как ферриты, как правило, обладают высокой магнитной проницаемостью μ и узкой петлей гистерезиса, то они быстро входят в область насыщения. Выходное напряжение при f = 50 Гц на вторичной обмотке составляет несколько вольт или меньше. Как правило, на ферритовые сердечники наносится маркировка их магнитных свойств (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

    На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, в связи с чем необходимо определять их магнитные свойства экспериментально, и работают они в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от марки применяемой электротехнической стали — 1.5…2 Тл и более) и используются на частотах 50 Гц. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы также работают на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади поперечного сечения тороидального магнитопровода рекомендуется для большей точности результат умножать на коэффициент k = 0,7…0,75. Это связано с конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

    Что такое ленточный разъемный магнитопровод (рис. 3)? Лента стальная, 0.толщиной 0,8 мм и более, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400…500 °С для улучшения их магнитных свойств. Затем эти формы вырезаются, кромки шлифуются и собирается магнитопровод. Кольцевые (сплошные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01….0,05 мм) при намотке покрывают электроизоляционным материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000…1100 °С

    Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов необходимо намотать 20 …30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет магнитная проницаемость сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Рассчитать S — площадь поперечного сечения сердечника трансформатора (мм2), lm — среднюю магнитную длину линии электропередач (мм) И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника:

    (1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленты и Ш-образного сердечника.

    (2) µ = 2500 * L (D + d) / W2 x C (D — d) — для кольцевого (тороидального) сердечника.

    При расчете трансформатора на более высокие токи в первичной обмотке используется провод большого диаметра, и здесь понадобится витой (П-образный) сердечник, витой кольцевой сердечник или ферритовый тор.

    Если кто-то держал в руках трансформатор тока большой мощности, то видел, что на магнитопровод не намотана первичная обмотка, а через магнитопровод проходит широкая алюминиевая шина.

    Об этом я напомнил тогда, что трансформатор тока можно рассчитать, либо задав W — магнитная индукция в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется помучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора.Либо необходимо вычислить магнитную индукцию поля W, создаваемого проводником с током в сердечнике.

    А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы .

    Вы спрашиваете ток первичной обмотки трансформатора тока, то есть ток, которым будете управлять в цепи.

    Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

    Возьмите ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40х25х10 мм), схематично изображенный на рис.четыре.


    Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, C = 10 мм.

    Далее два расчета с подробными пояснениями, как именно рассчитывается трансформатор тока, но слишком много формул затрудняет размещение расчетов на странице сайта. По этой причине полная статья о том, как рассчитать трансформатор тока, была преобразована в PDF и может быть загружена с помощью

    .

    Определение силового трансформатора

      Как узнать мощность трансформатора?

    Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим однофазный силовой трансформатор, понижающий переменное напряжение 220 вольт электроэнергии до необходимых 12-30 вольт, который затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, для которых обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

    Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающим радиолюбителям необходимо найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно найти на страницах старых книг по электронике.

    Но сейчас проще найти или купить готовый трансформатор и сделать из него блок питания своими руками.

    Полный расчет и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя достаточно сложная задача. Но есть и другой способ. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций достаточно и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Вт.

    Если трансформатор куплен в магазине, то особых проблем с выбором нужного трансформатора обычно не возникает. Новинка имеет все свои основные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

    А если у вас в руках трансформатор, который уже работал в каком-либо устройстве и вы хотите использовать его снова для построения своего блока питания? Как хотя бы приблизительно определить мощность трансформатора? Мощность трансформатора – очень важный параметр, ведь от него будет напрямую зависеть надежность блока питания или другого собранного вами устройства. Как известно, мощность, потребляемая электронным устройством, зависит от потребляемого им тока и напряжения, что требуется для его нормальной работы.Приблизительно эту мощность можно определить, умножив ток, потребляемый устройством ( I n   на напряжение питания устройства ( U n ). Думаю, многим эта формула знакома со школы.

    Р = U н * I н

    Где U n  — Напряжение в вольтах; I n  — сила тока в амперах; P   — мощность в ваттах.

    Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М.Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных W-образных и прямых пластин. Следует отметить, что трансформаторы этого типа не являются лучшими по КПД (КПД ). Но хорошо, что такие трансформаторы широко распространены, часто используются в электронике и их легко найти на полках радиомагазинов или в старой и неисправной радиоаппаратуре. Кроме того, они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, обладающих высоким КПД и применяемых в достаточно мощной радиоаппаратуре.

    Итак, у нас есть трансформатор ТП114-163М. Попробуем примерно определить его мощность. За основу расчетов возьмем рекомендации из популярных книг В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

    Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М магнитопровод представляет собой набор штампованных Ш-образных и прямых пластин из электротехнической стали. Итак, для определения сечения необходимо толщину набора пластин (см. фото) умножить на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

    При расчете необходимо соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше измерять в сантиметрах. Расчеты также необходимо производить в сантиметрах. Итак, толщина комплекта исследуемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

    Затем линейкой измерьте ширину центрального лепестка. Это более сложная задача. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластиковый каркас. Поэтому центральная доля W-образной пластинки практически не видна, она закрыта пластинкой, и определить ее ширину довольно сложно.

    Ширину центрального лепестка можно измерить сбоку, у самой первой W-образной пластины в зазоре между пластиковой рамкой. Первая пластина не дополнена прямой пластиной, поэтому виден край центрального лепестка W-образной пластины. Его ширина составляла около 1,7 сантиметра. Хотя этот расчет ориентировочный , но все же желательно снять замеры как можно точнее.

    Умножьте толщину комплекта магнитной цепи ( 2 см .) и ширину центрального лепестка пластины ( 1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобится следующая формула.

    Где S   — площадь сечения магнитопровода; П тр — трансформатор силовой; 1,3   — средний коэффициент.

    После нехитрых преобразований получаем упрощенную формулу расчета мощности трансформатора по сечению его магнитопровода.Вот она.

    Подставляем в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 которое мы получили ранее.

    В результате расчетов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~7 Вт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звука мощностью 3-5 ватт, например, на микросхеме усилителя TDA2003.

    Вот еще один из трансформеров. Обозначается как PDPC24-35. Это один из представителей трансформеров — «малыш».Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центральной доли W-образной пластинки всего 6 миллиметров (0,6 см).

    Толщина комплекта пластин всего магнитопровода — 2 сантиметра. По формуле мощность этого мини-трансформатора получается равной примерно 1 Вт.

    Этот трансформатор имеет две вторичные обмотки, допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только для питания цепей с малым потреблением тока.

    Трансформатор — это тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одного значения в другое, пропорционально потребляемой входной и выходной мощности. Этот элемент силового оборудования обычно может содержать одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных.

    Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора иногда занимает много времени и не каждый может сделать это качественно. Но многое зависит от правильности процесса. Стабильность работы Готовое устройство, эффективность, энергопотребление. Кроме того, при неправильном расчете устройства намотки может происходить множество непонятных вещей:

    • перегрев;
    • издают звенящие звуки при работе;
    • потребляют большое количество энергии с низкой эффективностью и так далее.

    В более серьезных ситуациях он вообще может загореться, доставив дополнительные неприятности. Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы он выдавал необходимое количество электрической мощности и КПД был максимально приближен к 1 .

    Но сразу стоит вас уверить, что КПД равный 1 — это нереальный коэффициент, т.к. потери всегда присутствуют, поэтому выполняя расчет онлайн или традиционным методом, видя при расчете силового трансформатора на железе показатель равный 40% это уже хорошо. Для импульсных устройств программа расчета даст не менее 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство максимально эффективным, то выбирайте трансформатор импульсного типа, а если хотите сделать надежный блок питания, где не важна потребляемая мощность, то, конечно же, учитываем трансформаторное железо. .

    Порядок расчета трансформаторов

    Все программы для расчета трансформаторов обрабатывают данные по формулам, известным нам из научных публикаций, поэтому правильность своей программы всегда можно проверить. Но потребность в знании табличных значений может ввести вас в заблуждение . Поэтому сейчас разберем некоторые детали расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или феррите.

    Тороид имеет наилучшие качества по сравнению со всеми остальными типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и, как следствие, минимизируются потери на вихревые токи.Поэтому КПД таких трансформаторов значительно выше, так что если вы хотите сделать качественный прибор, то используйте именно такой тип сердечника, хоть на него и сложнее намотать обмотку, но оно того стоит.

    Шаги для определения параметров

    Прежде всего, для правильного расчета потребуется определить основные параметры будущего трансформатора . К ним относятся:

    • напряжение и ток на первичной обмотке;
    • те же индикаторы на вторичной обмотке.

    Далее выполняется расчет количества витков на каждой из обмоток, тип провода выбирается по таблице и результатам расчета тока, но предварительно необходимо измерить размеры сердечника, если они есть . Или, наоборот, запросить требуемую мощность и рассчитать параметры кольца. Это то, что предлагают все онлайн-программы для расчета трансформаторов.

    Выбирая число витков  на первичной обмотке, необходимо помнить, что при недостаточном их количестве она будет сильно нагреваться, а в итоге сгорит.А при достаточно большом напряжении на вторичке будет мало, поэтому необходимо пользоваться строго справочными данными и формулами из учебников.

    Рассмотрим пример расчета трансформатора, намотанного на сердечнике тороидального типа и питающегося от сети частотой 50 Гц.

    Для упрощения процесса расчета устройства можно использовать табличные данные, в которых указаны формулы и переменные, используемые для определения параметров намоточных изделий, сведенные в таблицу ниже:

    Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов применяют 2 сорта стали:

    • E310-330 холоднокатаный тип и толщина листа в пределах 0.35-0,5 мм;
    • Сталь обыкновенная Э340-360 толщиной 0,05 — 0,1 мм.

    Следует понимать, что количество витков для каждого вида стали может быть разным, в связи с магнитной проницаемостью сердечника, другими показателями. В таблице ω 1 и ω 2 — количество витков для холоднокатаной и обычной стали соответственно. Пр — габаритная мощность трансформатора; S – параметры сердечника (площадь сечения), ∆ – максимально допустимая плотность тока в обмотках; η — КПД устройства.

    Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является то, что в нем используется внешняя и межобмоточная изоляция, поэтому жилы должны быть с достаточно эластичным покрытием. В связи с этим часто выбирают ПЭЛШО или ПЭШО , также популярный ПЭВ-2. В качестве наружной изоляции используются следующие виды материалов:

    • лакоткань;
    • батистовая лента;
    • триацетатная пленка;
    • ПТФЭ пленка.

    Преимущества использования программ

    Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости учета всех вышеперечисленных нюансов.Но результат приблизительный , поэтому важно помнить об использовании той или иной программы. Конечно, есть более качественные проекты с расчетом трансформаторов, в которых учитывают толщину изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

    Основные формулы и порядок их применения

    Далее необходимо задать основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся сетевое напряжение Uc и выходное напряжение вторичной обмотки Un.Также задаем ток в нагрузке В, этот показатель зачастую является самым важным, определяющим характеристики устройства.

    Некоторые калькуляторы, наряду с вводом данных в форму, также показывают основные формулы, по которым определялось результирующее значение. Это значительно упрощает процесс и в то же время позволяет более глубоко понять принцип расчета. В любом случае, при вводе исходных данных в форму программа в первую очередь определяет мощность вторичной обмотки нВ по известной формуле:

    Следующим этапом расчета параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника.Рассчитывается по формуле:

    S расч = √Pg/1,2.

    Для правильного выбора жилы необходимо использовать следующую формулу расчета сечения:

    S = (Dc — DC) hc / 2.

    После этого по справочной таблице параметров ядра выбираем наиболее близкий по характеристикам. Необходимо подобрать магнитопровод большей мощности, чем рассчитанная по формуле.

    Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50 Гц , является определение количества витков на 1 вольт.Для этого необходимо использовать постоянные значения, взятые из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника существует константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 он равен 33,3, а формула следующая:

    Вт 1-1 = ω 1 х Uc;

    Вт 1-2 = ω 1 х U н.

    При расчете числа витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора необходимо учитывать рассеиваемую мощность, из-за чего выходное напряжение будет занижено на 3%.Поэтому для правильных расчетов рекомендуется увеличивать число витков вторичной обмотки именно на эту разницу.

    Следующим шагом будет определение диаметра провода   обе обмотки. Для этого рассчитайте значение тока в первичной обмотке:

    I 1 = 1,1 (P2/Uc). А по формуле:

    d 1 = 1,13√ I 1 / ∆ определяет параметр провода.

    Этот расчет действителен для всех типов трансформаторов, как силовых, так и сварочных с мощностью сети 50 Гц.Программа расчета выполняет те же операции, что и выше. Только она может обрабатывать данные в любом порядке. Например, указав количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, введя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

    Расчет импульсного трансформатора

    Как и в случае с обычным силовым трансформатором, импульсы также можно рассчитать с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ.Формулы будут аналогичны, но потребуется с учетом магнитной проницаемости и других параметров ферритового сердечника. Потому что от его свойств напрямую зависит качество и правильность работы готового устройства.

    При расчете сварочных импульсных трансформаторов с помощью программ многие из них дают подсказки, представляют схемы мостовых выпрямителей и так далее. Все это значительно облегчает процесс, так как усложняется традиционными методами. Но, в целом, принцип остается прежним.Что касается программ-калькуляторов, то их большое количество можно найти в Интернете для выполнения расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

    Трансформаторы

    постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, цепях управления питанием и другом электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется рассчитать параметры устройства в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей можно использовать специально разработанный онлайн-калькулятор расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходных данных в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

    Преимущества онлайн-калькулятора

    В результате расчета трансформатора онлайн выдаются результаты в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотках.


    Есть, позволяющие быстро производить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при расчетах. Чтобы избежать подобных неприятностей, воспользуйтесь программой онлайн-калькулятор.Полученные результаты позволяют конструировать трансформаторы различной мощности и напряжения. С помощью калькулятора проводятся не только расчеты трансформатора. Есть возможность изучить его устройство и основные функции. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

    Благодаря онлайн-калькулятору не требуется проводить никаких самостоятельных расчетов. Полученные результаты позволяют перемотать трансформатор своими руками.Большинство необходимых расчетов проводится в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор упрощает и ускоряет все расчеты. Необходимые пояснения можно получить из инструкций и в дальнейшем следовать их указаниям.


    Конструкция магнитопроводов трансформаторов представлена ​​тремя основными вариантами — броневой, шкворневой и . Другие модификации встречаются гораздо реже. Для расчета каждого типа необходимы исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

    Трансформаторы


    Общая информация

    Что ж, нет ничего лучше, чем найти правильную интуитивную модель для что-то. Интуиция так быстра, если вы можете не подпускать плохую интуицию.

    Теоретические модели трансформаторов

    На основе [2]

    На вопросы о трансформаторах часто легче ответить, если вы рассматриваете эквивалентную схему «t».Вы теряете понятие изоляции с эквивалентом «т», но вы можете получить его обратно притворяясь, что существует идеальный преобразователь, соединенный между «т» и нагрузка. Вы также можете указать коэффициент поворота в идеальный трансформатор, если вы хотите, чтобы все значения были такими, как показано по первичке.

    Пример эквивалентной схемы «t»

    Вот эквивалентная схема «t» для звука 1: 1. Разделительный трансформатор (рассчитан на нагрузку 300 Ом):

     ------R1---L1-----+----L2----R2------
      Первичный | Среднее
      Сторона Лм Сторона
                                 |
               ------------------+------------------
     

    • R1,R2 = сопротивление первичной и вторичной обмотки (медь).Обычно около 50 Ом. Не обязательно равно.
    • L1,L2 = первичная и вторичная индуктивности рассеяния. Около 5 мГн. Не обязательно равно.
    • Lm = взаимная индуктивность, около 2Гн.

    Я назвал Lm взаимной индуктивностью, и это, вероятно, не лучший термин, хотя я думаю что в 1:1 взаимная индуктивность примерно такая же как собственная индуктивность или шунтирующая индуктивность или индуктивность намагничивания или как его лучше всего назвать.

    Для упрощения вы можете комбинировать обе индуктивности рассеяния. в единую индуктивность по обе стороны от Lm.

    Описание работы модели

    Хорошо, давайте предположим, что на первичной обмотке есть среднеквадратичное значение 1,25 В на частоте 1 кГц. и без нагрузки. На взаимной индуктивности появляются полные 1,25 В. так что есть около 0,1 мА через взаимную индуктивность. Это ток, который вызывает поток в сердечнике. Через индуктивность рассеяния и первичную обмотку проходит 0,1 мА (0,995 мА). сопротивление тоже. Короче через первичную обмотку с сосредоточенным замыканием.

    Теперь пусть будет нагрузка 300 Ом. Напряжение на взаимной индуктивности уменьшается очень мало (не нужно делать сложный анализ).Даже если закоротить вторичку, взаимный ток уменьшается лишь примерно в два раза.

    Эта схема выше аккуратно разделила ток на два пути. В реальном трансформаторе через каждую обмотку проходит только один проводящий путь. не две, но эта модельная схема ведет себя как реальная из-за эффект отмены.

    Эффект компенсации магнитного потока

    Но какой ток проходит через первичную обмотку?
    Ответ: 0,1 мА + 4,2 мА.Почему этот ток не увеличивает поток в сердечнике? Потому что ток во вторичной обмотке отменяет его действие. Энергия уходит в нагрузку, а не в феррит, т.к. два магнитных поля, противодействующие друг другу, компенсируют друг друга. Это в основном то, что подразумевается под линейностью электромагнитных уравнений. Конечно в ближних полях обмоток это неверно, в чем легко убедиться, просто нарисовав замкнутая кривая по окружности витков проволоки в одном месте. Направленный интеграл B-поля вокруг кривой должен быть пропорциональна току внутри.Но в массе ядра поля делай отмену. Вы можете думать об этом как о взбрыкивании, если хотите, но эффект Холла зонд, вставленный в центр, покажет очень низкое поле из-за почти полная отмена. Интеграл запасенной энергии в магнитном интеграл поля ( B точка H ) по всему пространству будет намного меньше, чем интеграл для токов только в одной или другой обмотке, но не в обеих одновременно.

    В любом случае присутствует неизбежный поток намагничивания. трансформатор и первичный ток намагничивающего потока.Конечно, это ток проходит через первичную индуктивность и составляет +90 градусов по WRT. напряжения и не потребляет напрямую никакой энергии. Однако этот ток вызывает потери сопротивления первичной обмотки. Величина потока определяется напряжением и частотой на первичной обмотке. а не по току нагрузки (если есть).

    Помните основную формулу трансформатора переменного тока, V = k f N Ac Bm, что говорит нам, какой поток присутствует при любом напряжении. и частота? Это формула, используемая для нахождения Bmax, поэтому мы можем быть уверены. сердечник трансформатора не слишком близок к насыщению, что может ввести еще больше потерь.Обратите внимание, что в формуле нет термина для тока нагрузки.

    Ток короткого замыкания трансформатора

    Только индуктивность рассеяния ограничивает ток при коротком замыкании. Кажется, что ток через первичку ограничен сопротивление обмотки и сопротивление утечки при коротком замыкании вторичной обмотки.

    Вторичное падение напряжения

    Поле в сердечнике трансформатора на самом деле немного СНИЖАЕТСЯ, когда трансформатор загружен. Это связано с тем, что действующее первичное напряжение уменьшается на (первичный ток * сопротивление первичной обмотки):

    Vs = IpRp + BA[omega]Np

    куда:

    • Б р.м.с (не пиковая) индукция
    • А — площадь поперечного сечения сердечника
    • [омега] равно 2[pi]f, конечно
    • Np — количество витков.

    Другие модели для трансформаторов

    Что с изоляцией?

    Настоящий трансформатор обеспечивает изоляцию между входом и выходом. Вышеприведенная модель не показывает изоляцию, но достаточна для большую часть анализа. Где необходима изоляция в модели можно сделать вид, что есть идеальный преобразователь между «т» и нагрузка как на картинке ниже:

     1:N идеальный трансформатор
                ------R1---L1-----+----L2----R2-----о о-----
       Первичный | 0|| Среднее
       Сторона Lm 0||0 Сторона
                                  | 0||
                ------------------+-----------------о о-----
     

    Одна модель для идеального трансформатора с изоляцией

    Эта модель отображает трансформаторы интуитивно, как мы чаще всего о них думаем:

     -> Ip -----R1---L1---+---, ,---L2----R2------ Is ->
       Первичный | О|| / Среднее
       Сторона, Vp Lm O||O Сторона, Vs
                            | О|| \
             ---------------+---' '-----------------
                идеальное отношение намагничивания
                 трансформатор индуктивности
     
    Lm – требуемая индуктивность намагничивания.2).

    Характеристики трансформатора

    На основе [2]

    Что касается того, как мы разберемся, в одном случае, который имеет большое значение мне, мы указываем общие детали обмотки, диапазон для R1 и R2, максимальные значения для L1+L2||Lm (измерено от первичного с закороченной вторичной обмоткой) и L2+L1||Lm (измеряется от вторичная с закороченной первичной), минимальные значения для L1+Lm (измеряется от первичного с открытым вторичным) и L2+Lm. Продавец получает возможность выбрать количество витков (одинаково как для вторичного, так и для первичный), проволока, и начинает играть с ламинированием (смесь из кремнистой стали и стали с высоким содержанием никеля).Затем при входном контроле мы измеряем все эти вещи. На данный момент у нас есть четыре измерения определяя 3 вещи (L1,L2,Lm), так что хотя соотношение оборотов 1:1, Я предполагаю, что соотношение оборотов равно 1:n, что дает мне 4 переменные и четыре уравнения, и я решаю весь беспорядок.

    Фаза

    если ты сильно нагрузить трансформатор резистивной нагрузкой, так что потребляемый ток большой по сравнению с током холостого хода. Вы найдете течения и напряжения совпадают по фазе. Они должны совпадать по фазе, потому что при фазовом сдвиге 90 между током и напряжением нет передачи полезной мощности (усредненная за один цикл имеет место).Как вы хорошо знаете, энергетические компании тратят много сил на то, чтобы и напряжение в фазе (отсюда коэффициент мощности).

    Это правда, что наклон синусоиды для тока и напряжения равен максимум при пересечении нуля. Я вижу, как это сочетается с V=LdI/dt. создается впечатление, что ток и напряжение должны быть не в фазе на 90. НО. Это происходит только для ненагруженного трансформатора, который выглядит как индуктор. Для реактивно нагруженного трансформатора вы уменьшите фазу угол уменьшается с увеличением нагрузки.Это легко для вас попробовать, сделать это!

    Причина этого в том, что мы можем только (просто) применить закон Ампера вокруг контура, охватывающего половину каждой обмотки. В той ситуации, если вы рассмотрим Vprimary и d( N*Iprimary — Iвторичный)/dt, которые вы придумаете ситуация, которую вы описали, где разница этих токов и напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов. НО, (N*Iprimary-Isecondary) намного меньше, чем Iprimary (порядка 1%) для сильно нагруженного трансформатора.В такой ситуации доминирует токи (самых больших) компонентов могут быть в фазе и обычно так и есть.

    Например, возьмем ненагруженный трансформатор 1:1, потребляющий 10 мА при включении. загружен. Назовем этот текущий Iinitial Ток и напряжение не совпадают по фазе на 90. Но если мы добавим 1 ампер к Iпервичная в то же время добавляет 1 ампер к Iвторичной в фазе с напряжением и друг друга (или 180 градусов в зависимости от полярности трансформатора соглашение), тогда d(Iprimary-Isecondary/1)/dt не меняется, это все еще просто ненагруженный ток Iinitial.Однако, если мы посмотрим на общий первичный ток трансформатора, Iprimary+Iinitial = 1cos(wt)+.01sin(wt), то это почти идеально совпадает по фазе с напряжением Vcos(wt)

    Обратите внимание, что токи не обязательно должны быть в фазе, если мы нагрузим трансформатор. на выходе с большим конденсатором или маленькой индуктивностью гораздо большие токи будут течь, но фаза первичного тока изменится соответственно.

    Если входное напряжение и токи не совпадают по фазе на 90 градусов, нет подается питание. Если входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов, то все, о чем все узнали трансформеры совершенно не так.2*загрузка. Вход мощность может быть рассчитана из Vp*Ip. Для идеального трансформатора эти два числа равны. Если между ними есть разность фаз, то это не может быть правдой. Булавка = Надуться! Не Pout=Pin*cos(theta).

    Определения из учебника для идеальных трансформаторов:

     Vs=Vp*(Ns/Np)
    Ip=Is*(Ns/Np)
    Пин=Выход
     
    Мне кажется вполне ясным, что разностей фаз быть не может (по крайней мере, для идеального трансформатора).

    Измерения трансформатора

    На основе [2]

    Измерение кривой B-H

    Вы можете легко отобразить кривую B-H трансформатора на осциллографе, который может отображать XY с помощью всего нескольких компонентов.Обогреватель трансформатор (Для тех, кто помнит вентили — или трубки, как местные скажем) используется в обратном порядке работает хорошо. Подайте на него 6,3 В переменного тока от другого аналог трансформатора.

    R2 определяет ток в первичной обмотке (силу намагничивания) — он должен выбрать, чтобы дать пару вольт для оси X дисплея — a несколько ом.

    R1 и C1 действуют как грубый интегратор, так как напряжение на вторичный трансформатор пропорционален скорости изменения магнитного поля а не само поле.Выберите R1, чтобы дать пренебрежимо малую нагрузку на трансформатор. (это могут быть сотни К) и C1 так, чтобы напряжение на нем было менее 5% от напряжения на вторичный трансформатора.

     Р1
    -------- ----/\/\/\--|-- Область ввода Y
            )||( |
            )||( 240/120 = С1
     6,3 В )||( |
            )||(____________|___ Область действия Основание
            |
            |_________ Область ввода X
            |
            \
            /
            \ R2
            /
            |
    ------------------ Область применения
     
    Например, вы можете использовать резистор 100 кОм и конденсатор 3 мкФ для этой схемы.

    Другие идеи измерения трансформаторов

    Вот некоторые основные измерения, чтобы узнать большинство параметров трансформатора:

    • 1. Сопротивление обмоток Pri/Sec можно измерить непосредственно с помощью мультиметра.
    • 2. Измерьте вторичное напряжение разомкнутой цепи с некоторым известным первичным напряжением. чтобы получить коэффициент поворота.
    • 3. Замкните вторичную обмотку амперметром и постройте первичную обмотку V против вторичной обмотки I. (Осциллограф на амперметре может пригодиться для проверки формы волны сек. на всякий случай.2)——-+ | | | E(t)Rl | | О———————————————————+ Напряжения холостого хода на моем трансформаторе показывают Ns/Np = 8,5. Другие измеренные значения:
       Rp = 144,5 Ом
      Rs = 2,13 Ом
      Е(т) = 14.2 = 2, что согласуется с Rs = 2,13 для
      хорошо продуманный трансформатор. Первичка должна иметь чуть больше обмотки
      площадь, чем вторичная.
       

      Измеренное реактивное сопротивление рассеяния (3 мГн) немного завышено. но не безосновательно для ламинированного трансформатора. Это слишком высоко для хорошо спроектированного тороида. Во всяком случае в измерениях нравится точность измерений необходимо учитывать.

      Текущие формы сигналов должны быть разумно близки синусоидальный в обоих тестах, в отличие от первичного тока холостого хода.

      Конструкция трансформатора и выбор для приложений

      Выбор типа сердечника трансформатора

      ПРЕИМУЩЕСТВА ТОРОИДОВ
      по сравнению с E-CORES
      Тороиды:
      • Более компактный, чем дизайн E-core
      • Стоимость материалов ниже благодаря использованию одного компонента
      • Более жесткая магнитная муфта - меньше рассеяния потока рассеяния
      Электронные ядра:
      • Легче автоматизировать процесс намотки
      • Может крепиться шпильками на шпульки
      • Легче электрически изолировать несколько обмоток
      • Сердцевину можно легко разрезать, чтобы расширить возможности накопления энергии

      Принципы проектирования силовых трансформаторов

      На основе [1]

      Я подозревал, что для экономии железа и веса большая часть мощности трансформаторы рассчитаны на работу прямо на грани насыщения, следовательно, все может развалиться (по крайней мере, трансформатор слышит больше) когда вы берете продукт, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, и питаете его частотой 50 Гц.

      Проектирование силового трансформатора требует осторожности, если требуется оптимизированная конструкция. нужный. Получить общее представление о конструкции силового трансформатора Я даю вам несколько приблизительных расчетных уравнений для мощности 50 Гц. трансформатор с использованием многослойного железного трансформатора E-core:

       первичных витка = 45 * первичное напряжение / площадь ядра
      
      вторичные витки = 48 * вторичное напряжение / площадь ядра
      
      площадь ядра = 1,1 * кв. м ( P )
       
      Где:
      • площадь сердечника = площадь поперечного сечения сердечника, проходящего через катушку, в квадратных сантиметрах.
      • первичное напряжение = переменное напряжение, подаваемое на первичную обмотку, в вольтах
      • вторичное напряжение = требуемое переменное напряжение на вторичной обмотке в вольтах
      • P = мощность трансформатора
      Вторичной нужно немного больше витков на напряжение потому что внутри сердечника трансформатора всегда есть какие-то потери и катушка провода.Больше витков вторичной обмотки компенсировало некоторые из этих потерь.

      Сечение провода в первичной и вторичной обмотках должно соответствовать допустимые перепады напряжения и нагрев внутри трансформатора. Как эмпирическое правило не пытайтесь протолкнуть более 2,5 ампер тока на квадратный миллиметр провода в катушках внутри трансформатора.

      Размер сердечника трансформатора должен определяться исходя из полная мощность трансформатора. Площадь ядра (как используется в уравнении выше) должен, по крайней мере, иметь значение согласно следующему уравнению (можно больше):

       площадь ядра = sqrt (мощность трансформатора в ваттах)
       

      Вот таблица размеров проводов для разных токов, подходящих для силовые трансформаторы:

       Ток Диаметр провода
      (мА) (мм)
      
      10 0,05
      25 0,13
      50 0,17
      100 0,25
      300 0,37
      500 0,48
      1000 0,7
      3000 1,2
      5000 1,54
      10000 2,24
       
      Если вы сделаете трансформатор, используя эти уравнения, вы проверьте его перед подключением к сети.Вообще в наши дни рекомендуется купить сетевой трансформатор в готовом виде и сделать так, чтобы уверены, что вы получаете продукт, который безопасен в использовании (выполняет все правила техники безопасности).

      Трансформаторы низкочастотные

      На основе [1]

      Общие формулы

      Для маломощных низкочастотных трансформаторов обычно можно определить, что отношение витков определяет коэффициент передачи напряжения. Для данного импеданса circuti необходимо определить минимальное сопротивление для определенного катушки трансформатора по следующей формуле:

       L = Z / (2 * пи * f)
       
      Где:
      • L = индуктивность первичной обмотки (вторичная разомкнутая цепь)
      • Z = полное сопротивление цепи
      • пи = 3.14159
      • f = минимальная частота, на которой должен работать трансформатор
      Это рекомендуемое значение импеданса. Импеданс катушки может быть выше значения определяется этими уравнениями. Использование слишком высокой индуктивности как правило, не было бы особых проблем, но в целом это не очень хорошая идея, потому что много практических причин (длиннее первичная катушка, больше сопротивление, больше емкость, возможно по этим причинам более плохая ВЧ характеристика и т.д.).

      Фактическое количество витков, необходимое для получения необходимой индуктивности зависит от модели сердечника трансформатора и магнитного материала использовал его.Обратитесь к техническому описанию материала катушки, который вы используют для получения более подробной информации или его. Другой вариант - сначала подключите один тестовый кабель и измерьте его. Использование измерения результаты, вы можете определить, сколько витков необходимо для конкретная индуктивность. Общая приблизительная формула индуктивности (для катушек с сердечниками) для этого пригодится:

       Л = Н*Н*а
       
      Где:
      • L = индуктивность
      • N = количество витков
      • a = постоянное значение (определить значение по данным сердечника катушки или измерить его с помощью тестовой катушки)

      Если вы используете железное ядро ​​и вам нужно перенести некоторые мощности можно определить необходимый размер сердечника по формуле:

       Afe = sqrt ( P / (Bmax * S * f))
       
      Где:
      • Afe = площадь сердцевины (см^2)
      • P = максимальная передаваемая мощность
      • Bmax = максимальный магнитный поток в сердечнике (Вс/м^2) (обычно 4000 Гс = 0.2)
      • L1 = индуктивность первичной обмотки (Гн)
      • l = средняя длина силовых линий магнитного потока (см) (длина линии вокруг катушки, проходящей внутри сердечника)
      • u = относительная проницаемость магнитного материала (около 500 для обычного железа трансформатора)

      Вы можете определить количество витков на вторичной обмотке используя следующую формулу (ожидается КПД трансформатора 90%):

       N2 = 1,1 * U2 / U1 = 1,1 * sqrt (Z2 / Z1) =
       
      Где:
      • N1 = количество витков в первичной обмотке
      • N2 = число витков вторичной обмотки
      • U1 = первичное напряжение
      • U2 = вторичное напряжение
      • Z1 = основное сопротивление
      • Z2 = вторичное сопротивление
      Для оптимальной работы трансформатора сопротивление катушек следует держать как можно ниже.Это означает, что вы должны использовать в качестве толстый провод, как вы можете. При выборе размера провода не забудьте оставить 30-50% объема катушки на изоляцию.
      Трансформаторы с воздушным зазором

      Если на первичной обмотке трансформатора протекает постоянный ток, первичная индуктивность уменьшается. Чтобы компенсировать эффект из этого (в схемах, где это проблема) ядро должен иметь небольшой воздушный зазор в сердечнике. На практике воздушный зазор следует выбирать равным примерно 1/1000 длины магнитных линий в сердечнике.2)

    • L1 = индуктивность первичной обмотки (Гн)
    • li = размер воздушного зазора (мм)
    Обратите внимание, что эта формула дает гораздо большее число витков. для первичной обмотки, чем уравнение для трансформатора без воздушный зазор. Другие расчеты для трансформаторов выполнен как с трансформатором без воздушного зазора.

    Импульсные трансформаторы

    На основе [4]

    Выбор согласующего трансформатора полного сопротивления

    Согласование требуется для обеспечения максимальной передачи мощности от источник к нагрузке.Условие совпадения существует, когда:

     N = N2 / N1 = sqrt (Zl / Zs)
     
    Где:
    • N = соотношение витков между первичным и вторичным
    • N1 = количество витков в первичной
    • N2 = количество витков во вторичной обмотке
    • Zs = импеданс источника сигнала
    • Zl = полное сопротивление нагрузки трансформатора
    В реальном мире согласующий трансформатор будет иметь собственный шунт. импеданс к источнику. Величина этого импеданса будет зависеть от первичная индуктивность и частота работы.Это должно быть большим по сравнению с импедансом источника. Коэффициент безопасности 5 должно быть достаточно для большинства приложений. Так что подходящий значение индуктивности первичной катушки можно рассчитать с помощью следующая формула:
     Lp = 5*Zs/(2*pi*fmin)
     
    Где:
    • Lp = первичная индуктивность
    • Zs = импеданс источника
    • fmin = минимальная частота, которую необходимо передать через трансформатор
    • пи = 3,14159
    Если выбрана слишком высокая первичная индуктивность, паразитные компоненты (шунтирующая емкость, индуктивность утечки и т. д.).) сговориться снизить высокочастотные характеристики схемы.
    Процедуры выбора согласующих трансформаторов импульсов

    Необходимо проверить наличие искажений импульса при выборе трансформатор. Существует максимальная площадь импульса, которую данный трансформатор может передавать. Это известно как константа Et. Следующие формулы описывают, как это можно оценить из известная форма импульса

     Et = Vp * tpw
    
      Lp = R * tpw / Ln (I - D)
    
      D = дельта / Vp = 1 - exp (-R * tt / Lp)
    
      0 < тт < трв
     
    Где:
    • tpw = наихудшая (максимальная) длительность передаваемого импульса
    • Vp = импульсное напряжение (напряжение сверху вниз)
    • дельта = насколько может опускаться верхушка импульса
    • tt = время активности вершины импульса (tpw — начальный и конечный наклоны)
    • D = провисание (обычно допускается 10&)
    • R = параллельная комбинация импеданса источника и отраженной нагрузки (для согласованного случая это половина импеданса источника)
    Стоит отметить, что если нельзя установить верхний предел длительности импульса (tpw) тогда нельзя будет использовать трансформатор в этом приложении потому что трансформаторы не работают с постоянным током.Если выбрана слишком высокая константа Et, полная ширина импульса не будет передается, и трансформатор вызовет чрезмерную нагрузку из-за насыщения. И наоборот, слишком высокая константа Et принесет сопутствующие высокие паразитные емкости и индуктивности что приведет к плохому времени нарастания сигнала.

    Другим искажением, которое следует проверить, является спад. Падение по отношению к длительности импульса, первичное индуктивность и полное сопротивление системы. Если иначе указанное падение на 10% обычно допустимо.Здесь снова чрезмерная индуктивность приводит к паразитам и их сопутствующие проблемы.

    Из предыдущего описания мы можем предложить стратегию что должно позволить нам выбрать правильные компоненты в большинство приложений.

    • 1. Определите полное сопротивление системы Zs и Zl
    • 2. Определите минимальную рабочую частоту (fmin)
    • 3. Определите максимальную ширину импульса (tpw) и напряжение (Vp)
    • 4. Рассчитайте соотношение витков по формуле: N = sqrt (Zl / Zs)
    • 5.Рассчитайте минимальную первичную индуктивность по формуле: Lp(min) = 2,5 * Zs / (2 * pi * fmin)
    • 6. Рассчитайте минимальную константу Et по формуле: Et(min) = Vp * tpw
    • 7. Убедитесь, что падение является приемлемым (вероятно < 10%): D = 1 - exp ( -Zs * tpw / (2*Lp))
    • 8. Если отклонение недопустимо, пересчитать Lp из: Lp = - Zs * tpw / (2 * Lp)
    • 9. Выберите устройство, соответствующее указанным выше характеристикам, с наименьшими значениями индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости.

    Приближения, сделанные в формулах, что стратегия имеет свои ограничения но ошибки обычно незначительны.

    Трансформаторы для тиристорных приводов

    Трансформаторы используются в тиристорных приводах для обеспечения изоляции схема управления и преобразование напряжения/тока. Для тиристора для включения затвор необходимо удерживать на высоком уровне до тех пор, пока ток в тиристоре не превысит ток удержания устройства. Это время зависит от самого устройства и характеристики нагрузки. Резистивная нагрузка будет иметь быстрый рост тока времени и, следовательно, требуют более узкого импульса, чем для индуктивной нагрузки.К сожалению, большинство приложений предназначено для моторных приводов, и это часто бывает трудно определить цифру максимальной длительности импульса.

    Также важно следить, чтобы тиристор не включался слишком медленно. Это приводит к локальным «горячим точкам» в устройстве и преждевременному отказу устройства. Это требование означает, что трансформатор должен иметь минимальную утечку индуктивность насколько это возможно.

    Для приложений, где используются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). устроиться на работу следует помнить, что это очень сложно, если не невозможна работа импульсных трансформаторов и более 60% коэффициента деления.Причина этого в том, что трансформатору требуется время для сброса. между импульсами.

    Подробная информация об использовании трансформаторов в электронных конструкциях

    На основе [2]

    Низкое искажение сигнала

    Да, при использовании следует остерегаться искажения нижнего изгиба. трансформаторы с кремниево-железным сердечником для аудиоприложений за пределами их технические характеристики. В обычном случае используется слишком большой трансформатор, так что индукция при низких уровнях сигнала минутная.Это также может произойти с никель-железные сердечники, но только при очень низких индукциях.

    Когда учащиеся впервые знакомятся с кривой гистерезиса, S-образная Сначала обычно рисуется «начальная кривая намагничивания», затем петля ЧД. После этого S-образность исходной кривой забывается, но это Нижний изгиб все еще там, ждет, чтобы укусить вас!

    Что касается линейности кривой при низкой интенсивности, мы все знаем, что кривая B-H выравнивается вверху, но я думаю, вы обнаружите, что вокруг происхождение также.

    Например, это может произойти, когда вы уменьшили первичный сигнал на 80 дБ, вторичный сигнал может быть уменьшен, например, на 81 дБ. Т Действительно, кривая BH имеет уплощение около нуля. Эта проблема может быть уменьшена за счет использования воздушного зазора правильного размера в сердечнике трансформатора, что позволяет получить, например, линейность более 80 дБ.

    Информация о трансформаторах, используемых в импульсных источниках питания

    Выходное напряжение высокочастотного трансформатора та же форма сигнала (не обязательно напряжение), что и входной сигнал (утечка и т. д. игнорируется).На самом деле вторичный ток может быть «ощущен» или измерен от первичной обмотки, как это обычно бывает для системы управления режимом тока или даже схемы контроллера режима напряжения с защитой от перегрузки. вторичный напряжение и ток полностью совпадают по фазе с первичным напряжением и ток.

    Ниже приведено то, что, я надеюсь, понятно в виде типичных сигналов напряжения и тока. для двухфазного прямого преобразователя SMPS:

                     |-------| |------
                     | | |
    Пвольты ---| |---| |---|
                                 | |
                                 |--------|
    
                            /| /|
                           / | / |
                          / | / |
                         / | / |
                        / | / | /
                       / | / | /
                      / | / | /
    Текущий / | / | /
                    / |---/ |---/
     
    Вы, без сомнения, узнаете форму волны тока катушки индуктивности в первичной обмотке. текущая форма волны выше.Все дело в том, что ввод и формы выходного напряжения и тока полностью совпадают по фазе (игнорируя утечка L C и т. д. и т. д.).

    В чем разница между пластинчатым и тороидальным трансформатором?

    Принципиальной разницы между тороидальным трансформатором и трансформатором нет. обычный трансформатор. Оба работают одинаково. В принципе разница только в механической форме трансформатора.

    Основное отличие состоит в том, что традиционный трансформатор и тороидальный трансформатор намотан на другой сердечник трансформатора.В традиционных трансформаторах обычно используются так называемые «E»-сердечники. которые сделаны из штабелей железа. Трансформатор Toroidla использовал тороидальный сердечник трансформатора (форма «О»). торрид сердечник обеспечивает замкнутую магнитную цепь и не теряет магнитного потока в свободное пространство, как если бы то же самое ядро ​​имело форму стержня. потерянный поток - это потерянная энергия, поэтому торрид обеспечит более высокую индуктивность, более тесная связь, более высокая эффективность и более высокая добротность, и так далее. Вся концепция заключается в том, чтобы физически сконцентрировать поток там, где он необходим.Кроме того, поскольку поток концентрируется в сердечнике, компоненты, которые обычно на них влияет нахождение рядом с катушкой индуктивности/трансформатором, можно установить ближе к торриду, а торрид, как правило, будет меньше чем индуктор или трансформатор с более традиционными формами сердечника.

    Тороиды обычно изготавливаются из более тонкой полосы кремния более высокого качества. железа, и у них действительно непрерывная магнитная цепь. Это основные характеристики, обеспечивающие меньшие потери и почти нулевые внешнее магнитное поле, которые являются обычными причинами для выбора, часто более дорогостоящий тороидальный трансформатор, чем трансформатор с многослойным сердечником.

    В принципе идеальная тороидальная обмотка не имеет внешнего магнитного поля. и на практике тороидальные трансформаторы имеют более низкие внешние поля, но разработчики трансформаторов склонны проектировать тороиды так, чтобы они работали ближе к насыщение, которое увеличивает внешнее поле, в значительной степени устраняя преимущество.

    Тороиды популярны в усилителях Hi-Fi, потому что они позволяют предъявлять претензии. о слабом внешнем поле и, что гораздо важнее, потому что вес намотанного тороидального трансформатора меньше эквивалентного обычный трансформатор.

    «Сплющенный» профиль тороидального трансформатора также придает ему площадь поверхности на единицу ВА больше, чем у обычного трансформатора, поэтому он рассеивает больше тепла на единицу повышения температуры, что разработчики используют их, запуская их при более высокой плотности тока.

    Детали силового трансформатора

    Когда сердечник трансформатора насыщается, он теряет свои индуктивные характеристики; ток первичной обмотки может достигать чрезвычайно высоких значений в течение нескольких циклов переменного тока. Поскольку трансформаторы остаются поляризованными при выключении, возникновение насыщения зависит от полярности и фазового угла цикла переменного тока при включении и выключении цепи.

    Насыщение сердечника трансформатора может привести к необъяснимому перегоранию предохранителей, системным сбоям или преждевременному выходу из строя переключателей и реле. Кроме того, по пусковому току насыщения трансформатора от источника питания также может быть вызван импульсом начального заряда конденсаторов фильтра.

    Используя резистор, пусковое устройство или индуктивный входной фильтр во вторичной обмотке, вы можете уменьшить этот пусковой выброс. Другим решением является плавный пуск трансформатора с помощью резистора в первичной обмотке для ограничения пусковых токов и токов насыщения до приемлемого уровня.

    Источники информации

    • [1] Ханну Миеттинен, Kytnnn Elektroniikkaa, Infopress, 1976
    • [2] Различные новостные статьи Usenet
    • [3] Различные веб-документы
    • [4] Книга заметок по применению компонентов Newport
    • [5] Интеллектуальный выключатель отключает ток включения трансформатора, EDN 23 апреля 1998 г.

    автор: Томи Энгдал


    Исследование метода оперативного обнаружения деформации обмотки трансформатора на основе ВФТО

    2.3.1. Создание модели эквивалентной цепи обмотки трансформатора

    В настоящее время проводится много исследований модели переходной цепи обмотки трансформатора на высокой частоте, в основном включая модель многопроводной линии передачи, в которой каждый виток обмотки трансформатора используется как линия передачи. единая модель линии передачи, объединяющая однопроводные и многопроводные линии передачи, и смешанная модель многопроводной линии передачи и концентрированного параметра [23,24,25,26].Однако расчет модели многопроводной линии передачи велик, и ошибка модели однородной линии передачи велика. Сложно определить параметры компонентов в гибридной модели. В работе [27] программа ANSYS Maxwell использовалась для создания двумерной модели трансформатора, и были рассчитаны межвитковая емкость, емкость между корками, радиальная емкость и индуктивность обмотки трансформатора. Затем была создана эквивалентная схема обмотки.Ссылаясь на эту модель, обмотка трансформатора эквивалентна двухполюсной сети, состоящей из емкости, индуктивности и сопротивления [28], как показано на рис.

    Эквивалентная схема обмотки трансформатора.

    Обмотка стороны высокого напряжения трансформатора состоит из 14 обмоток, и каждый дисковый блок включает последовательную индуктивность L, последовательное сопротивление R, продольную емкость Cs, продольное сопротивление Rs, радиальную емкость Cg и радиальное сопротивление Rg. Последовательная индуктивность L представляет собой индуктивность обмотки.Последовательное сопротивление R — сопротивление обмотки. Продольная емкость Cs складывается из межвитковой емкости и межвитковой емкости. Продольное сопротивление Rs — это диэлектрические потери между витками или корками обмотки. Радиальная емкость Cg состоит из емкости между обмоткой и сердечником, емкости между обмоткой и обмоткой и емкости между обмоткой и баком. Радиальное сопротивление Rg — диэлектрические потери между витками или корками обмотки. Сигнал VFTO на входе обмотки трансформатора и ответный сигнал на выходе измеряются для расчета частотной характеристики.

    2.3.2. Параметр Расчет эквивалентной цепи обмотки трансформатора
    1. Расчет параметров последовательного сопротивления

    Формула расчета сопротивления на единицу длины витков обмотки трансформатора выглядит следующим образом:

    В формуле f - расчетная частота. μ — проницаемость проводника. ρ — удельное сопротивление проводника. a и b — длины двух сторон прямоугольного сечения проводника.

    Высокая частота VFTO.После ввода трансформатора сердечник трансформатора мало влияет на передачу энергии, поэтому им можно пренебречь [12,13,14]. Поэтому обмотка трансформатора эквивалентна полой катушке. Формула расчета индуктивности полой катушки может быть использована для расчета индуктивности обмотки. Так как средний диаметр обмотки намного больше толщины проволочной лепешки, индуктивность обмотки рассчитывается по формуле индуктивности, рассчитанной по плоской катушке.Формула выглядит следующим образом:

    в формуле µ0 — проницаемость вакуума. n - количество витков однорядного пирога. Dm – средний диаметр намотки. ψ — корреляционная функция.

    Продольная емкость включает межвитковую и межвитковую емкости. Так как средний диаметр катушки трансформатора намного больше ширины катушки, то межвитковая емкость CT и межторцевая емкость CDA могут быть получены по принципу расчета емкости пластины:

    CT=ε0εp×πDm (ж+тп)тп.

    (6)

    В формуле w — ширина неизолированного осевого провода. tp – общая толщина бумажной изоляции. ε0 — диэлектрическая проницаемость вакуума. εp — относительная диэлектрическая проницаемость бумажной изоляции.

    В формуле εde — эквивалентная диэлектрическая проницаемость межкорпусной изоляции. B - ширина линии пирога. td — толщина изоляции между лепешками.

    Радиальная емкость Cg состоит из емкости между обмоткой и сердечником, емкости между обмоткой и обмоткой и емкости между обмоткой и баком.Формула расчета следующая:

    В формуле εwe – эквивалентная диэлектрическая проницаемость среды обмотки и сердечника. H - осевая высота обмотки. Rw — внутренний радиус намотки. Ri — внешний радиус ядра.

    Принципиальная схема изоляции между витками обмотки трансформатора показана на , расчетные параметры по формулам (4)–(8) отмечены на рисунке.

    Схема изоляции между корками.

    Соответствующие размерные параметры трансформатора 500 кВ показаны в .По этим параметрам и формулам рассчитываются параметры схемы замещения обмотки трансформатора, как показано на рис.

    Таблица 3

    Габаритные параметры обмоток высокого напряжения.

    93881

    4

    Параметры схемы замещения обмотки трансформатора.

    Параметр Параметр Значение
    Количество пирожных 96 96
    16 × 50 мм 16 × 50 мм
    Чистая металла высота проводника 9.65 мм
    внутренний радиус высокого напряжения катушки 1074 мм
    внешний радиус внутренней намотки 1011 мм 1011 мм
    радиальная высота проводной торт 348 мм
    средний диаметр Проволочный торт 1245 мм
    осевой рост катушки 2000 мм 2000 мм
    внешний радиус Core 600 мм 600 мм
    внешний радиус высокого напряжения катушки 174 мм
    Параметр Л Р Cs рупий Кг Rg
    Эквивалентные параметры обмотки 0,6805 мкГн 5 мОм 30,15 пФ 1,06 МОм 0,12 нФ 32 МОм

    Изменение параметров схемы замещения обмотки трансформатора повлияет на его АЧХ.Поскольку обмотка состоит из индуктивности, емкости и сопротивления, в обмотке трансформатора возникает явление многочастотного резонанса. Пик на частотной характеристике обусловлен последовательным резонансом внутри обмотки трансформатора. Впадина на частотной характеристике обусловлена ​​параллельным резонансом внутри обмотки трансформатора. Для определяемой обмотки трансформатора соответствующие параметры схемы замещения постоянны; тогда кривая частотной характеристики также определяется однозначно.Однако при деформации обмотки трансформатора соответствующие параметры схемы замещения изменятся, что отразится на изменении частоты или амплитуды пика и впадины на АЧХ. Поэтому тип деформации и степень намотки трансформатора можно проанализировать по изменению кривой частотной характеристики.

    В работе [25] моделируется изменение параметров эквивалентной схемы обмотки, соответствующих неисправностям отклонения оси обмотки, радиальной деформации и изменения межвиткового расстояния, как показано на рис.Диаграмма неисправности осевого смещения обмотки, радиальной деформации и изменения расстояния между дисками показана на рис. Когда осевое смещение возникает в обмотке высокого напряжения, емкость между обмоткой высокого и низкого напряжения сильно изменяется. Поскольку расстояние между высоковольтной обмоткой и масляным баком большое, емкость между ними мало меняется. В целом радиальная емкость обмотки увеличивается. Когда происходит радиальная деформация обмотки высокого напряжения, обмотка будет вызывать явление деформации в форме цветка сливы или барабана.Последовательная индуктивность и продольная емкость увеличиваются с увеличением степени деформации. Поскольку емкость между обмоткой высокого напряжения и обмоткой низкого напряжения уменьшается, а емкость между баком увеличивается, они компенсируют друг друга, поэтому значение радиальной емкости не обязательно уменьшается с увеличением переменной деформации. Когда обмотка трансформатора подвергается воздействию осевой электромагнитной силы, расстояние между лепешками обмотки уменьшается, что приводит к увеличению емкости между лепешками.В целом продольная емкость увеличивается.

    Диаграмма дефектов осевого смещения, радиальной деформации и межвиткового зазора обмотки: ( a ) Диаграмма осевого смещения обмотки; ( b ) Диаграмма радиальной деформации обмотки; ( c ) Изменение расстояния между корками.

    Таблица 5

    Изменение соответствующих параметров деформации обмотки.

    Намотка Диагностика Тип соответствующий параметр Изменения
    осевое смещение Радиальные емкости увеличивается
    радиальной деформации Продольная емкость и индуктивность возрастает с увеличением деформации
    изменения расстояния между тортом Уменьшение расстояния между корками приводит к увеличению продольной емкости
    .
  • 0 comments on “Онлайн расчет импульсного трансформатора: . . . . Online. -. . .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.