Программа для намотки трансформатора: программа для расчёта обмоток трансформатора

программа для расчёта обмоток трансформатора

Если у вас есть трасформаторное железо и вам нужно рассчитать количество витков и диаметр провода, то эта программа справится лучше всяких онлайн сервисов. Просто введите необходимые данные, все расчёты программа произведёт самостоятельно.

OER - программа для расчёта обмоток трансформатора

Вам не нужно брать в руки калькулятор и рассчитывать число витков трансформатора по сложным формулам, за вас всё сделает программа в один клик!

Скачать программу OER для расчёта обмоток трансформатора

Также иногда приходится переделывать каркас для намотки трансформатора,  вот вам чертёж деталей каркаса сборной катушки из картона, гетинакса или текстолита с защелками.

 

image

Когда будете наматывать витки на каркас, вставьте внутрь деревянный брусок, это предотвратит его смятие.

image

Самодельный станок для намотки трансформаторных катушек, с укладчиком и счетчиком витков. Сделай трансформатор сам. Автор filmmakertube.

И наконец видео о том, как вручную наматывают трансформаторы в Китае в промышленных масштабах!


shadow

Написать комментарий

КОММЕНТАРИИ


shadow

Shadow

  • Покажу свои икосаэдры, и выложил видео-инструкцию как их сделать.

    Темирлан 19.10.2011

  • Эту фотографию я нашёл в Интернете на одном из городских форумов. На фотке две одинаковые конструкции знаменитого вечного двигателя.

    Дмитрий ДА 23.04.2009

  • Что вы знаете об обработке пенопласта?

    Дмитрий ДА 12.11.2009

Бесплатная программа для расчета трансформаторов

Добавил: Chip,Дата: 16 Окт 2015

Бесплатная простая программа для расчета намотки трансформаторов EvTrans V 2.1 alpha

Трансформатор — это масса разных нюансов. В погоне за идеальными параметрами и улучшением одного из параметров ведёт к ухудшению нескольких других. Излишнее количество секций, например, увеличивает межобмоточную ёмкость; излишнее число витков — индуктивность рассеяния и активное сопротивление и т.п. При расчете трансформаторов более удобно воспользоваться специальной простой программкой — EvTrans. Это более модернизированная версия программы для расчета трансформаторов питания — Transfor.

В ней устранены замеченные неточности предыдущей версии, добавлено много
новых возможностей.

Изменения и дополнительные возможности программы EvTrans V 2.1 alpha по сравнению с предыдущей версией (Transfor V 1.07 alpha)
  • добавлена возможность задания и изменения пользователем плотности тока;
  • исправлена таблица параметров сердечников;
  • в таблицу параметров добавлено Sst*Soк, при выборе сердечника выводится
    требуемое Sst*Soк;
  • добавлена поддержка английского и украинского языков;
  • добавлена возможность настройки пользователем конфигурации цвета интерфейса
    программы;
  • исправлены неточности при расчете на кольцевом сердечнике;
  • добавлен расчет импульсных трансформаторов на ферритовых магнитопроводах.
Скриншоты программы

Информация о программе

Программа написана на Turbo-Pascal 7.0. Позволяет рассчитывать трансформаторы питания, выполненных на магнитопроводах различной формы из электротехнической стали ( Г -, Ш -, О — образные и броневые).

Позволяет рассчитать до 99 обмоток и сохраняет результаты расчета в файле.

СКАЧАТЬ ПРОГРАММУ — EvTrans — БЕСПЛАТНО (107 kB)

Разработчики:

(с) Ревко Анатолий Сергеевич, asr55.chat.ru,
E-mail: [email protected], ICQ#35257860, evtrans.chat.ru, E-mail: [email protected]



ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ



П О П У Л Я Р Н О Е:

  • Как восстановить видео файл?
  • Бесплатная программа для восстановления видео DivFix 1.10

    Очень часто бывает когда нужно восстановить повреждённый видеофайл. Ниже в статье мы рассмотрим очень хорошую простую бесплатную небольшую программку для восстановления видео  DivFix 1.10.

    Подробнее…

  • Самоучитель HTML в примерах
  • Самоучитель HTML с простыми примерами и доступным изложением.

    Данная электронная книга в первую очередь предназначена для начинающих Веб-программистов, но также содержит некоторую информацию, полезную и для профеcсионалов. Подробнее…

  • Бесплатная программа родительского контроля Angry Duck
  • Ранее мы рассматривали безопасный браузер для детей GOGUL, ограждающий Вашего ребёнка от сомнительных интернет-сайтов.

    Сегодня рассмотрим дополнение к браузеру Gogul, которое позволяет блокировать запуск других браузеров, составлять недельное расписание пользования компьютером и ограничивать продолжительность детских сеансов!

    Подробнее…


Популярность: 5 807 просм.

РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ ПРОГРАММЫ

   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 - скачать. За представленную программу говорим спасибо краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя - скачать. Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла - скачать. Снова спасибо краб

4. Калькулятор расчета GDT в SSTC - скачать. Предоставлено [)еНиС

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

6. Программа опознавания транзисторов по цвету - скачать. Благодарности краб

7.

Калькулятор для расчета источников питания с гасящим конденсатором - скачать. Спасибо посетителям форума

8. Программы расчета импульсного трансформатора - скачать. 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 - скачать. Спасибо reanimaster

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

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

12. Помощник Радиолюбителя - радиолюбительский калькулятор - скачать. Тема на конференции. Спасибо Antracen, т.е. мне 🙂

13. Программа по расчёту DC-DC преобразователя - скачать. Благодарности

краб

14. Программа по расчёту катушки контура индуктивности - скачать. Благодарности краб

   Кроме всего этого существуют ещё и онлайн калькуляторы:

   Если вы найдёте у себя в закромах другие полезные похожие программы, пишите на форум. С вами был Antracen. Удачи!

   Обсудить статью РАДИОЛЮБИТЕЛЬСКИЕ ПРОГРАММЫ


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.


Похожие статьи

Программа для расчёта импульсного трансформатора

Добавил: Chip,Дата: 05 Авг 2013

Бесплатная программа для расчёта импульсного трансформатора двухтактного преобразователя на ферритовых кольцах

Приведены образцы схем преобразования и выпрямления. На некоторых полях ввода программы и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки. 

Подробнее о программе

1. Основная работа в программе происходит в группе «Оптимизация».
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных (за пределами группы «Оптимизация») для получения отправной точки при оптимизации намоточных данных трансформатора.

2. В группе «Оптимизация» при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации запускается автоматически.
Но если новое значение введено «вручную», то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.

3. Для ШИМ-контроллеров задается частота, равная половине частоты задающего генератора микросхемы. Импульсы задающего генератора подаются на выходы по очереди, поэтому частота на каждом выходе (и на трансформаторе) в 2 раза ниже частоты задающего генератора.
Микросхемы IR2153, и подобные ей этого семейства микросхем, не являются ШИМ-контроллерами, и частота на их выходах равна частоте задающего генератора.
Не стоит гнаться за большой частотой. При высокой частоте увеличиваются коммутационные потери в транзисторах и диодах. Также при большой частоте из-за малого числа витков ток намагничивания получается слишком велик, что приводит к большому току холостого хода и, соответственно, низкому КПД.

4. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет медь всех обмоток.

5. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника.
При естественном охлаждении следует выбирать 4 — 6 А/мм2.
При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 — 10 А/мм2.
Большие значения плотности тока соответствуют маленьким сердечникам.
При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения.

6. Если выбрана стабилизация выходных напряжений, то первый выход является ведущим. И на него надо назначать выход с наибольшим потреблением.
Остальные выходы считаются по первому.
Для реальной стабилизации всех выходов следует применять дроссель групповой стабилизации.

7. При однополярном выпрямлении, несмотря на больший расход меди, имеет преимущество схема выпрямления со средней точкой, так как потери на двух диодах будут в 2 раза меньше, чем на четырех диодах в мостовой схеме.

8. Для правильной работы дросселя в выпрямителе после диодов перед дросселем не должно быть никаких конденсаторов! Даже маленького номинала.

9. На числах витков обмоток в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с числом слоев, занимаемых обмотой.

10. На числах проводов в обмотках в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с плотностью тока в обмотке.

Автор: Денисенко Владимир, г. Псков

СКАЧАТЬ RingFerriteExtraSoft БЕСПЛАТНО (270kb)

****************************************************************************************



ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ



П О П У Л Я Р Н О Е:

  • Бесплатная программа для расстановки мебели
  • Ремонт. Расстановка мебели. Мы вооружаемся ручкой, листами бумаги и приступаем к планировке… Мы рисуем план комнаты, мебель, представляем как всё будет…

    Всё это не удобно, а представлять проблематично, но… поможет нам облегчить планировку нашей будущей комнаты бесплатная программа Sweet Home 3D!

    Подробнее…

  • Бесплатная программа для изучения иностранных языков
  • Знание иностранного языка сегодня всё больше приобретает необходимость в современном мире. Программы, инструкции и многое другое очень часто печатаются не на русском языке. С помощью бесплатной программы АНКИ Вы сможете быстрее преодолеть эту трудность. Подробнее…

  • Программа антиблокировки Windows
  • Как разблокировать компьютер?

    Рано или поздно с многими происходит такая ситуация, когда компьютер блокируется вирусной программой, требует отправить СМС на номер телефона или другими способами выманить у вас деньги за разблокировку системы. Чтобы предотвратить заражение компьютера предлагаем воспользоваться простой бесплатной программкой — ABS (Анти Блокировочная Система). Она позволяет отслеживать (вручную и автоматически) все изменения в реестре и файловой системе Windows, имеет справочник по кодам разблокировки ОС через СМС, а также включает в себе целый ряд сторонних системных утилит. Программу можно использовать совместно с антивирусами.

    Подробнее…


Популярность: 23 565 просм.

Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания

«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.
Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.
Вот так я и начал изучать силовую электронику».

А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными коллегами.
При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей, плюс у них только один - массогабаритные показатели. Всё остальное - сплошной минус.
Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований.

Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и повышенным КПД.
Но самое главное - при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами, таблицами и прочими авторитетными причиндалами. Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.
Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво получаем на выходе и различные результаты.

Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками, трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.
А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание "что-то подправить в консерватории". Объясняется это желание просто - существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя. А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора.

А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты, ни какими-либо другими излишествами.


Рис.1

Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей, так что не работать в ней - просто нечему.

Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или импортных - EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода.

Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного моточного изделия.
Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн .

Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?
Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника, и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной звуковоспроизводящей аппаратуры.
А не выше, потому что мы пилоты... А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц. Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину.

Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.
Результаты сведём в таблицу.

 Мощность блока  
 питания, Вт  
 Размеры кольца, мм ;  
 (габаритная мощность, Вт)  
 Количество витков  
 первичной обмотки  
 Индуктивность  
  обмотки, мГн
25
 R 20×12×6 2000НМ (33,8 Вт) 
 R 22,1×13,7×6,35 №87 (51,5 Вт) 

208 (d=0,25мм)  
152 (d=0,25мм)  

51,9
30,9
50
 R 22,1×13,7×12,5 №87 (100,1 Вт) 
 R 22,1×13,7×7,9 №87 (63,9 Вт) 
 R 27×18×6 2000НМ (85,3 Вт) 

78 (d=0,35мм)  
122 (d=0,35мм)  
185 (d=0,35мм)  

15,9
24,8
32,8
100
 R 28×16×9 2000НМ (136 Вт) 
 R 32,0×20,0×6,0 №27 (141 Вт) 

93 (d=0,5мм)  
139 (d=0,5мм)  

17,0
19,3
200
 R 28×16×18 2000НМ (268 Вт) 
 R 29,5×19,0×14,9 №87 (297 Вт) 
 R 30,5×20,0×12,5 №87 (265 Вт) 
 R 34,0×20,5×10,0 №87 (294 Вт) 
 R 34,0×20,5×12,5 №87 (371 Вт) 
 R 38×24×7 2000НМ (278 Вт) 

47 (d=0,7мм)  
52 (d=0,7мм)  
62 (d=0,7мм)  
61 (d=0,7мм)  
49 (d=0,7мм)  
102 (d=0,7мм)  

8,7
7,8
8,9
8,3
6,7
13,2
400
 R 36,0×23,0×15,0 №87 (552 Вт) 
 R 38×24×14 2000НМ (565 Вт) 
 R 40×25×11 2000НМ (500 Вт) 

42 (d=1,0мм)  
51 (d=1,0мм)  
61 (d=1,0мм)  

5,2
6,6
7,6
800
 R 40×25×22 2000НМ (998 Вт) 
 R 45×28×16 2000НМ (1036 Вт) 
 R 45×28×24 2000НМ (1580 Вт) 

31 (d=1,6мм)  
37 (d=1,6мм)  
25 (d=1,6мм)  

3.9
4,1
2,8
1500
 R 50,0×30,0×20,0 №87 (1907 Вт) 
 R 58,3×32,0×18,0 №87 (2570 Вт) 

21 (d=2×1,5мм)  
18 (d=2×1,5мм)  

2,0
1,5

Как следует мотать первичную обмотку трансформатора?


Рис. 2   а) б) в) г) д)

Если используются кольца 2000НМ отечественного производителя, то для начала - посредством наждачной бумаги скругляем наружные острые грани до состояния, приведённого на Рис.2 а).

Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку (Рис.2 б). В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту.

Для буржуйских колец фирмы EPCOS первые два пункта практической ценности не имеют.

Настало время намотать однослойную обмотку «виток к витку» (Рис.2 в). Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру магнитопровода - это важно!

Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра (Рис.2 г). Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре (или два провода по 0,7мм).

Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку - пару слоёв лакоткани или другой изолирующей ленты (Рис.2 д).

А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения.
Казалось бы, расчёты количества витков вторичной обмотки импульсного трансформатора настолько банальны и очевидны, что, как говаривал товарищ Мамин-Сибиряк - «яйца выеденного не стоят».
Да только вот опять - не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом. Поэтому для начала приведём формулу зависимости выходного напряжения от соотношения количества витков обмоток:
W1    (Uвх - Uдм1)/2 - Uнас ,
W2         (Uвых+Uдм2)

где Uвх - значение выпрямленного напряжения сети, равное 1,41×220≈310В,
Uдм1 - падение напряжения на входном диодном мосте ≈ 1В,
Uдм2 - падение напряжения на выходном диодном мосте ≈ 1В,
Uнас - напряжение насыщения на ключевом транзисторе ≈ 1,6В.
Подставив значения, получаем конечную формулу W2 = W1×(Uвых+1)/153.
Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу.
Если же данный параметр нас интересует при максимальном токе нагрузки, то практика показывает, что количество витков вторичной обмотки следует увеличить на 10%.

Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора. Диаметр этот достаточно просто вычисляется по формуле:
D = 1,13× I / J,
где I - ток обмотки, а J - параметр плотности тока, напрямую зависящий от мощности трансформатора и принимающий для кольцевых сердечников значения:
≈4,5 для мощностей до 50Вт;  ≈4 для 50-150Вт;  ≈3,25 для 150-300Вт и  ≈2,75 для 300-1000Вт.

И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора.

Точно так же, как и в случае с первичной обмоткой - вторичная должна быть как можно более равномерно распределена по периметру магнитопровода.

Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода. При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей не должна превышать расчётную мощность трансформатора.

При необходимости поиметь двуполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий - к земле, средней точке, общей шине, корпусу, или совсем на худой конец - к GND-у.

Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины - плавками с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ.
Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу.

 

Расчет трансформатора для обратноходового импульсного источника питания (Flyback)

Популярность обратноходовых источников питания (ОИП, Flyback) последнее время сильно возросла в связи с простотой и дешевизной этого схемного решения – на рынке можно часто встретить интегральные схемы, включающие в себя практически всю высоковольтную часть такого источника, пользователю остается только подключить трансформатор и собрать низковольтную часть по стандартным схемам. Для расчета трансформаторов также имеется большое количество программного обеспечения – начиная от универсальных программ и заканчивая специализированным ПО производителей интегральных схем.

Сегодня же я хочу поговорить о ручном расчете импульсного трансформатора. «Зачем это нужно?», может спросить читатель. Во-первых, ручной расчет трансформатора подразумевает полное понимание процессов, происходящих в источнике питания, чего зачастую не происходит, если начинающий радиолюбитель рассчитывает трансформатор в специальном ПО. Во-вторых, ручной расчет позволяет выбирать оптимальные параметры функционирования источника (и иметь представление, какой параметр в какую сторону надо изменить для достижения заданного результата) еще на этапе разработки.

Итак, начнем. Структурная схема ОИП представлена на рис. 1. Он состоит из следующих основных функциональных узлов: ключ Sw, трансформатор Т1, выпрямитель выходного напряжения VD1 и C2, фильтр высокочастотных помех С1 и снаббер Snb.

Рис. 1

Работает такой источник следующим образом (см. упрощенные графики на рис. 2): в начальный момент времени t0 ключ Sw открывается, подавая входное напряжение Uin на первичную обмотку трансформатора Т1. В это время напряжение на нижнем выводе обмотки I (точка а) равно нулю (относительно отрицательного провода входного напряжения), в обмотке I начинает линейно нарастать ток, а на обмотке II появляется напряжение, пропорциональное коэффициенту трансформации Т1 (UoutInv). Но полярность этого напряжения оказывается отрицательной (на верхнем по схеме выводе обмотки II, точка b), поэтому диод VD1 закрыт и напряжение на выходной конденсатор С2 не проходит. За промежуток Ton (от t0 до t1) ток через обмотку I линейно нарастает до значения Imax, и энергия запасается внутри трансформатора Т1 в виде магнитного поля.


Рис. 2

В момент времени t1 ключ Sw резко закрывается, ток через обмотку I прекращается и в ней возникает ЭДС самоиндукции, направленная так, чтобы продолжить прекратившийся ток. В этот момент обмотка I сама становится источником напряжения. Так получается потому, что энергия в катушке индуктивности запасается в виде тока (на самом деле, в виде магнитного поля, но он пропорционален току через катушку, поэтому формула энергии в катушке A = LI²/2), но по закону сохранения энергии она не может исчезнуть бесследно, она должна куда-то перейти. Следовательно, ток в катушке не может прекратиться мгновенно, поэтому катушка сама становится источником напряжения, причем любой амплитуды (!) – такой, чтобы обеспечить сразу после закрытия ключа продолжение того же самого тока Imax. Это является первой важной особенностью катушки индуктивности, которую следует запомнить – при резком прекращении тока в катушке, она становится источником напряжения любой амплитуды, пытаясь поддержать прекратившийся в ней ток, как по направлению, так и по амплитуде. Какой же именно «любой» амплитуды? Достаточно большой, чтобы, например, вывести из строя высоковольтный ключ или образовать искру в свече зажигания автомобиля (да, в зажигании автомобиля использует именно это свойство катушек индуктивности).

Все, что описано выше так и происходило бы, если бы обмотка I была единственной обмоткой трансформатора Т1. Но в нем еще есть обмотка II, индуктивно связанная с I. Поэтому, в момент времени t1 в ней тоже возникает ЭДС, направленная так, что в точке b оказывается плюс по отношению к земле. Эта ЭДС открывает диод VD1 и начинает заряжать конденсатор C2 током I2max. Т.е. заряд конденсатора C2 и передача энергии в нагрузку происходит в тот момент времени, когда ключ Sw закрыт. Именно поэтому источники питания, построенные по такому принципу, называют обратноходовыми – потому что в них нет прямой передачи энергии из высоковольтной части в низковольтную, энергия сначала запасается в трансформаторе, а потом отдается потребителю.

В интервал времени от t1 до t2 линейно спадающий от I2max до 0 ток I2 вторичной обмотки поддерживает магнитное поле внутри катушки в соответствии с законом сохранения энергии и не дает напряжению на первичной обмотке (т.к. они индуктивно связаны) вырасти до неконтролируемого значения. Напряжение на обмотке I в этот момент становится равно напряжению выхода, умноженному на коэффициент трансформации Т1. Однако, полярность этого напряжения такова, что оно складывается с входным напряжением Uin и прикладывается к закрытому ключу Sw. Т.е. на закрытый ключ Sw прикладывается напряжение больше входного! Это также является важной особенностью ОИП, которую следует запомнить.

В момент времени t2 энергия, запасенная в трансформаторе Т1 заканчивается, диод VD1 закрывается, напряжение в точке b становится равным нулю, в точке a – входному напряжению питания, и все процессы в схеме прекращаются до момента t3, когда весь цикл повторяется с самого начала. При этом, в интервалах времени t0-t1 и t2-t4 питание нагрузки осуществляется исключительно за счет энергии, запасенной выходным конденсатором С2.

Описанный режим работы ОИП называется режимом разрывных токов – т.е. за интервал Toff (t1-t3) вся энергия, запасенная в трансформаторе Т1 передается в нагрузку, поэтому, в момент t3 ток через первичную обмотку I начинает нарастать с нуля. Существует также режим неразрывных токов, когда на момент t3 некоторая часть энергии еще продолжает находиться в трансформаторе Т1, и ток через обмотку I в момент t3 начинается не с нулевого значения. Данный режим имеет свои особенности, преимущества и недостатки, о которых мы поговорим в следующий раз.

Итак, какими основными особенностями обладает ОИП в режиме разрывных токов? Выпишем основные пункты:

  1. Передача энергии от источника к потребителю в ОИП не идет напрямую, энергия сначала запасается в трансформаторе, а затем передается в нагрузку. Это однозначно определяет фазировку первичной и вторичной обмоток, а также заставляет использовать только однополупериодный выпрямитель на выходе блока. Также отсюда следует неявный вывод 2, который, как показала моя личная практика, к сожалению, не до конца понимают даже достаточно опытные конструкторы блоков питания.
  2. Максимальная мощность, которую может выдать ОИП в нагрузку, кроме всего прочего, ограничена максимальным количеством энергии, которую может запасти трансформатор! А это, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями сердечника и не зависит от обмоток и количества их витков (ниже в статье я рассмотрю данный «парадокс» отдельно и приведу математические доказательства). Эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные мощности.
  3. Низковольтная цепь ОИП состоит из диода, конденсатора и, возможно, дополнительных фильтрующих элементов. Однако, в ОИП первым всегда стоит диод, затем идет конденсатор и никак иначе.
  4. В установившемся режиме работы ОИП количество энергии, полученное первичной обмоткой I трансформатора Т1 за время Ton равно (без учета потерь) количеству энергии, отданному обмоткой II за время Toff. Поскольку скорость приема или отдачи энергии катушкой определяется напряжением на ней, то зависимость между напряжением «заряда» и «разряда» определяется именно интервалами Toff и Ton. Т.е., по сути, в самом сложном режиме работы блока Duty cycle (коэффициент заполнения, D), равный Ton/(Ton + Toff) определяет отношение обратного напряжения на обмотке I к напряжению питания Uin. Этот пункт будет пояснен подробнее ниже.
  5. По закону сохранения энергии, ток I2max, отдаваемый обмоткой II в нагрузку в момент времени t1 численно равен току Imax, только что протекавшему в первичной обмотке, умноженному на отношение количества витков в обмотке I к количеству витков в обмотке II (пояснение ниже).
  6. Импульсное значение тока I2max значительно превышает средний выходной ток блока питания (в 2.5 и более раз), поэтому на выпрямительном диоде VD1 может рассеиваться значительная мощность. Именно эта особенность ограничивает применение ОИП там, где нужны большие выходные токи.
  7. То же самое (высокое импульсное значение тока) относится и к вторичной обмотке II.
  8. Обратное напряжение на диоде VD1 в несколько раз выше выходного напряжения. Это происходит из-за того, что обычно обратное напряжение на первичной обмотке (которое является прямым для диода) выбирается в несколько раз ниже входного, поэтому входное (которое является обратным для диода) после трансформации оказывается в несколько раз выше выходного.

Пояснение к п. 4. Из физики мы помним формулу для катушки индуктивности:

U(t) = L*(dI(t)/dt),

которая означает, что напряжение на катушке прямо пропорционально ее индуктивности, умноженной на скорость изменения тока в ней. Что это нам дает? Прежде всего, то, что если мы прикладываем к катушке постоянное напряжение U, то скорость изменения тока в ней постоянна. Это позволяет переписать формулу для постоянного напряжения без дифференциалов:

U = L*(ΔI/Δt),

и именно в соответствии с этой формулой графики тока на рис. 2 прямые. Далее, если мы прикладываем напряжение Uin к катушке на время Ton, ток в ней возрастет до значения

Imax = Uin*Ton/L

Теперь мы хотим (в самом нагруженном режиме работы), чтобы вся энергия катушки, которую мы только что набрали, была передана в нагрузку за интервал Toff, т.е. на момент t3 ток в катушке должен упасть до нуля. Здесь для упрощения представим, что мы как подаем, так и снимаем напряжение/ток с одной и той же катушки I, позже я объясню, почему такое допущение возможно. Посчитаем, на какое напряжение мы можем «разряжать» катушку, чтобы ток в момент t3 достиг нуля:

Udis = L*Imax/Toff,

Подставляем и упрощаем:

Udis = L*Uin*Ton/(L*Toff) = Uin*Ton/Toff

Т.е. напряжение, на которое мы должны «разряжать» катушку в моменты закрытия ключа Sw зависит только от входного напряжения и интервалов «заряда»-«разряда». Вспомним формулу коэффициента заполнения D:

D = Ton/(Ton + Toff),

таким образом:

Udis = Uin*D/(1 – D)

Но, напряжение, на которое мы «разряжаем» катушку – это и есть то обратное напряжение, которое возникает в первичной обмотке в моменты закрытия ключа. Т.е. мы получили, что оно зависит только от входного напряжения и коэффициента заполнения D и определяется формулой:

Uinv = Uin*D/(1 – D)

При работе в реальных условиях значение коэффициента заполнения D будет меняться в зависимости от входного напряжения и нагрузки блока питания. Свое максимальное значение D будет принимать при минимальном входном напряжении и максимальной выходной мощности — этот режим работы считается самым сложным, и данное максимальное значение D и задается при проектировании блока. Что будет в те моменты, когда входное напряжение блока будет выше или нагрузка будет неполной? D будет принимать меньшие значения, т.к. от более высокого напряжения энергия быстрее «запасется» в первичной обмотке, или же (в случае меньшей нагрузки) надо просто «запасать» меньшее количество энергии. В любом случае, обратное напряжение на первичной обмотке будет всегда одинаковым, т.к. оно жестко связано с выходным напряжением, а то, в свою очередь, стабилизируется схемой. Итак, максимальное обратное напряжение на ключе равно:

Usw = Umax + Umin*D/(1 – D)

Это важный момент при проектировании ОИП, т.к. обычно максимальное обратное напряжение на ключе является исходным параметром, т.е. максимальный коэффициент заполнения D также является исходной величиной. На практике обычно применяют следующие максимальные значения D: 25% (1/4), 33% (1/3) и реже 50% (1/2). Как вы понимаете, в последнем случае максимальное обратное напряжение на ключе будет равно удвоенному минимальному входному напряжению, что усложняет выбор полупроводникового прибора. Более низкие максимальные значения D, в свою очередь, снижают максимальную мощность при том же токе Imax, затрудняют процесс управления ключом Sw и снижают стабильность работы блока.

Почему же здесь мы применили допущение, что мы как подаем энергию, так и снимаем ее с первичной обмотки I, и что будет в реальности, когда снимается энергия с катушки II? То же самое. Напряжение на выводах любой обмотки трансформатора пропорционально скорости изменения магнитного поля в сердечнике (а поле пропорционально току, поэтому напряжение пропорционально скорости изменения тока). Поэтому не важно, с какой обмотки мы будем снимать энергию, если мы будем делать это с одной и той же скоростью, магнитное поле в трансформаторе будет уменьшаться одинаково, а на выводах первичной обмотки будет одно и то же напряжение. Но на какое напряжение надо «разряжать» вторичную обмотку, чтобы снятие энергии происходило с той же самой скоростью? Для этого сначала рассмотрим ток во вторичной обмотке.

Пояснение к п. 5. Пусть обмотка I имеет N1 витков, в то время как обмотка II – N2. Магнитное поле создается током, проходящим через каждый виток катушки, т.е. оно пропорционально произведению I*N. Тогда, получаем Imax*N1 = I2max*N2 (исходя из того, что обе обмотки намотаны в абсолютно одинаковых условиях), отсюда начальный ток вторичной обмотки:

I2max = Imax*N1/N2

Итак, ток во вторичной обмотке будет в N1/N2 раз выше, чем в первичной. Но на какое напряжение мы должны «разряжать» вторичную обмотку, чтобы к моменту t3 потратить всю энергию, запасенную в трансформаторе? Очевидно, что делать это мы должны с точно такой же скоростью; т.е. в каждый отдельный момент времени трансформатор будет терять одно и то же значение энергии dA(t). Но в первом случае dA(t) = Udis*I1(t)*dt (получено из A = W*T, W = U*I), а теперь это будет dA(t) = Uout*I2(t)*dt. Приравняем эти две функции:

Uout *I2(t) = Udis*I1(t), следовательно, в самом начале «разряда» моментальные мощности разряда должны быть равны:

Uout*I2max = Udis*Imax,

Uout = Udis*Imax/I2max = Udis*Imax/(Imax*N1/N2) = Udis*N2/N1

Т.е. для того, чтобы потратить всю энергию трансформатора к моменту t3, мы должны «разряжать» вторичную обмотку II на напряжение Udis*N2/N1, при этом ток разрядки будет линейно падать от Imax*N1/N2 до нуля. Таким образом, мы установили связь между выходным напряжением блока, количеством витков в обмотках и обратным напряжением на первичной обмотке трансформатора.

На этом сугубо теоретическая часть заканчивается, и мы можем перейти к практике. Первый вопрос, который, скорее всего, возникает на данный момент у читателя – это с чего вообще начать разработку ОИП? Ниже я приведу рекомендованную последовательность шагов. Начнем с ситуации, когда трансформатор планируется изготовить полностью самостоятельно (на него нет жестких ограничений).

  1. Определяем выходные напряжения и токи источника питания.
  2. Увеличиваем выходные напряжения на величину, падающую на выпрямительных диодах (VD1). Лучше всего воспользоваться справочной информацией, но в первом приближении можно брать 1В для обычных кремниевых диодов и 0.3В для диодов Шоттки. Особую точность следует соблюдать, когда ОИП имеет несколько выходных обмоток с разным напряжением, т.к. стабилизовать напряжение возможно только на одной из них.
  3. Считаем суммарную выходную мощность трансформатора.
  4. Считаем расчетную входную мощность блока как Pin = Pout/0.8 (здесь берется КПД блока 80%).
  5. Определяем частоту преобразования F. Обычно выбирается частота от 20КГц до 150КГц. Частоты ниже 20КГц могут быть слышны человеческому уху (блок будет «пищать»), частоты выше 150КГц накладывают более серьезные ограничения на элементную базу, также увеличиваются потери на переключение полупроводников (ключа и диодов). Увеличение частоты преобразования позволяет уменьшить габариты трансформатора, наиболее распространенный диапазон частот для ОИП: от 66 до 100 Кгц.
  6. Вычисляем максимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно оно вычисляется как выпрямленное напряжение сети +20%, т.е. Umax = Uсети*1.7 (391В для сети 230В). На это напряжение также должен быть рассчитан конденсатор входного фильтра (не менее 400В в данном случае).
  7. Вычисляем минимальное входное напряжение, от которого нам придется работать. Обычно вычисляется как минимальное допустимое рабочее напряжение -20%, минус просадка напряжения на фильтрующем конденсаторе за полупериод входного напряжения. Для сети 230В и емкости конденсатора входного фильтра из расчета не менее 1мкф на 1 ватт нагрузки, можно брать (в среднем) значение Umin = 220В. Если представить, что напряжение на конденсаторе вообще не просаживается от одного полупериода входного напряжения до другого, то Umin можно взять 260В.
  8. Определяем коэффициент заполнения D исходя из максимально допустимого обратного напряжения на ключе (считается по формуле Uinv = Umax + Umin*D/(1 – D)).
  9. Рассчитываем количество энергии, которую необходимо передать во вторичную обмотку за один импульс: Aimp = Рin*1s/F = Рin/F.
  10. Решаем систему уравнений для самого тяжелого режима работы: A = LImax²/2, Umin = LImax*F/D, получаем L = Umin²*D²/(2*Aimp*F²), Imax = Umin*D/(L*F) – это будет требуемая индуктивность первичной обмотки и максимальный ток, протекающий через нее.
  11. Исходя из полученного Imax выбираем ключ.
  12. Если Imax получился несколько больше, чем может обеспечить имеющийся (выбранный) ключ, меняем исходные параметры – увеличиваем D (насколько возможно исходя из допустимого обратного напряжения ключа), увеличиваем емкость фильтрующего конденсатора, чтобы поднять Umin. На первый взгляд может показаться удивительным, но максимальный ток в первичной обмотке не зависит от частоты – если всё подставить в формулы, получим Imax = 2*Pin/(Umin*D). Исходя из этой формулы, можно было рассчитать максимальный ток и на этапе 8 (сразу после выбора D), но там было бы сложно объяснить, откуда взялся такой расчет.
  13. Если значение Imax все равно оказывается больше допустимого и увеличить его никак нельзя, следует рассмотреть конструкцию ОИП в режиме неразрывных токов.
  14. Исходя из требуемой индуктивности первичной обмотки и максимального тока в ней, выбираем сердечник трансформатора, рассчитываем необходимый зазор и количество витков первичной обмотки (формулы будут ниже в статье).
  15. По формуле N2 = Uout*N1*(1 – D)/(Umin*D) рассчитываем количество витков вторичной обмотки.
  16. Определяем среднеквадратичное значение токов в обмотках трансформатора по формуле Irms = Imax*SQRT(D/3), исходя из которых рассчитываем диаметр провода, необходимого для намотки. Чаще всего в импульсных источниках питания применяется плотность тока от 2 до 5 А/мм².
  17. Мотаем трансформатор по всем правилам намотки трансформаторов для ОИП.
  18. Для того, чтобы убедиться в правильности намотки, измеряем индуктивность первичной обмотки.

Теперь немного рассмотрим сам трансформатор и его конструкцию. Традиционно для импульсных источников питания трансформатор изготавливается на каком-либо сердечнике, выполненном из материала с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет при том же самом количестве витков обмоток сильно увеличить их индуктивность, т.е. сократить количество витков для достижения заданной индуктивности, и, следовательно, уменьшить габариты намотки. Однако, применение сердечника добавляет и недостатки – за счет магнитного гистерезиса в сердечнике теряется некоторая часть энергии, сердечник нагревается, причем потери в сердечнике растут с увеличением частоты (еще одна причина, из-за которой нельзя сильно повышать частоту преобразования). Также добавление сердечника вносит новое, ранее нигде не озвучиваемое ограничение – максимально допустимую плотность потока магнитной индукции Bmax. На практике это проявляется в том, что если увеличивать ток через обмотку, в определенный момент времени, когда ток достигнет определенного максимального значения, сердечник войдет в насыщение и дальнейшее увеличение тока не будет вызывать такое же как раньше увеличение магнитного потока. Это, в свою очередь, приведет к тому, что «относительная индуктивность» обмотки резко упадет, что вызовет еще более быстрое нарастание тока через нее. На практике, если не предусмотреть защиту ключа Sw ОИП от входа сердечника в насыщение, ключ просто сгорит от перегрузки по току. Поэтому во всех схемах ОИП, за исключением простейших блокинг-генераторов, применяется контроль тока через ключ Sw и досрочное закрытие ключа при достижении максимально допустимого тока через первичную обмотку.

Насколько же велико это максимальное значение плотности потока магнитной индукции? Для наиболее распространенного материала сердечников – феррита – оно считается равным 0.3Т. Это – среднее значение, оно может отличаться для каждого конкретного материала, поэтому здесь неплохо обратиться к справочнику. Также, оно зависит от температуры сердечника и, как вы, наверное, уже догадались, падает с ее увеличением. Если вы проектируете ОИП, предназначенный для работы в экстремальных условиях, где температура сердечника может доходить до 125 градусов, уменьшайте Bmax до 0.2Т.

Основная формула, которой вам придется пользоваться при расчете трансформаторов – это индуктивность обмотки по ее габаритам:

L = (μ0*μe*Se*N²)/le, где

μ0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 4πе-7,
μe – эффективная магнитная проницаемость сердечника,
Se – эффективная площадь сечения магнитопровода, м².
N – количество витков
le – длина средней магнитной линии сердечника, м

Плотность потока магнитной индукции в сердечнике:

B = (μ0*μe*I*N)/le, где

I – ток через обмотку, А

Таким образом, исходя из максимальной допустимой плотности потока магнитной индукции, максимально допустимый ток для обмотки будет равен:

Imax = (Bmax*le)/(μ0*μe*N)

А теперь еще один очень важный момент – на практике, если подставить реальные данные трансформатора в вышеприведенные формулы, окажется, что максимально допустимый ток в первичной обмотке оказывается в несколько раз меньше того, который нам нужен! Т.е. сердечник будет введен в насыщения еще до того, как мы сможем «вкачать» в него требуемую энергию Aimp. Так что же делать, не увеличивать же габариты трансформатора до неприличных значений?

Нет. Надо вводить в сердечник немагнитный зазор! Введение немагнитного зазора сильно снижает эффективную магнитную проницаемость сердечника, позволяя пропускать через обмотки значительно больший ток. Но, как вы понимаете, это потребует большего числа витков для достижения требуемой индуктивности обмотки.

Рассмотрим формулы для сердечника с зазором. Эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором:

μe = le/g, где

g – суммарная толщина зазора, м.

Следует отметить, что данная формула справедлива только если получаемая μe много меньше исходной магнитной проницаемости (несколько раз), а g много меньше размеров поперечного сечения сердечника. Итак, рассмотрим формулу индуктивности обмотки на сердечнике с зазором:

L = (μ0*Se*N²)/g

Формула от введения зазора стала только проще. Максимально допустимый ток через обмотку:

Imax = (Bmax*g)/(μ0*N)

Ну и последняя формула, которую можно вывести и самостоятельно. Размер зазора для заданного тока:

g = (I*μ0*N)/Bmax

А теперь сделаем интересный вывод. Как вы помните, энергия, запасенная в катушке, выражается формулой A = LI²/2. Так какую максимальную энергию можно запасти в каком-то абстрактном сердечнике? Подставим данные в формулы.

Amax = (μ0*Se*N²)*(Bmax*g) ²/((μ0*N) ²*2g) = Se*g*Bmax²/2μ0

Сейчас вы можете удивиться, но максимальная энергия, которую можно запасти в сердечнике, не зависит от того, какие обмотки на нем намотаны! Но это и логично, ведь энергия выражается в магнитном поле, а обмотки лишь позволяют его менять в ту или другую сторону! Количество витков в обмотках определяет только скорость, с которой магнитная индукция может достигнуть своего максимального значения при данном подведенном напряжении, но это максимальное значение определяется только конструкцией сердечника!

Данный вывод имеет огромное значение при проектировании ОИП на унифицированных сердечниках. Если перед вами стоит именно такая задача, то, прежде всего, вам необходимо рассчитать, какое максимальное количество энергии способен «впитать» выбранный сердечник за один импульс, чтобы понять, подходит ли он для вашей мощности блока. Как вы понимаете, в этом случае максимальную мощность блока можно повысить только за счет повышения частоты преобразования – чем чаще мы будем перекачивать энергию Amax от входа на выход, тем большую мощность блока в результате сможем получить.

Также, из полученной формулы видно, что количество энергии, которое может «уместиться» в сердечнике прямо пропорционально немагнитному зазору! Это позволяет использовать маленькие сердечники на больших мощностях за счет увеличения зазора в них. Ограничением теперь будет только физические размеры – увеличение зазора вызывает уменьшение магнитной проницаемости, что требует большее количество витков.

А теперь вернемся к структурной схеме ОИП на рис. 1. В ней остались два блока, о которых я ничего не сказал – это конденсатор С1 и снаббер Snb.

Назначение конденсатора С1 – заземление выходной части блока по высоким частотам. Дело в том, что любой трансформатор, даже намотанный по всем правилам с экранами, имеет какую-то межобмоточную емкость. Прямоугольное высокочастотное напряжение огромной амплитуды из точки а проходит через эту емкость в выходные цепи блока. Конденсатор С1, имеющий емкость намного больше емкости трансформатора Т1, заземляет выход блока по высоким частотам. Значение емкости этого конденсатора в ОИП чаще всего выбирают в районе 2нф, напряжение – около киловольта. Если предполагается жесткое заземление выхода блока (например, используется только розетка с заземлением), С1 можно не ставить.

Необходимость в Снаббере Snb также вытекает из неидеальности трансформатора Т1, но уже совсем другого рода. Не смотря на то, что обмотки I и II индуктивно связаны между собой, эта связь не составляет 100%. В схемотехнике ОИП принято говорить, что обмотка I представляет собой две части, соединенные последовательно, где первая полностью индуктивно связана с обмоткой II, а вторая – полностью изолирована от нее. Эту вторую часть обмотки I называют «индуктивностью рассеяния».

Когда в момент t1 ток в первичной обмотке (обоих частях ее) резко прекращается, индуктивность рассеяния также пытается его продолжить. А так, как она не связана ни с какой другой обмоткой, она генерирует высоковольтный импульс, прикладываемый к закрытому ключу Sw. Энергия этого импульса во много раз меньше полезной энергии Aimp (чем лучше трансформатор, тем она меньше вообще), но и ее может оказаться достаточно, чтобы повредить ключ (в случае с биполярным транзистором, например, ее вполне хватит для лавинного пробоя). Для защиты ключа от этого импульса, он гасится на специальном схемном решении.


Рис. 3

Самый простой вариант – RCD снаббер, выполненный из диода, конденсатора и резистора (см. рис. 3). Обратное напряжение, возникающее на обмотке I, открывает диод VD и начинает заряжать конденсатор С. В результате, вся энергия импульса передается в конденсатор. В перерывах между импульсами конденсатор разряжается через резистор R. Т.е. энергия, снимаемая с индуктивности рассеяния, превращается в конечном счете в тепло на резисторе R, поэтому мощность этого резистора должна быть значительной (достигает единиц ватт). Преимуществом снаббера можно считать его схемную простоту, и то, что часть энергии из конденсатора С можно выкачать обратно в трансформатор Т применяя медленный диод VD, но эти процессы уже несколько сложней нашей простой статьи. Основным же недостатком снаббера является то, что на нем падает и полезная мощность! Ведь рабочее обратное напряжение первичной обмотки Vinv также заряжает конденсатор до этого значения, т.е. полезная мощность Uinv²/R теряется впустую.

Схемным решением, лишенным этого недостатка является супрессор. Он представляет собой последовательно соединенный быстрый диод VD1 и мощный и быстрый стабилитрон VD2. Когда индуктивность рассеяния генерирует свой высоковольтный импульс, он открывает диод VD1, пробивает стабилитрон VD2 и энергия импульса рассеивается на нем. Стабилитрон VD2 выбирается с большим напряжением пробоя, чем обратное напряжение Uinv, поэтому он не рассеивает полезной мощности блока. К недостаткам супрессора можно отнести более высокий уровень электромагнитных помех, связанный с резким открытием и закрытием полупроводниковых приборов.

Что будет, если этот высоковольтный импульс не погасить ничем? В случае биполярного ключа, скорее всего, в нем возникнет лавинный пробой и блок питания перейдет в режим кипятильника. Современные же полевые транзисторы устойчивы к лавинному пробою и позволяют рассеивать некоторое количество энергии на стоке (это описано в документации), поэтому такой транзистор может работать и без снаббера или супрессора – его роль будет выполнять сам транзистор. Более того, я встречал некоторые дешевые китайские блоки питания, в которых так и было сделано. Однако, я настоятельно не рекомендую такой режим работы, т.к. он дополнительно снижает надежность блока. Супрессорный диод (стабилитрон) стоит очень дешево и рассчитан на колоссальные импульсные мощности (600W, 1.5KW), так почему бы не применять его по назначению?

Также из вышеописанного следует еще один вывод. Независимо от того, решили ли вы применять снаббер или супрессор, обратное напряжение на закрытом ключе будет еще выше, чем рабочее рассчитанное значение Usw! Это следует иметь в виду при выборе ключа.

Обычно современные ключевые транзисторы и микросхемы имеют допустимое обратное напряжение 600 – 800 вольт. При Umax = 391В, Umin = 220В, обратное напряжение на ключе Usw будет иметь следующие значения (в зависимости от D): D = 25%, Usw = 464B; D = 33%, Usw = 501B; D = 50%, Usw = 611B. Это означает, что для ключей с максимальным обратным напряжением 600В следует выбирать только D = 33% или меньше. Для ключей с обратным напряжением 700В можно выбирать D = 50%.

Ну и в завершении статьи приведу простой пример расчета ОИП. Допустим, мы хотим сделать простой блок питания, позволяющий получить на своем выходе 12В 1А. Рассчитаем его по пунктам:

  1. Выход блока – 12В 1А.
  2. До выходного диода (будем применять обычный кремниевый) должно быть 13В.
  3. Выходная мощность трансформатора – 13Вт.
  4. Расчетная входная мощность блока Pin = 13/0.8 = 16Вт.
  5. F = 100 КГц.
  6. Umax = 391В.
  7. Umin = 220В (емкость конденсатора входного фильтра – 22мкф).
  8. D = 33%, Uinv = 110В, Usw = 501В. Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
  9. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
  10. L = 1.65е-3Гн = 1.65мГн, Imax = 0.44А
  11. Производим выбор сердечника, расчет параметров намотки и зазора.

А теперь, для сравнения рассчитаем тот же ОИП для случая, когда допустимое напряжение сети может быть в интервале 85-230В. В чем будут отличия?
  1. Umax = 391B
  2. Umin = 85B (емкость конденсатора фильтра надо будет увеличить до 47мкф)
  3. D = 60%, Uinv = 128В, Usw = 519В, Будем ориентироваться на ключи с обратным напряжением 600В.
  4. Aimp = 16/100000 = 1.6e-4Дж = 160мкДж.
  5. L = 813мкГн, Imax = 0.63А

Заметьте, что параметры максимального тока через ключ изменились не столь значительно — с 0.44А до 0.63А, индуктивность упала в два раза, однако диапазон допустимых входных напряжений расширился очень существенно. В этом заключается еще одно преимущество ОИП — легкость в создании источников питания, работающих от широкого диапазона входных напряжений.

Возможно, в данной статье не до конца рассмотрены все нюансы построения ОИП, однако ее объем и так получился больше, чем планировалось. Но тем не менее, я надеюсь, что она сможет помочь начинающим радиолюбителям понять принципы и самостоятельно создавать обратноходовые источники питания.

Реализация многообмоточного трансформатора с ответвлениями

Количество обмоток с левой стороны

Задает количество обмоток с левой стороны первичной обмотки трансформатора. По умолчанию 1 .

Количество обмоток на правой стороне

Задает количество обмоток на вторичной стороне (правой стороне) трансформатора. По умолчанию 3 .

Обмотка с отводом

Выберите без отводов (по умолчанию), если вы не хотите добавлять отводы к трансформатор.Выберите отводов на верхней левой обмотке , чтобы добавить отводы к первая обмотка первичной обмотки трансформатора. Выберите кранов сверху правая обмотка , чтобы добавить отводы ко вторичной обмотке с правой стороны трансформатор. Количество ответвлений определяется числом Число ответвлений (равно интервал) параметр.

Число отводов (с равным интервалом)

Этот параметр не активен, если параметр Обмотка с отводом установлен на без отводов .По умолчанию 2 .

Если параметр Обмотка с отводом установлен на отводов на верхняя левая обмотка , вы указываете количество отводов, которое нужно добавить к первому обмотка с левой стороны.

Если параметр Обмотка с отводом установлен на отводов на верхняя правая обмотка , вы указываете количество отводов, которое нужно добавить к первому обмотка с правой стороны.

Насыщаемый сердечник

Если выбрано, реализует насыщаемый трансформатор.См. Также параметр Saturation character на вкладке Parameters. По умолчанию очищено.

Имитация гистерезиса

Выберите для моделирования характеристики насыщения гистерезиса вместо однозначной кривая насыщения. Этот параметр доступен, только если Saturable core параметр выбран. По умолчанию очищен.

Файл матрицы гистерезиса

Параметр Файл матрицы гистерезиса включен, только если Имитация гистерезиса Выбран параметр .

Укажите файл .mat , содержащий данные, которые будут использоваться для модель гистерезиса. Когда вы открываете Hysteresis Design Tool из Powergui, петля гистерезиса по умолчанию и параметры, сохраненные в hysteresis.mat Отображается файл . Используйте нагрузку нажмите кнопку инструмента «Дизайн гистерезиса», чтобы загрузить еще один файл .mat . Использовать Сохранить кнопку в инструменте проектирования гистерезиса, чтобы сохранить модель в новом .mat файл.

Измерения

Выберите Напряжения обмотки , чтобы измерить напряжение на клеммы обмотки блока Saturable Transformer.

Выберите Токи обмотки , чтобы измерить протекающий ток. через обмотки блока Saturable Transformer.

Выберите Flux и ток возбуждения (Im + IRm) для измерения потока связь, в вольт-секундах (В.с), и полный ток возбуждения, включая потери в стали модель Rm.

Выберите Поток и ток намагничивания (Im) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и ток намагничивания в амперах (А), а не включая потери в стали, смоделированные Rm.

Выберите Все измерения (V, I, Flux) для измерения обмотки напряжения, токи, токи намагничивания и потокосцепление.

По умолчанию Нет .

Поместите блок мультиметра в свою модель, чтобы отображать выбранные измерения во время моделирование.

В поле списка Доступные измерения Блок мультиметра, измерения обозначаются меткой, за которой следует имя блока.

Измерение

Наклейка

Напряжения обмотки

U_LeftWinding

U_LeftWinding

_1 U_LeftWinding

_3 U3 Токи обмоток

I_LeftWinding_1:
I_TapWinding_2.1: I_RightWinding_1:

Ток возбуждения

Iexc:

Перемычка тока намагничивания

9100007 9100007

Поток:

.

Обмотки трансформатора

Те, кто достаточно безумны, чтобы думать, что могут изменить мир, - это те, кто это делают.
- Стив Джобс

Полная электрическая цепь трансформатора образована обмотками. Обмотка трансформатора должна быть электрически и механически прочной, чтобы выдерживать перенапряжения при переходных скачках напряжения. Конструкция обмотки трансформатора должна обеспечивать безопасность при нормальных и неисправных условиях.

Типы обмоток

Доступны семь основных типов обмоток трансформатора.Их

  • Распределенные перекрестные обмотки
  • Спиральная намотка
  • Винтовая обмотка
  • Непрерывная намотка диска
  • Транспонирование
  • Обмотка диска с чередованием
  • Обмотка с экранированным слоем

Распределенные перекрестные обмотки

  • Когда несколько катушек имеют круглое поперечное сечение и размещаются последовательно, то образуются распределенные перекрестные обмотки.
  • Распределенные перекрестные обмотки рассчитаны на ток не более 20 ампер.
  • Распределенная Перекрестная обмотка в основном используется в обмотках высокого напряжения в трансформаторах в распределительном диапазоне.
  • Каждая секция катушки отделена от другой части катушки изоляционным материалом для обеспечения изоляции, а также канала для охлаждения.

Спиральная намотка

Однослойный
  • Если несколько ленточных проводников плотно намотаны на цилиндр из прессованного картона или бакелитового цилиндра в осевом направлении, то получается спиральная намотка.
  • Спиральные обмотки обычно используются при номинальном токе до 33 кВ и ниже.
  • Толщина проводника, используемого в спиральных обмотках, должна быть достаточной по сравнению с его шириной, чтобы обмотка оставалась без скручивания.
  • В планарном трансформаторе используются спиральные обмотки.
Многослойный
  • Многослойные спиральные обмотки образованы путем соединения двух однослойных спиральных обмоток масляным каналом
  • Таким образом, пусковой и конечный выводы лежат на одном конце катушки, что более удобно для изготовления оконечной передачи.
  • Потоки утечки
  • практически идентичны в многослойных спиральных обмотках.

Винтовая обмотка

  • Когда несколько кондуторов помещаются друг над другом, образуя один виток, и наматываются по спирали в осевом направлении, при этом каждый виток отделяется от другого витка каналом, тогда выполняется спиральное изгибание.
  • Проводники, образующие один виток, могут быть разной длины.
  • Из-за разной длины проводников возникает неравное сопротивление, что приводит к потерям на вихревые токи из-за циркулирующего тока между проводниками.
  • Чтобы минимизировать потери на вихревые токи, спиральные обмотки снабжены перестановкой проводников, которые уравнивают импедансы параллельных проводников.
  • Спиральные обмотки используются для низкого и высокого напряжения.
  • Спиральная намотка может быть однослойной, двухслойной или многослойной.

Дисковая намотка непрерывного действия

  • Когда от четырех до пяти проводников разных размеров подключаются последовательно и размещаются в осевом направлении, получается непрерывная дисковая намотка.
  • Здесь между каждым проводником размещены каналы для уменьшения потерь на завихрение (потери тепла).
  • Непрерывная дисковая обмотка
  • используется для напряжения от 33 кВ до 132 кВ и среднего тока.
  • От четырех до пяти проводников соединены в один виток, что обеспечивает высокую механическую прочность и выдерживает высокие осевые нагрузки.

Транспонирование

  • Слово «транспозиция» относится к предмету, который был произведен путем инвертирования чего-либо.
  • В спиральных обмотках обычно предусмотрено 3 перестановки, как показано ниже.
  • Средняя обмотка (1) полностью переставлена.
  • Левая обмотка (2) имеет перестановку 25%.
  • Обмотка правой стороны (3) имеет 75% транспозиции.
  • В средней обмотке положение каждого проводника изменяется симметрично относительно средней точки.
  • В левой и правой обмотке две половины параллельных проводов меняются местами, т.е. верхняя половина становится нижней половиной и наоборот.
  • Для этого типа перестановки требуется дополнительное пространство по высоте катушки.

Обмотка диска с чередованием

  • Недостатком сплошной дисковой обмотки является то, что их устойчивость к импульсному напряжению недостаточна для напряжения выше 140 кВ.
  • Этот недостаток преодолевается за счет перемежающейся обмотки диска, когда витки чередуются таким образом, что два соседних проводника принадлежат двум разным виткам.
  • Из приведенной ниже схемы можно увидеть обмотку, в которой чередование было выполнено в каждой паре дисков.
  • Жилы витков 8 и 9 соединены пайкой.
  • Пересечение дано внизу диска.

Обмотки с экранированным слоем

    Обмотки с экранированным слоем
  • обычно используются для трансформаторов с подключением
  • Обмотки с экранированным слоем
  • используются для напряжений более 132 кВ.
  • Обмотка состоит из ряда концентрических спиральных катушек, расположенных одна над другой, называемых слоем.
  • Эти слои расположены между двумя концентрическими цилиндрическими экранами, соединенными по одному с каждым концом обмотки.
  • Длина этих слоев самая длинная около нейтрального экрана и самая короткая около линейного экрана.
  • Каждый слой разделен масляными каналами для охлаждения.
  • Оба конца обмоток экранированного слоя загнуты под углом 90 o для обеспечения лучшей системы изоляции от земли.
  • Равномерное распределение импульсного напряжения по обмотке сохраняется, поскольку слой обмотки и экран образуют последовательно соединенные конденсаторы.
  • В обмотках с экранированным слоем транспонированные проводники используются только для больших токов.
Обмотки трансформатора
Сообщите нам

Мы можем делать ошибки (орфография, программная ошибка, опечатка и т. Д.). Итак, у нас есть этот контейнер для сбора ошибок. Мы высоко ценим ваши выводы.

Отчет

Строка ошибки Исправленная строка послать

,

Неисправности обмотки трансформатора | EEP

Повреждение обмотки трансформатора определяется по величине следующими факторами:

  1. Импеданс источника
  2. Полное сопротивление заземления нейтрали
  3. Реактивное сопротивление утечки трансформатора
  4. Напряжение повреждения
  5. Подключение обмотки
Transformer winding failure Transformer winding failure Натяжение при намотке катушек необходимо контролировать, чтобы обеспечить защиту проводников дисковой или винтовой обмотки от радиальных сил во время повреждения.

Возникает несколько отдельных случаев, которые рассматриваются ниже.


Обмотка, соединенная звездой с нейтралью, заземленной через импеданс

Ток замыкания на землю обмотки зависит от значения импеданса заземления, а также пропорционален расстоянию от точки замыкания до нейтральной точки, поскольку напряжение замыкания будет прямо пропорционально этому расстоянию. При повреждении вторичной обмотки трансформатора соответствующий ток в первичной обмотке будет зависеть от коэффициента трансформации между первичной обмоткой и короткозамкнутыми вторичными витками.

Это также зависит от места повреждения, так что ток повреждения в первичной обмотке трансформатора пропорционален квадрату части обмотки, которая закоротила накоротко.

Эффект показан на Рисунок 1 - Неисправности в нижней трети обмотки вызывают очень небольшой ток в первичной обмотке, что затрудняет обнаружение неисправности путем измерения первичного тока.

Figure 1 - Earth fault current in resistance-earthed star winding Figure 1 - Earth fault current in resistance-earthed star winding Рисунок 1 - Ток замыкания на землю в заземленной через сопротивление обмотке звездой

Обмотка, соединенная звездой, нейтраль полностью заземлена

Ток повреждения в основном контролируется реактивным сопротивлением утечки обмотки , которое сложным образом изменяется в зависимости от положения повреждения.Переменное напряжение в точке повреждения также является важным фактором, как и в случае импедансного заземления. При коротких замыканиях вблизи нейтрального конца обмотки реактивное сопротивление очень низкое и приводит к самым высоким токам замыкания.

Изменение тока в зависимости от места повреждения показано на Рисунок 2 .

Figure 2 - Earth fault current in solidly earthed star winding Figure 2 - Earth fault current in solidly earthed star winding Рисунок 2 - Ток замыкания на землю в глухозаземленной обмотке звездой

Для повреждений вторичной обмотки ток повреждения первичной обмотки определяется переменным коэффициентом трансформации; Поскольку величина вторичного тока короткого замыкания остается высокой по всей обмотке, ток первичного замыкания велик в большинстве точек обмотки.


Обмотка, соединенная треугольником

Ни одна часть обмотки, соединенной треугольником, не работает с напряжением относительно земли менее 50% фазного напряжения . Следовательно, диапазон величины тока короткого замыкания меньше, чем для обмотки звездой. Фактическое значение тока повреждения будет по-прежнему зависеть от метода заземления системы; Следует также помнить, что полное сопротивление обмотки, соединенной треугольником, особенно велико для токов короткого замыкания, протекающих к центральному замыканию на одной ветви.

Ожидается, что полное сопротивление будет между 25% и 50% в зависимости от номинала трансформатора, независимо от нормального симметричного полного полного сопротивления сквозного тока.

Поскольку предаварийное напряжение относительно земли в этой точке составляет половину от нормального фазного напряжения, ток замыкания на землю может быть не больше номинального тока или даже меньше этого значения, если полное сопротивление заземления источника или системы является значительным. Ток будет течь к месту повреждения с каждой стороны через две полуобмотки и будет разделен между двумя фазами системы.

Следовательно, отдельные фазные токи могут быть относительно низкими, что затрудняет обеспечение защиты.


Междуфазные ошибки

Ошибки между фазами в трансформаторе относительно редки; если такое короткое замыкание все же произойдет, это приведет к возникновению значительного тока, сопоставимого с токами замыкания на землю.


Межвитковые разломы

В трансформаторах низкого напряжения пробой межвитковой изоляции маловероятен, если только механическое воздействие на обмотку из-за внешних коротких замыканий не привело к ухудшению качества изоляции или изоляционное масло (если используется) не загрязнено влагой.

Высоковольтный трансформатор, подключенный к воздушной системе электропередачи, будет подвергаться воздействию скачкообразных импульсных напряжений, возникающих в результате ударов молнии, неисправностей и операций переключения. Выброс в линии, который может в несколько раз превышать номинальное напряжение системы, будет концентрироваться на концевых витках обмотки из-за высокой эквивалентной частоты фронта перенапряжения. Может возникнуть частичный резонанс обмотки, включающий напряжения, в 20 раз превышающие номинальное напряжение.

Межвитковая изоляция концевых витков усилена, но не может быть увеличена пропорционально изоляции от земли, которая относительно велика.Поэтому более вероятен частичный пробой обмотки. Последующее развитие неисправности, если не обнаружено на самой ранней стадии, вполне может уничтожить доказательства истинной причины.

Короткое замыкание нескольких витков обмотки вызовет сильный ток короткого замыкания в короткозамкнутом контуре, но токи на выводах будут очень малы из-за высокого коэффициента трансформации между всей обмоткой и коротким замыканием. замкнутые повороты.

Figure 3 - Interturn fault current/number of turns short-circuited Figure 3 - Interturn fault current/number of turns short-circuited Рисунок 3 - Ток межвиткового замыкания / количество короткозамкнутых витков

График на Рисунке 3 показывает соответствующие данные для типичного трансформатора 3.Импеданс 25% с короткозамкнутыми витками, симметрично расположенными в центре обмотки.


Основные неисправности

Проводящий мост через многослойные структуры сердечника может пропускать достаточный вихревой ток, чтобы вызвать серьезный перегрев. Болты, которые зажимают сердечник, всегда изолированы, чтобы избежать этой проблемы. Если какая-либо часть изоляции сердечника выходит из строя, возникающий в результате нагрев может достигнуть величины, достаточной для повреждения обмотки.

Дополнительные потери в сердечнике, хотя и вызывают сильный локальный нагрев, не вызывают заметного изменения входного тока и не могут быть обнаружены обычной электрической защитой; тем не менее, крайне желательно, чтобы это состояние было обнаружено до того, как возникнет серьезная неисправность.

В масляном трансформаторе нагрев сердечника, достаточный для того, чтобы вызвать повреждение изоляции обмотки, также вызовет пробой некоторого количества масла с сопутствующим выделением газа. Этот газ уйдет в расширитель и используется для управления механическим реле.


Неисправности резервуара

Потеря масла из-за утечек в баке в конечном итоге приведет к опасным условиям либо из-за ухудшения изоляции обмотки, либо из-за перегрева под нагрузкой из-за потери охлаждения.

Перегрев может также произойти из-за продолжительной перегрузки, засорения охлаждающих каналов из-за образования отложений масла или отказа системы принудительного охлаждения, если она установлена.


Условия внешнего применения

Источниками аномального напряжения в трансформаторе являются:

  1. Перегрузка
  2. Системные неисправности
  3. Повышенное напряжение
  4. Пониженная системная частота

РЕСУРС: Руководство по сетевой защите и автоматизации

,

Проверка индикаторов температуры трансформаторного масла и обмоток

Приборы контроля температуры масла и обмоток

Все большие трансформаторы имеют масло или какое-либо устройство индикации температуры обмоток , и большинство из них также имеют регистраторы температуры. Индикация может указывать на температуру верхнего слоя масла или температуру горячей точки. Может быть установлено дополнительное оборудование для измерения температуры для подачи сигналов тревоги и управления, необходимых для активации автоматических систем охлаждения.

Testing of transformer winding and oil temperature indicators Проверка индикаторов температуры обмоток трансформатора и масла

Индикатор работы может быть:

  1. Чисто механический (датчик температуры или термометр на баке),
  2. Чисто электрический (преобразователь SCADA и некоторые самописцы), или
  3. Комбинация из двух (самописец и многоточечный самописец).

Индикаторы температуры, самописцы и органы управления должны быть функционально проверены и их калибровка должна быть проверена.

Самый распространенный метод, используемый в прошлом для калибровки этих устройств, заключался в том, чтобы погрузить все лампы детекторов теплового датчика в емкость с маслом, а затем нагреть масло с медленной постоянной скоростью. Изменения температуры масла измерялись эталоном температуры (термометром), и показания для всех устройств, погруженных в масло, регистрировались одновременно.

Если в устройства встроены контакты сигнализации или управления, они должны быть установлены и проверены на предмет желаемой точки срабатывания при повышении температуры и правильной точки отключения при понижении температуры.Типичная точка отключения контакта должна быть на 5–10 ° C ниже точки срабатывания.

Если уставка контакта изменена, снова выполните температурный прогон, начиная с некоторой точки ниже желаемого значения срабатывания. Требуемая точка срабатывания контакта определяется стандартами эксплуатации системы.

Indicator thermometer for mesuring oil and winding temperature Indicator thermometer for mesuring oil and winding temperature Серия термометров MESSKO COMPACT специально разработана для измерения температуры масла и обмоток (тепловое изображение) в распределительных трансформаторах среднего и большого размера, силовых трансформаторах, реакторах и других подобных устройствах.Датчик температуры индикаторного термометра подключается к измерительному блоку (пружина Бурдона) через капиллярную трубку (фото: reinhausen.com)

Капиллярные трубки для устройств определения температуры требуют осторожного обращения , потому что они хрупкие и не подлежат ремонту в случае повреждения. Следует избегать резких изгибов. Имейте в виду, что перегиб или вмятина могут вывести трубку из строя. Лампочки на концах этих капиллярных трубок входят в небольшие углубления в верхней части бака трансформатора. Эти скважины погружены в пласт трансформаторного масла.

Их цель - обеспечить изоляцию внутренней среды от внешнего мира !

Конструкция трансформаторов с масляными скважинами позволяет манипулировать лампочками капиллярных трубок без загрязнения или слива трансформаторного масла. Кроме того, было бы трудно заменить неисправные датчики температуры без наличия нефтяных скважин, потому что в баках трансформаторов обычно небольшое давление газообразного азота или бак расширителя, заполненный маслом.

Имейте в виду, что некоторые индикаторы температуры на трансформаторе могут не включать нефтяную скважину , и создание отверстия в резервуаре путем удаления этих типов может привести к хлестанию масла или потере давления азота.

Правильная калибровка может быть утомительной, но очень важной! Датчики температуры используются для подачи сигналов управления автоматической системой охлаждения и подачи сигналов тревоги, когда трансформатор становится слишком горячим. Устройства контроля температуры обеспечивают основную защиту трансформатора, предотвращая работу в условиях перегрева. В случае перегрева ожидаемый срок службы трансформатора сокращается из-за повреждения изоляции.

Каждый раз, когда температура масла превышает 100 ° C (212 ° F) , предполагается, что бумажный изолирующий материал ухудшается с ускоренной скоростью (хотя могут быть некоторые исключения).

Приборы температуры обмотки

Устройства

Hotspot или тепловизоры предназначены для отображения самой горячей точки внутри трансформатора, когда он несет нагрузку. Температура горячей точки зависит от I 2 R потерь в обмотках трансформатора, скорости передачи тепла маслу и скорости охлаждения масла в условиях окружающей среды.

Температуры, отображаемые термометром горячей точки или удаленным индикатором, подключенным к резистивному температурному устройству (RTD, или термом), на самом деле являются продуктом температуры масла в верхней части трансформатора и тепла, выделяемого нагревателями скважинных скважин.

Ток нагревателя исходит от специального проходного изолятора / трансформатора тока с низким содержанием железа с одним предварительно выбранным коэффициентом. Единственная цель трансформаторов тока - обеспечить ток, пропорциональный нагрузке, для нагревателей точек.

Короче говоря, индикация температуры горячей точки выводится путем измерения воспроизводимой (или модельной) температуры .

Температура получается таким образом, поскольку требования к изоляции и конструктивные ограничения не позволяют напрямую измерить фактическую температуру обмоток.Аналогичная температура масляного резервуара нагревается с той же скоростью, что и масло, окружающее самое горячее место в трансформаторе. Токовые нагреватели и их тепловые характеристики разработаны производителем с учетом характеристик нагрева, полученных на основе данных заводских испытаний.

Для получения дополнительной информации, чтобы получить данные о нагреве фактической обмотки, заводское испытание обеспечивает циркуляцию высокого тока через обмотки трансформатора при низком напряжении .


Тестирование

Для испытаний датчики температуры вставляются в различные точки обмотки , чтобы фактически измерить самую горячую точку при номинальном токе нагрузки .

Во время заводских испытаний некоторые представляющие интерес точки нельзя измерить физически без повреждения изоляции , поэтому некоторые температуры испытаний необходимо оценить на основе расчетов с использованием данных испытаний.

Функционирование цепи нагревателя точки можно проверить, подключив испытательное оборудование, как показано на принципиальной схеме на рисунке 1. Измерительные провода от нагрузочной коробки можно подключить непосредственно параллельно к выходным клеммам трансформатора тока точки доступа. Нет необходимости отключать провода, идущие от этого проходного трансформатора тока, потому что высокое отраженное сопротивление открытой первичной обмотки трансформатора тока по существу заставляет испытательный ток течь только через резисторы нагревателя.

Schematic diagram for test equipment setup on a power transformer for verification of winding temperature indicators Schematic diagram for test equipment setup on a power transformer for verification of winding temperature indicators Рисунок 1 - Принципиальная схема установки испытательного оборудования на силовом трансформаторе для проверки индикаторов температуры обмоток

Инструкция производителя, которая включает характеристических кривых время-ток / температура или графиков для устройств обогрева горячих точек, помогает определить начальную точку для нагрева. Такой график полезен для сравнения и проверки правильности настроек регулировки тока нагревателя. Кран нагревателя настроен на заводе и не подлежит замене или регулировке.

Идея состоит не в том, чтобы откалибровать нагрев горячей нефтяной скважины, , а в том, чтобы убедиться, что она находится в рабочем состоянии . Если результаты теста не соответствуют ожиданиям, наиболее вероятной причиной может быть установка испытательного оборудования, используемый метод или неидеальные условия испытания .

Прежде чем заявлять, что оборудование является подозрительным, убедитесь, что тесты действительно указывают на неисправное оборудование.

Во время испытания устройство для измерения сопротивления (или мост Уитстона) подключается к RTD (в BPA это обычно медный резистор 10 Ом при 25 ° C), и для интерпретации его значений используется номограмма или таблица сопротивления и температуры. эквивалентная температура.Ток нагревателя следует подавать в цепь поэтапно, позволяя температуре достичь стабильной точки между ступенями.

Resistance measuring on 200MVA transformer Resistance measuring on 200MVA transformer Измерение сопротивления на трансформаторе 200 МВА (фото: vanguard-instruments.com)

10-20 A может потребоваться для получения значительного повышения температуры. Для достижения стабильной температуры на каждом этапе может потребоваться от 15 до 30 минут. Замедление скорости изменения измерения сопротивления резистивного датчика температуры, измеряемого мостом, является хорошим показателем того, достигается ли температурная стабильность для выбранного уровня тока нагревателя.

Низкая скорость изменения температуры означает, что пора записать данные и перейти к следующей величине испытательного тока нагревателя.

Эквивалентную температуру RTD для его сопротивления следует одновременно сравнить с температурой термометра, указывающего на горячие точки, и / или самописца. Температуры замыкания и размыкания контактов аварийных / управляющих контактов термометра горячей точки должны отслеживаться и фиксироваться, когда температура трансформаторного масла достигает уровня срабатывания или срабатывания.

Обратите внимание, что если трансформатор достаточно холодный (10 ° C или меньше), подача тока в цепь его нагревателя, достаточную для повышения температуры горячей точки до уровня, при котором контакты будут замыкаться, может быть затруднительно, если вообще возможно. Для функциональной проверки функций контактов при достаточно низкой наружной температуре может потребоваться ручное отклонение контактного рычага термометра горячей точки для выполнения рабочих проверок контуров охлаждения или аварийной сигнализации. Используйте здесь разум и здравый смысл и будьте осторожны, чтобы не слишком сильно надавливать на рычаг управления.

ВНИМАНИЕ! - Механический датчик температуры может быть поврежден при манипулировании им вручную. Если присутствует большое физическое сопротивление движению, лучше просто перемыть контакты тестовой перемычкой при выполнении проверки электрического управления / сигнализации.


Заключительная проверка

Последняя проверка, после тестирования нагревателя (ей) переменным током, заключается в том, чтобы убедиться, что ТТ действительно подключен к нему . Убедитесь, что соединение не разомкнуто, просто измерив на тех же двух клеммах, на которые подается переменный ток.Если ТТ подключен (а не разомкнут), омметр покажет близкое к нулю сопротивление (и будет значительно меньше сопротивления нагревателя).

Это связано с тем, что ТТ выглядит как короткое замыкание на омметр постоянного тока (как раз противоположно тому, как это выглядит для величины переменного тока, используемой для проверки нагревателей). Если тест коэффициента тока не может быть проведен, мигание CT точки доступа даст дополнительную уверенность в его работоспособности.

Ссылка // Испытание силовых трансформаторов

,

0 comments on “Программа для намотки трансформатора: программа для расчёта обмоток трансформатора

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *