Calculul și modelarea unui transformator de înaltă frecvență ca parte a unui convertor flyback cu un singur ciclu. Ce este un transformator de impulsuri și cum se calculează? Puterea totală a inelului de ferită

Figura 1 - Acesta este tipul de transformator de 2 kW pe care îl vom obține în cele din urmă pentru podul H

Marea bătălie sau ce material să alegi?

De ce este atât de bun și este cu adevărat mai bun decât ferita?

Figura 2 - Cicluri de histerezis ale feromagneților: 1) ciclu dur, 2) ciclu moale

2) materialul trebuie să aibă cea mai mare inducție de saturație posibilă, care fie va reduce dimensiunile miezului, fie, menținându-le, va crește puterea.

Saturare

Fenomenul de saturație a transformatorului este că, în ciuda creșterii curentului în înfășurare, fluxul magnetic din miez, după ce a atins o anumită valoare maximă, practic nu se modifică.
Într-un transformator, modul de saturație duce la faptul că transferul de energie de la înfășurarea primară la înfășurarea secundară se oprește parțial. Funcționarea normală a unui transformator este posibilă numai atunci când fluxul magnetic din miezul său se modifică proporțional cu schimbarea curentului în înfășurarea primară. Pentru a îndeplini această condiție, este necesar ca miezul să nu fie într-o stare de saturație, iar acest lucru este posibil numai atunci când volumul și secțiunea transversală nu sunt mai mici decât o anumită valoare. Prin urmare, cu cât puterea transformatorului este mai mare, cu atât miezul său trebuie să fie mai mare.

4) proprietățile materialului nu trebuie să se modifice semnificativ sub influențe externe: forțe mecanice (compresie sau tensiune), modificări ale temperaturii și umidității.

Acum să ne uităm la proprietățile feritei și la cât de bine îndeplinește cerințele prezentate mai sus.

Figura 3 - Curba de magnetizare la o frecventa de 20 kHz la diferite temperaturi

Și, în sfârșit, cel mai important punct - în graficul de mai sus am văzut un parametru care va determina aproape totul - inducția de saturație. Pentru ferită este de obicei luată ca 0,39 Tesla. Merită să ne amintim că, în diferite condiții, acest parametru se va schimba. Depinde atât de frecvență, cât și de temperatura de funcționare și de alți parametri, dar un accent deosebit trebuie pus pe primii doi.

Concluzie: ferita este buna! perfect pentru scopurile noastre.

Câteva cuvinte despre alsifer și despre cum diferă

Concluzie: Alsifer este mai bun decât ferita, tipul ăsta nu m-a mințit.

Rezultatul bătăliei: Oricine citește descrierea de mai sus va spune că dă-ne Alsifer! Și pe bună dreptate... dar încercați să găsiți un miez alsifer cu o putere totală de 10 kW? Aici, de obicei, o persoană ajunge într-o fundătură, se dovedește că nu sunt cu adevărat la vânzare, iar dacă sunt, atunci sunt comandate direct de la producător și prețul te va speria.
Se dovedește că folosim ferită, mai ales dacă o evaluăm în ansamblu, pierde foarte puțin... ferita este estimată relativ la alsifer la „8 din 10 papagali”.

Am vrut să apelez la matanul meu preferat, dar am decis să nu o fac, pentru că... Consider +10.000 de caractere la articol excesiv. Nu pot decât să recomand o carte cu calcule foarte bune de B. Semenov, „Electronica de putere: de la simplu la complex”. Nu văd rostul să-i mai povestesc calculele cu câteva completări.

Deci, să începem să calculăm și să fabricăm transformatorul

Pentru a face un transformator avem nevoie de următorul kit:

A)
Figura 4 - Miez de ferită E70/33/32 din material 3C90 (analog puțin mai bun cu N87)

B)
Figura 5 - Cadru pentru miezul E70/33/32 (cel mai mare) și șocul D46 din fier atomizat

Puterea totală a unui astfel de transformator este de 7,2 kW. Avem nevoie de o astfel de rezerva pentru a asigura curenți de pornire de 6-7 ori mai mari decât cei nominali (600% conform specificațiilor tehnice). Este adevărat că astfel de curenți de pornire apar doar la motoarele asincrone, dar totul trebuie luat în considerare!
Dintr-o dată, un anumit sufoc „a ieșit la suprafață”; va fi necesar în schema noastră ulterioară (până la 5 bucăți) și, prin urmare, am decis să arăt cum să-l bobinăm.

În continuare, trebuie să calculați parametrii de înfășurare. Folosesc un program de la un prieten cunoscut din anumite cercuri Starichok51 . Un om cu cunoștințe enorme și mereu gata să predea și să ajute, pentru care îi mulțumesc - la un moment dat m-a ajutat să merg pe calea cea bună. Programul se numește - Excelent IT 8.1 .

Iată un exemplu de calcul pentru 2 kW:


Figura 6 - Calculul unui transformator de impulsuri folosind un circuit în punte pentru creșterea de 2 kW

Cum se calculează:

2) Evidențiat cu albastru.
a) setați 400V, deoarece aceasta este o rezervă pentru feedback-ul de tensiune și pentru tăierea unei undă sinusoidală este necesar un minim de 342V
b) curentul nominal. Alegem din considerare 2400 W / 220 (230) V = 12A. După cum vedeți, peste tot iau o rezervă de cel puțin 20%. Asta face orice producător de echipamente de calitate care se respectă. În URSS, o astfel de rezervă era standardul de 25%, chiar și pentru cele mai dificile condiții. De ce este 220 (230) V tensiunea la ieșirea unei unde sinusoidale pure?
c) curent minim. Selectat din condiții reale, acest parametru afectează dimensiunea șocului de ieșire, astfel încât cu cât curentul minim este mai mare, cu atât șocul este mai mic și, prin urmare, dispozitivul este mai ieftin. Din nou, am ales cea mai proasta varianta 1A, acesta este curentul pentru 2-3 becuri sau 3-4 routere.
d) picătură pe diode. Deoarece Vom avea diode ultra-rapide la ieșire, apoi scăderea peste ele va fi de 0,6V în cele mai proaste condiții (temperatura este depășită).
d) diametrul firului. Am cumpărat odată o bobină de cupru de 20 kg pentru o astfel de carcasă și doar cu diametrul de 1 mm. Aici îl punem pe cel pe care îl aveți. Pur și simplu nu recomand să-l setați la mai mult de 1,18 mm, pentru că... efectul pielii va începe să afecteze

Efectul pielii

Efectul pielii este efectul de reducere a amplitudinii undelor electromagnetice pe măsură ce acestea pătrund adânc într-un mediu conductor. Ca urmare a acestui efect, de exemplu, curentul alternativ de înaltă frecvență atunci când trece printr-un conductor nu este distribuit uniform pe secțiunea transversală, ci în principal în stratul de suprafață.
Dacă vorbim nu ca Google, ci în limba mea de fermă colectivă, atunci dacă luați un conductor cu o secțiune transversală mare, acesta nu va fi utilizat pe deplin, deoarece curenții la o frecvență mai mare curg de-a lungul suprafeței, iar centrul conductorului va fi „gol”

3) Evidențiat cu verde. Totul este simplu aici - planificăm o topologie „punte completă” și o selectăm.

4) Evidențiat cu portocaliu. Procesul de selecție de bază are loc, totul este intuitiv. Un număr mare de nuclee standard sunt deja în bibliotecă, ca al nostru, dar dacă se poate adăuga ceva introducând dimensiunile.

5) Evidențiat în violet. Parametri de ieșire cu calcule. Coeficientul a fost evidențiat într-o fereastră separată. umplerea ferestrei, amintiți-vă - nu mai mult de 0,35 și, de preferință, nu mai mult de 0,3. De asemenea, sunt date toate valorile necesare: numărul de spire pentru înfășurările primare și secundare, numărul de fire cu un diametru specificat anterior în „împletitură” pentru înfășurare.
Sunt, de asemenea, dați parametrii pentru calcularea ulterioară a bobinei de ieșire: inductanța și ondulația de tensiune.

Acum trebuie să calculați șocul de ieșire. Este necesar pentru a netezi ondulațiile, precum și pentru a crea un curent „uniform”. Calculul se efectuează în programul aceluiași autor și se numește ThrottleRing 5.0. Iată calculul pentru transformatorul nostru:


Figura 7 - Calculul bobinei de ieșire pentru un convertor DC-DC boost

În acest calcul, totul este mai simplu și mai clar, funcționează pe același principiu, datele de ieșire sunt: ​​numărul de spire și numărul de fire din împletitură.

Etape de fabricație

Înfășurăm numărul necesar de spire a 2 fire cu diametrul de 1 mm pe cadru. Ne amintim direcția de înfășurare sau, mai bine, marcați-o cu un marker pe cadru.

Etapa 2:

Figura 9 - Izolați înfășurarea secundară

Izolăm înfășurarea secundară cu bandă fluoroplastică de 1 mm grosime, această izolație poate rezista la cel puțin 1000 V. O impregnem suplimentar și cu lac, acesta este încă +600V la izolație. Dacă nu există bandă fluoroplastică, atunci o izolăm cu spumă obișnuită pentru instalații sanitare în 4-6 straturi. Acesta este același fluoroplastic, de numai 150-200 de microni grosime.

Etapa 3:

Figura 10 - Începem să înfășurăm înfășurarea primară, lipim firele pe cadru
Înfășurăm într-o direcție cu înfășurarea secundară!

Etapa 4:

Figura 11 - Desenarea cozii înfășurării primare

El înfășoară înfășurarea și o izolează cu bandă fluoroplastică. De asemenea, este indicat să-l impregnezi cu lac.

Etapa 5:


Figura 12 - Impregnem cu lac și lipim „coada”. Înfășurarea înfășurărilor este finalizată
Etapa 6:

Figura 13 - Finalizam infasurarea si izolarea transformatorului cu banda de mentinere cu impregnare finala in lac

Banda de păstrare

Banda Kiper - împletitură din bumbac (mai rar mătase sau semi-mătase) din țesătură kiper cu o lățime de 8 până la 50 mm, țesătură twill sau diagonală; aspre, albit sau vopsit simplu. Materialul benzii are o densitate mare datorită țesăturii, este mai gros decât cel mai apropiat analog al său - banda simplă - datorită utilizării de fire mai groase.
Mulțumesc Wikipedia.

Etapa 7:

Figura 14 - Iată cum arată versiunea finită a transformatorului

În timpul procesului de lipire se stabilește un spațiu de 0,15 mm prin introducerea unei pelicule adecvate între jumătățile miezului. Cea mai bună opțiune este imprimarea filmului. Miezul este lipit împreună cu lipici instantaneu (bun) sau rășină epoxidică. Prima opțiune este pentru totdeauna, a doua vă permite să dezasamblați transformatorul fără deteriorare dacă se întâmplă ceva, de exemplu, dacă trebuie să înfășurați o altă înfășurare sau să adăugați mai multe spire.

Sufocare

Acum, prin analogie, trebuie să înfășurați inductorul; desigur, înfășurarea lui pe un miez toroidal este mai dificilă, dar această opțiune va fi mai compactă. Toate datele pe care le avem sunt din program, materialul de bază este fier atomizat sau permalloy. Inducerea de saturație a acestui material este de 0,55 Tesla.

Etapa 1:


Figura 15 - Înfășurați inelul cu bandă fluoroplastică

Această operațiune vă permite să evitați cazul de defectare a înfășurării pe miez, acest lucru se întâmplă rar, dar o facem singuri pentru calitate!

Etapa 2:

Figura 16 - Înfășurați numărul necesar de spire și izolați

În acest caz, numărul de spire nu se va potrivi într-un singur strat de înfășurare, așa că după înfășurarea primului strat, este necesar să izolați și să înfășurați al doilea strat, urmat de izolație.
IIP

Sursele de alimentare în comutație, care se găsesc din ce în ce mai mult în practica radioamatorilor datorită eficienței ridicate, dimensiunilor și greutății lor reduse, necesită de obicei calculul unuia sau mai multor transformatoare (în funcție de numărul de cascade). Acest lucru este dictat de faptul că valorile numărului de spire și diametrul lor date în literatură adesea nu coincid cu datele de ieșire dorite ale sursei de alimentare care este asamblată sau proiectată, sau cu inelele de ferită sau tranzistoarele disponibile. la radioamator nu corespund celor date în circuit.
În literatura de specialitate a fost prezentată o metodă simplificată de calculare a transformatoarelor surselor de alimentare în comutație. Procedura generală pentru calcularea unui transformator de alimentare cu comutare este următoarea:
1. Calculați (în W) puterea utilizată a transformatorului
Fig.=1,ЗРн, unde Рн este puterea consumată de sarcină.
2. Selectați un miez magnetic de ferită toroidală care satisface condiția Pgab>Fig., unde Pgab. — puterea totală a transformatorului, W, calculată ca:

Unde D este diametrul exterior al inelului de ferită, cm; d—diametrul interior; h este înălțimea inelului; f este frecvența de funcționare a convertorului, Hz; Bmax este valoarea maximă a inducției (în Tesla), care depinde de gradul de ferită și este determinată din cartea de referință.
3. După setarea tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului
U1 se determină prin rotunjire
numărul de ture:

Pentru un convertor în jumătate de punte U1=Upit/2-UKenas, unde Upit este tensiunea de alimentare a convertorului, UKenas este tensiunea de saturație a colectorului - emițător de tranzistoare VT1, VT2.
4. Determinați curentul maxim al înfășurării primare (în A):

Unde η este randamentul transformatorului (de obicei 0,8).
5. Determinați diametrul firului înfășurării primare (în mm):

6. Găsiți numărul de spire și diametrul firului înfășurării de ieșire (secundar):

M.A. Shustov; „Proiectare practică a circuitelor. Convertoare de tensiune”; „Altex-A”, 2002

Dragi colegi!!

V-am spus deja cum să construiți un transformator de impulsuri pe un inel de ferită în lecțiile mele. Acum vă voi spune cum fac un transformator folosind un miez de ferită în formă de W. Pentru aceasta, folosesc ferite de dimensiuni adecvate din echipamente vechi „sovietice”, computere vechi, televizoare și alte echipamente electrice pe care le am în colț „la cerere”.

Pentru un UPS care folosește un circuit generator push-pull în jumătate de punte, tensiunea de pe înfășurarea primară a transformatorului, conform circuitului, este de 150 de volți, sub sarcină vom lua 145 de volți. Înfășurarea secundară este realizată conform unui circuit de redresare cu undă completă cu un punct de mijloc.
Vezi diagrama.

Voi da exemple de calcul și fabricare a transformatoarelor pentru un UPS de putere mică de 20 - 50 wați pentru acest circuit. Folosesc transformatoare ale acestei puteri în comutarea surselor de alimentare pentru lămpile mele LED. Diagrama transformatorului este mai jos. Este necesar să acordați atenție că miezul W, pliat din două jumătăți, nu are un spațiu liber. Un miez magnetic cu un spațiu este utilizat numai în UPS-urile cu un singur ciclu.

Iată două exemple de calculare a unui transformator tipic pentru nevoi diferite. În principiu, toate transformatoarele pentru puteri diferite au aceeași metodă de calcul, aproape aceleași diametre de sârmă și aceleași metode de înfășurare. Dacă aveți nevoie de un transformator pentru un UPS cu o putere de până la 30 de wați, atunci acesta este primul exemplu de calcul. Dacă aveți nevoie de un UPS cu o putere de până la 60 de wați, atunci al doilea exemplu.

Primul exemplu.

Vom alege dintre miezurile de ferită nr. 17, Ш - un miez de formă Ш7,5 × 7,5. Aria secțiunii transversale a tijei din mijloc Sк = 56 mm.sq. = 0,56 cm2
Fereastra Sо = 150 mm.mp. Putere nominala 200 wati.
Numărul de spire pe 1 volt pentru acest miez va fi: n = 0,7/Sk = 0,7 / 0,56 = 1,25 spire.
Numărul de spire în înfășurarea primară a transformatorului va fi: w1 = n x 145 = 1,25 x 145 = 181,25. Să facem 182 de ture.
Când am ales grosimea firului pentru înfășurări, am procedat de la tabelul „”.
În transformatorul meu, am folosit un fir cu un diametru de 0,43 mm în înfășurarea primară. (un fir cu un diametru mare nu intră în fereastră). Are o suprafață în secțiune transversală S = 0,145 mm2. Curent admisibil (vezi tabelul) I = 0,29 A.
Puterea înfășurării primare va fi: P = V x I = 145 x 0,29 = 42 wați.
O înfășurare de comunicare trebuie să fie plasată deasupra înfășurării primare. Ar trebui să producă o tensiune v3 = 6 volți. Numărul de spire va fi: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 spire. Hai să facem 7 ture. Diametrul firului 0,3 - 0,4 mm.
Apoi înfășurarea secundară w2 este înfășurată. Numărul de spire ale înfășurării secundare depinde de tensiunea de care avem nevoie. Înfășurarea secundară, de exemplu la 30 de volți, constă din două semiînfășurări egale, w3-1 și w3-2).
Curentul în înfășurarea secundară, ținând cont de randamentul (k=0,95) al transformatorului: I = k xP/V = 0,95 x 42 wați / 30 volți = 1,33 A;
Să alegem un fir pentru acest curent. Am folosit un fir pe care îl aveam pe stoc cu diametrul de 0,6 mm. S = 0,28 mm.sq.
Curentul admisibil al fiecăreia dintre cele două semiînfășurări este I = 0,56 A. Deoarece aceste două semiînfășurări secundare lucrează împreună, curentul total este de 1,12 A, care este ușor diferit de curentul calculat de 1,33 A.
Numărul de spire în fiecare semiînfășurare pentru o tensiune de 30 volți: w2.1 = w2.2 = n x 30 = 1.25 x 30 = 37.5 vit.
Să facem 38 de ture în fiecare jumătate de înfășurare.
Puterea de ieșire a transformatorului: Pout = V x I = 30 V x 1,12 A = 33,6 Watt, ceea ce, ținând cont de pierderile din fir și miez, este destul de normal.

Toate înfășurările: înfășurarea primară, secundară și de comunicare se încadrează perfect în fereastra S® = 150 mm2.

Înfășurarea secundară poate fi astfel proiectată pentru orice tensiune și curent, în cadrul unei puteri date.

Al doilea exemplu.
Acum să experimentăm. Să adăugăm două miezuri identice nr. 17, L 7,5 x 7,5.

În acest caz, aria secțiunii transversale a miezului magnetic „Sk” se va dubla. Sk = 56 x 2 = 112 mm2 sau 1,12 cm2
Suprafața ferestrei va rămâne aceeași „Deci” = 150 mm2. Indicatorul n (numărul de spire pe 1 volt) va scădea. n = 0,7 / Sk = 0,7 /1,12 = 0,63 vit./volt.
Prin urmare, numărul de spire în înfășurarea primară a transformatorului va fi:
w1 = n x 145 = 0,63 x 145 = 91,35. Să facem 92 de ture.

În înfășurarea de feedback w3, pentru 6 volți, vor exista: w3 = n x v3 = 0,63 x 6 = 3,78 spire. Hai să facem 4 ture.
Să luăm tensiunea înfășurării secundare ca în primul exemplu, egală cu 30 de volți.
Numărul de spire ale semiînfășurărilor secundare, fiecare 30 volți: w2.1 = w2.2 = n x 30 = 0.63 x 30 = 18.9. Hai să facem 19 ture.
Am folosit un fir pentru infasurarea primara cu diametrul de 0,6 mm. : secțiunea firului 0,28 mm2, curent 0,56 A.
Cu acest fir, puterea înfășurării primare va fi: P1 = V1 x I = 145 V x 0,56 A = 81 Watt.
Am înfășurat înfășurarea secundară cu un fir cu diametrul de 0,9 mm. 0,636 mm.p.p. pentru un curent de 1,36 amperi. Pentru două semiînfășurări, curentul în înfășurarea secundară este de 2,72 amperi.
Puterea înfășurării secundare P2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 wați.
Sârmă cu diametrul de 0,9 mm. puțin mare, se potrivește cu o marjă mare, asta nu e rău.

Folosesc firul pentru înfășurări la o rată de 2 A pe milimetru pătrat (în acest fel se încălzește mai puțin și căderea de tensiune pe el va fi mai mică), deși toate transformatoarele „din fabrică” sunt înfășurate la o rată de 3 - 3,5 A. pe mm2. și instalați un ventilator pentru a răci înfășurările.
Concluzia generală a acestor calcule este:
- la adăugarea a două miezuri identice în formă de Sh, zona „Sk” se dublează cu aceeași zonă de fereastră „So”.
- se modifică numărul de spire în înfășurări (în comparație cu prima opțiune).
- înfăşurarea primară w1 din 182 de spire se reduce la 92 de spire;
- infasurarea secundara w2 din 38 de spire se reduce la 19 spire.

Aceasta înseamnă că în aceeași fereastră „So”, cu o scădere a numărului de spire în înfășurări, este posibil să plasați un fir mai gros al înfășurărilor, adică să dublezi puterea reală a transformatorului.

Am înfășurat un astfel de transformator, cu miezurile pliate nr. 17 și le-am făcut un cadru.

Trebuie avut în vedere că transformatoarele, conform primul si al doilea De exemplu, îl puteți folosi sub o sarcină mai mică, până la 0 wați. UPS-ul menține tensiunea destul de bine și stabil.

Comparați aspectul transformatoarelor: exemplu-1, cu un miez și exemplu-2, cu două miezuri pliate. Dimensiunile reale ale transformatoarelor variază ușor.

Analiza miezurilor de ferită #18 și #19 este similară cu exemplele anterioare.
Toate calculele noastre sunt estimări teoretice. De fapt, este destul de dificil să obțineți o astfel de putere de la un UPS pe transformatoare de aceste dimensiuni. Caracteristicile de proiectare ale circuitelor de alimentare cu comutație în sine intră în vigoare. Sistem.
Tensiunea de ieșire (și, prin urmare, puterea de ieșire) depinde de mulți factori:
- capacitatea condensatorului electrolitic al rețelei C1,
- containere C4 și C5,
- căderi de putere în firele de înfășurare și în miezul de ferită propriu-zis;
- căderi de putere pe tranzistoarele cheie din generator și pe diodele redresoare de ieșire.
Eficiența globală „k” a unor astfel de surse de alimentare comutatoare este de aproximativ 85%.
Această cifră este încă mai bună decât cea a unui redresor cu un transformator cu miez de oțel, unde k = 60%. În ciuda faptului că dimensiunea și greutatea UPS-ului pe ferită este semnificativ mai mică.

Procedura de asamblare a unui transformator de ferită Ш.

Fie că este gata făcută sau asamblată, un nou cadru este realizat pentru a se potrivi dimensiunilor miezului.
Vezi cum să faci „” aici. Deși acest articol vorbește despre un cadru pentru un transformator cu miez de oțel, descrierea este destul de potrivită pentru cazul nostru.
Rama trebuie asezata pe un cadru de lemn. Înfășurarea transformatorului se face manual.
Înfășurarea primară este înfășurată mai întâi pe cadru. Primul rând se umple rând cu rând, apoi un strat de hârtie subțire, pânză lăcuită, apoi al doilea rând de sârmă etc. Un tub subțire din PVC este plasat la începutul și la sfârșitul firului (se poate folosi izolația de la firul de instalare) pentru a rigidiza firul astfel încât să nu se rupă.
Două straturi de hârtie sunt aplicate deasupra înfășurării primare (izolație între înfășurări), apoi trebuie să înfășurați spirele înfășurării de comunicație w3. Înfășurarea w3 are puține spire și, prin urmare, este plasată la marginea cadrului. Apoi se aplică spirele înfășurării secundare. Aici este recomandabil să procedați în așa fel încât spirele înfășurării secundare w2 să nu fie situate deasupra spirelor w3. În caz contrar, pot apărea defecțiuni ale sursei de alimentare comutatoare.
Înfășurarea se efectuează cu două fire deodată (două semiînfășurări), se întoarce pentru a se întoarce la rând, apoi un strat de hârtie sau bandă și un al doilea rând de două fire. Nu este nevoie să puneți un tub din PVC la capetele firului, deoarece Firul este gros și nu se va rupe. Cadrul finit este scos din dorn și plasat pe un miez de ferită. Mai întâi verificați miezul pentru orice joc.
Dacă cadrul este strâns pe miez, fiți foarte atenți, ferita se rupe foarte ușor. Un miez rupt poate fi lipit împreună. Lipici cu lipici PVA, urmat de uscare.
Transformatorul de ferită asamblat este fixat la capăt cu bandă pentru rezistență. Este necesar să se asigure că capetele jumătăților miezului coincid fără decalaj sau deplasare.

În circuitele electronice și electrice sunt utilizate diferite tipuri de echipamente de transformare, care sunt solicitate în multe domenii de activitate economică. De exemplu, transformatoarele de impulsuri (denumite în continuare IT) sunt un element important instalat în aproape toate sursele de alimentare moderne.

Proiectare (tipuri) de transformatoare de impulsuri

În funcție de forma miezului și de plasarea bobinelor pe acesta, IT-urile sunt produse în următoarele modele:

• miez;
  
• blindat;
  
• toroidal (nu are bobine, firul este înfășurat pe un miez izolat);
  
• tijă blindată;
  

Cifrele indică:

• A – circuit magnetic din clase de oțel de transformator realizat folosind tehnologia de laminare a metalului la rece sau la cald (cu excepția miezului toroidal, este din ferită);
• B – bobina din material izolator
• C – fire care creează cuplaj inductiv.

Rețineți că oțelul electric conține puțini aditivi de siliciu, deoarece provoacă pierderi de putere din efectul curenților turbionari asupra circuitului magnetic. În IT-ul toroidal, miezul poate fi realizat din oțel laminat sau ferimagnetic.

Plăcile pentru setul de miez electromagnetic sunt selectate ca grosime în funcție de frecvență. Pe măsură ce acest parametru crește, este necesar să instalați plăci mai subțiri.

Principiul de funcționare

Caracteristica principală a transformatoarelor de tip impuls (denumite în continuare IT) este că sunt alimentate cu impulsuri unipolare cu o componentă de curent constantă și, prin urmare, circuitul magnetic este într-o stare de magnetizare constantă. Mai jos este o diagramă schematică a conectării unui astfel de dispozitiv.

După cum puteți vedea, schema de conectare este aproape identică cu transformatoarele convenționale, ceea ce nu poate fi spus despre diagrama de sincronizare.

Înfășurarea primară primește semnale de impuls având o formă dreptunghiulară e (t), intervalul de timp între care este destul de scurt. Aceasta determină o creștere a inductanței în intervalul t u, după care se observă scăderea acesteia în intervalul (T-t u).

Modificările de inducție au loc la o viteză care poate fi exprimată în termeni de constantă de timp folosind formula: τ p =L 0 /R n

Coeficientul care descrie diferența în diferența inductivă se determină astfel: ∆V=V max – V r

• В max – nivelul valorii maxime de inducție;
• În r – rezidual.

Diferența de inducție este prezentată mai clar în figură, care arată deplasarea punctului de funcționare în circuitul conductor magnetic al IT.

După cum se poate observa în diagrama de timp, bobina secundară are un nivel de tensiune U2 în care sunt prezente emisii inverse. Așa se manifestă energia acumulată în circuitul magnetic, care depinde de magnetizare (parametrul i u).

Impulsurile de curent care trec prin bobina primară sunt de formă trapezoidală, deoarece sarcina și curenții liniari (cauzați de magnetizarea miezului) sunt combinați.

Nivelul de tensiune în intervalul de la 0 la t u rămâne neschimbat, valoarea sa e t =U m. În ceea ce privește tensiunea pe bobina secundară, aceasta poate fi calculată folosind formula:

în care:

• Ψ – parametru de legătură de flux;
• S este o valoare care reflectă secțiunea transversală a miezului magnetic.

Având în vedere că derivata, care caracterizează modificări ale curentului care trece prin bobina primară, este o valoare constantă, creșterea nivelului de inducție în circuitul magnetic are loc liniar. Pe baza acestui fapt, este permis, în loc de derivat, să introduceți diferența dintre indicatorii luați într-un anumit interval de timp, ceea ce vă permite să faceți modificări formulei:

în acest caz, ∆t va fi identificat cu parametrul t u, care caracterizează durata cu care apare impulsul de tensiune de intrare.

Pentru a calcula aria impulsului cu care este generată tensiunea în înfășurarea secundară a IT, este necesar să se înmulțească ambele părți ale formulei anterioare cu t u. Ca urmare, ajungem la o expresie care ne permite să obținem principalul parametru IT:

U m x t u =S x W 1 x ∆V

Rețineți că mărimea zonei pulsului depinde direct de parametrul ∆B.

A doua cea mai importantă cantitate care caracterizează funcționarea IT este căderea de inducție; este influențată de parametri precum secțiunea transversală și permeabilitatea magnetică a miezului magnetic, precum și numărul de spire pe bobină:

Aici:

• L 0 – diferența de inducție;
• µ a – permeabilitatea magnetică a miezului;
• W 1 – numărul de spire ale înfășurării primare;
• S – aria secțiunii transversale a miezului;
• l cр – lungimea (perimetrul) miezului (nucleului magnetic)
• In r – valoarea inducției reziduale;
• În max – nivelul valorii maxime de inducție.
• H m – Intensitatea câmpului magnetic (maximum).

Având în vedere că parametrul de inductanță al IT depinde complet de permeabilitatea magnetică a miezului, la calcul este necesar să se procedeze de la valoarea maximă a µa, care este arătată de curba de magnetizare. În consecință, pentru materialul din care este realizat miezul, nivelul parametrului B r, care reflectă inducția reziduală, ar trebui să fie minim.

Video: descriere detaliată a principiului de funcționare al unui transformator de impulsuri

Pe baza acestui fapt, o bandă din oțel pentru transformator este ideală ca material pentru miez IT. De asemenea, puteți utiliza permalloy, care are un coeficient minim de pătrat.

Miezurile din aliaje de ferită sunt ideale pentru IT de înaltă frecvență, deoarece acest material are pierderi dinamice scăzute. Dar datorită inductanței sale scăzute, IT-ul trebuie făcut în dimensiuni mari.

Calcul transformator de impulsuri

Să luăm în considerare modul în care este necesar să se calculeze IT. Rețineți că eficiența dispozitivului este direct legată de precizia calculelor. Ca exemplu, să luăm un circuit convertor convențional care utilizează un IT toroidal.

În primul rând, trebuie să calculăm nivelul de putere IT, pentru aceasta vom folosi formula: P = 1,3 x P n.

Valoarea Pn afișează câtă energie va consuma sarcina. După aceasta, calculăm puterea totală (R gb), aceasta nu trebuie să fie mai mică decât puterea de sarcină:

Parametri necesari pentru calcul:

• S c – afișează aria secțiunii transversale a miezului toroidal;
• S 0 – zona ferestrei sale (așa cum era de așteptat, aceasta și valoarea anterioară sunt prezentate în figură);

• B max este vârful maxim de inducție; depinde de ce grad de material feromagnetic este utilizat (valoarea de referință este luată din surse care descriu caracteristicile claselor de ferită);
• f este un parametru care caracterizează frecvența cu care este convertită tensiunea.

Următoarea etapă se reduce la determinarea numărului de spire în înfășurarea primară Tr2:

(rezultatul este rotunjit)

Valoarea lui U I este determinată de expresia:

U I =U/2-U e (U este tensiunea de alimentare a convertizorului; U e este nivelul de tensiune furnizat emițătorilor elementelor tranzistorului V1 și V2).

Să trecem la calcularea curentului maxim care trece prin înfășurarea primară a IT:

Parametrul η este egal cu 0,8, aceasta este eficiența cu care trebuie să funcționeze convertorul nostru.

Diametrul firului utilizat în înfășurare este calculat prin formula:

Dacă aveți probleme la determinarea parametrilor de bază ai IT, puteți găsi pe Internet site-uri tematice care vă permit să calculați orice transformatoare de impulsuri online.

În circuitele electronice și electrice sunt utilizate diferite tipuri de echipamente de transformare, care sunt solicitate în multe domenii de activitate economică. De exemplu, transformatoarele de impulsuri (denumite în continuare IT) sunt un element important instalat în aproape toate sursele de alimentare moderne.

Proiectare (tipuri) de transformatoare de impulsuri

În funcție de forma miezului și de plasarea bobinelor pe acesta, IT-urile sunt produse în următoarele modele:

• miez;
  
• blindat;
  
• toroidal (nu are bobine, firul este înfășurat pe un miez izolat);
  
• tijă blindată;
  

Cifrele indică:

• A – circuit magnetic din clase de oțel de transformator realizat folosind tehnologia de laminare a metalului la rece sau la cald (cu excepția miezului toroidal, este din ferită);
• B – bobina din material izolator
• C – fire care creează cuplaj inductiv.

Rețineți că oțelul electric conține puțini aditivi de siliciu, deoarece provoacă pierderi de putere din efectul curenților turbionari asupra circuitului magnetic. În IT-ul toroidal, miezul poate fi realizat din oțel laminat sau ferimagnetic.

Plăcile pentru setul de miez electromagnetic sunt selectate ca grosime în funcție de frecvență. Pe măsură ce acest parametru crește, este necesar să instalați plăci mai subțiri.

Principiul de funcționare

Caracteristica principală a transformatoarelor de tip impuls (denumite în continuare IT) este că sunt alimentate cu impulsuri unipolare cu o componentă de curent constantă și, prin urmare, circuitul magnetic este într-o stare de magnetizare constantă. Mai jos este o diagramă schematică a conectării unui astfel de dispozitiv.

După cum puteți vedea, schema de conectare este aproape identică cu transformatoarele convenționale, ceea ce nu poate fi spus despre diagrama de sincronizare.

Înfășurarea primară primește semnale de impuls având o formă dreptunghiulară e (t), intervalul de timp între care este destul de scurt. Aceasta determină o creștere a inductanței în intervalul t u, după care se observă scăderea acesteia în intervalul (T-t u).

Modificările de inducție au loc la o viteză care poate fi exprimată în termeni de constantă de timp folosind formula: τ p =L 0 /R n

Coeficientul care descrie diferența în diferența inductivă se determină astfel: ∆V=V max – V r

• В max – nivelul valorii maxime de inducție;
• În r – rezidual.

Diferența de inducție este prezentată mai clar în figură, care arată deplasarea punctului de funcționare în circuitul conductor magnetic al IT.

După cum se poate observa în diagrama de timp, bobina secundară are un nivel de tensiune U2 în care sunt prezente emisii inverse. Așa se manifestă energia acumulată în circuitul magnetic, care depinde de magnetizare (parametrul i u).

Impulsurile de curent care trec prin bobina primară sunt de formă trapezoidală, deoarece sarcina și curenții liniari (cauzați de magnetizarea miezului) sunt combinați.

Nivelul de tensiune în intervalul de la 0 la t u rămâne neschimbat, valoarea sa e t =U m. În ceea ce privește tensiunea pe bobina secundară, aceasta poate fi calculată folosind formula:

în care:

• Ψ – parametru de legătură de flux;
• S este o valoare care reflectă secțiunea transversală a miezului magnetic.

Având în vedere că derivata, care caracterizează modificări ale curentului care trece prin bobina primară, este o valoare constantă, creșterea nivelului de inducție în circuitul magnetic are loc liniar. Pe baza acestui fapt, este permis, în loc de derivat, să introduceți diferența dintre indicatorii luați într-un anumit interval de timp, ceea ce vă permite să faceți modificări formulei:

în acest caz, ∆t va fi identificat cu parametrul t u, care caracterizează durata cu care apare impulsul de tensiune de intrare.

Pentru a calcula aria impulsului cu care este generată tensiunea în înfășurarea secundară a IT, este necesar să se înmulțească ambele părți ale formulei anterioare cu t u. Ca urmare, ajungem la o expresie care ne permite să obținem principalul parametru IT:

U m x t u =S x W 1 x ∆V

Rețineți că mărimea zonei pulsului depinde direct de parametrul ∆B.

A doua cea mai importantă cantitate care caracterizează funcționarea IT este căderea de inducție; este influențată de parametri precum secțiunea transversală și permeabilitatea magnetică a miezului magnetic, precum și numărul de spire pe bobină:

Aici:

• L 0 – diferența de inducție;
• µ a – permeabilitatea magnetică a miezului;
• W 1 – numărul de spire ale înfășurării primare;
• S – aria secțiunii transversale a miezului;
• l cр – lungimea (perimetrul) miezului (nucleului magnetic)
• In r – valoarea inducției reziduale;
• În max – nivelul valorii maxime de inducție.
• H m – Intensitatea câmpului magnetic (maximum).

Având în vedere că parametrul de inductanță al IT depinde complet de permeabilitatea magnetică a miezului, la calcul este necesar să se procedeze de la valoarea maximă a µa, care este arătată de curba de magnetizare. În consecință, pentru materialul din care este realizat miezul, nivelul parametrului B r, care reflectă inducția reziduală, ar trebui să fie minim.

Video: descriere detaliată a principiului de funcționare al unui transformator de impulsuri

Pe baza acestui fapt, o bandă din oțel pentru transformator este ideală ca material pentru miez IT. De asemenea, puteți utiliza permalloy, care are un coeficient minim de pătrat.

Miezurile din aliaje de ferită sunt ideale pentru IT de înaltă frecvență, deoarece acest material are pierderi dinamice scăzute. Dar datorită inductanței sale scăzute, IT-ul trebuie făcut în dimensiuni mari.

Calcul transformator de impulsuri

Să luăm în considerare modul în care este necesar să se calculeze IT. Rețineți că eficiența dispozitivului este direct legată de precizia calculelor. Ca exemplu, să luăm un circuit convertor convențional care utilizează un IT toroidal.

În primul rând, trebuie să calculăm nivelul de putere IT, pentru aceasta vom folosi formula: P = 1,3 x P n.

Valoarea Pn afișează câtă energie va consuma sarcina. După aceasta, calculăm puterea totală (R gb), aceasta nu trebuie să fie mai mică decât puterea de sarcină:

Parametri necesari pentru calcul:

• S c – afișează aria secțiunii transversale a miezului toroidal;
• S 0 – zona ferestrei sale (așa cum era de așteptat, aceasta și valoarea anterioară sunt prezentate în figură);

• B max este vârful maxim de inducție; depinde de ce grad de material feromagnetic este utilizat (valoarea de referință este luată din surse care descriu caracteristicile claselor de ferită);
• f este un parametru care caracterizează frecvența cu care este convertită tensiunea.

Următoarea etapă se reduce la determinarea numărului de spire în înfășurarea primară Tr2:

(rezultatul este rotunjit)

Valoarea lui U I este determinată de expresia:

U I =U/2-U e (U este tensiunea de alimentare a convertizorului; U e este nivelul de tensiune furnizat emițătorilor elementelor tranzistorului V1 și V2).

Să trecem la calcularea curentului maxim care trece prin înfășurarea primară a IT:

Parametrul η este egal cu 0,8, aceasta este eficiența cu care trebuie să funcționeze convertorul nostru.

Diametrul firului utilizat în înfășurare este calculat prin formula:

Dacă aveți probleme la determinarea parametrilor de bază ai IT, puteți găsi pe Internet site-uri tematice care vă permit să calculați orice transformatoare de impulsuri online.