Силовой мощный импульсный трансформатор. Проектирование. Изготовление. Разработка. Формулы. Разработать. Спроектировать. Изготовить.

Проектирование силового импульсного трансформатора. (10+)

Расчет трансформатора

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Задача, которая стоит при проектировании силового импульсного трансформатора, проста. Необходимо получить устройство минимальных размеров, с минимально возможным числом витков обмотки. Но при этом сердечник не должен насыщаться. Эффект насыщения возникает из-за того, что материал сердечника под действием магнитного поля намагничивается. Степень намагничивания может быть разная. Но есть некоторая предельная степень намагничивания, больше которой сердечник намагнититься не может. Достижение этой величины приводит к тому, что дальше индуктивность катушек трансформатора резко падает, а ток через них резко растет. Более того, даже приближение к этой грани полного намагничивания крайне нежелательно, так как при этом характеристики трансформатора ухудшаются, а потери на нагрев растут.

Материал сердечников трансформатора

Нередко считается, что импульсные трансформаторы нужно выполнять на ферритах. Это верно лишь отчасти. Многие импульсные устройства работают на довольно низких частотах. Если частота меньше 3 кГц, то однозначно оправданным выбором будет трансформаторное железо. На частотах 3 - 7 кГц выбор не очевиден. Для частот выше 7 кГц потребуются ферриты. Сейчас появились сердечники из порошкового железа. Они сочетают в себе преимущества феррита и трансформаторного железа и хорошо показывают себя на частотах до 100 кГц. Однако они пока малодоступны.

Об особенностях технологии изготовления качественных трансформаторов и дросселей

Теория проектирования трансформатора

Взглянем на формулы:

[Индукция, Тл] = 1.257E-3 * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Сила тока, А] * [Количество витков] / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм]

[Индуктивность, Гн] = 1.257E-9 * [Магнитная проницаемость сердечника] * [Площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [количество витков]^2 / [Длина средней магнитной линии сердечника, мм]

Индукция в этих формулах как раз и показывает, насколько будет намагничиваться сердечник. Индукция насыщения трансформаторного железа составляет 1 Тл (Тесла). Для ферритов эта величина равна 0.3 Тл.

Для работы трансформатора обычно выбирается максимально приемлемая индукция меньше, чем индукция насыщения. Для железа берется 0.5 Тл. Для ферритов 0.15 Тл при частотах до 100 кГц, 0.05 - 0.07 для более высоких частот.

[Максимально возможная сила намагничивающего тока, A] = 0.25 * [Амплитудное значение напряжения, В] / [Частота, Гц] / [Индуктивность, Гн]

Коэффициент 0.25 возникает из следующих соображений. Напряжение действует на индуктивность половину периода. Если сигнал симметричный, то ток нарастает не с нуля, а от максимального отрицательного значения до максимального положительного.

Эта формула верна для симметричного меандра. Для других симметричных сигналов сила тока намагничивания будет меньше. Так что можно применять эту формулу с запасом, а можно использовать более точную формулу:

[Максимально возможная сила намагничивающего тока, A] = 0.25 * [Амплитудное значение напряжения, В] * [Обобщенный коэффициент заполнения] / [Частота, Гц] / [Индуктивность, Гн]

Вообще среднее напряжение на трансформаторе должно всегда быть равно 0. Если к обмотке приложено какое-то напряжение, то обмотка обязательно насытится. Но есть схемы, где симметричное напряжение на обмотке формируется источником (мостовая, полумостовая схемы источников питания, отчасти пушпульная), а есть такие, где источник формирует только половину напряжения, а вторая половина образуется самой катушкой при размагничивании. Приемы размагничивания будут описаны в отдельной статье. Подпишитесь на новости, чтобы быть в курсе. Здесь мы напомним только об одном. Сердечники без зазора очень плохо саморазмагничиваются. Они склонны к намагничиванию и сохранению такого состояния. Так что если размагничивание происходит принудительно, то нам подойдут замкнутые сердечники, если же размагничивание должно происходить самопроизвольно, то понадобится зазор.

Если в источнике питания не применяются специальные приемы, обеспечивающие симметричность напряжения на трансформаторе такие как полумост, мост с конденсатором последовательно трансформатору, то зазор тоже необходим. Например, он нередко нужен для пушпульной топологии и моста без конденсатора. В этих случаях может возникать небольшая асимметрия напряжения на трансформаторе за счет неодинаковых параметров силовых ключей. Чтобы ее компенсировать, нужно сделать небольшой зазор в сердечнике и подавать на трансформатор немного модифицированный меандр - с паузами между импульсами длительностью 3 - 5% от длительности импульсов, то есть с коэффициентом заполнения не более 95% - 97%. За это время сердечник будет успевать саморазмагнититься. Способ ограничения максимального коэффициента заполнения.

Надо понимать, что ток намагничивания никак не связан с общим током через первичную обмотку трансформатора. Если трансформатор нагружен, то индукция от тока в первичной обмотке компенсируется индукциями от токов вторичных обмоток и не намагничивает сердечник. Ток намагничивания - ток холостого хода трансформатора.

Стоит отметить, что в типовых схемах источников питания с якобы симметричным напряжением на трансформаторе на самом деле в самом начале работы и при переходных процессах, связанных с изменением входного напряжения или тока нагрузки, напряжение на трансформаторе асимметрично. Так что надо предусматривать некоторый запас по индукции. Если мы выберем рекомендованные выше значения индукции, то в моменты асимметрии сила тока намагничивания, а значит индукция, могут быть вдвое больше желаемых, что не превышает индукцию насыщения. Но на всякий случай, если позволяют габариты, лучше выбрать максимально приемлемую индукцию еще меньше. Это не только предотвратит насыщение, но и снизит потери на нагрев сердечника.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. [8] сообщений.

Не видно формулы определения количества жил в первичной обмотке. Осветите пожалуйста? Читать ответ...

Здравствуйте. По поводу расчёта числа витков первички в импульсном тр. непонятно конкретно способ нахождения 'Максимально приемлемая индукция, Тл', или оно определяется как индуктивность, Гн через реактивное сопротивление? Читать ответ...

Здравствуйте! Как правильно рассчитать количество витков вторички медной лентой 0.15х30хL для Е42/21/20 №87? Спасибо. Читать ответ...