Импульсные трансформаторы (ИТ) являются востребованным прибором в хозяйственной деятельности. Часто устанавливают в блоки питания бытовой, компьютерной, специальной техники. Импульсный трансформатор своими руками создают мастера с минимальным опытом работы в области радиотехники. Что это за устройство, а также принцип работы будут рассмотрены далее.
Область применения
Задача импульсного трансформатора заключается в защите электрического прибора от короткого замыкания, чрезмерного увеличения значения напряжения, нагрева корпуса.
Стабильность блоков питания обеспечена импульсными трансформаторами. Подобные схемы применяются в триодных генераторах, магнетронах. Импульсник применяется при работе инвертора, газового лазера.
Данные приборы устанавливают в схемах в качестве дифференцирующего трансформатора.
Радиоэлектронная аппаратура основана на трансформаторной способности импульсных преобразователей. При использовании импульсного блока питания организовывается работа цветного телевизора, обычного компьютерного монитора и т. д. Помимо обеспечения потребителя током требуемой мощности и частоты, трансформатором выполняется стабилизация значения напряжения при работе оборудования.
Видео: Как работает импульсный трансформатор?
Требования к приборам
Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.
Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.
Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.
Принцип работы
Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию.
Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью.
Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.
На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы.
Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке.
Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.
Разновидности
Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:
- Тороидальный.
- Броневой.
- Стержневой.
- Бронестержневой.
Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:
- Спиральные.
- Цилиндрические.
- Конические.
В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.
Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.
Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.
Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.
Преимущества
Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.
Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:
- Малый вес.
- Низкая цена.
- Повышенный уровень КПД.
- Расширенный диапазон напряжения.
- Возможность встроить защиту.
Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.
Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.
Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками.
Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.
Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.
Разновидности материалов
Представленное оборудование изготавливается из различных материалов. Создавая блоки питания представленного типа, потребуется рассмотреть все возможные варианты. Применяются следующие материалы:
- Электротехническая сталь.
- Пермаллой.
- Феррит.
Одним из лучших вариантов является альсифер. Однако его практически не найти в свободной продаже. Поэтому, желая создать оборудование самостоятельно, его не рассматривают в качестве возможного варианта.
Чаще всего для создания сердечника применяется электротехническая сталь марок 3421-3425, 3405-3408. Магнитно-мягкими характеристиками известен пермаллой. Это сплав, который состоит из никеля и железа. Его легируют в процессе обработки.
Для импульсов, интервал которых находится в пределах наносекунды, используется феррит. Этот материал имеет высокое удельное сопротивление.
Расчет
Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.
Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:
- П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².
- Далее можно просчитать минимальное количество витков:
- На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:
- Д = 78/181 = 0,43 мм.
Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:
ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.
На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.
Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.
От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.
Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками
Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.
Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет
Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) — важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.
Различные модели импульсных трансформаторов
Конструкция (виды) импульсных трансформаторов
В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:
- стержневом;
Конструкция стержневого импульсного трансформатора - броневом;
Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении - тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);
Конструкция тороидального импульсного трансформатора - бронестержневом;
Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора
На рисунках обозначены:
- A — магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
- В — катушка из изолирующего материала
- С — провода, создающие индуктивную связь.
Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.
Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.
Принцип работы
Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.
Схема: подключение импульсного трансформатора
Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.
Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора
На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).
Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн
Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax — Вr
- Вmax – уровень максимального значения индукции;
- Вr –остаточный.
Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.
График смещения
Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).
Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.
Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:
при этом:
- Ψ — параметр потокосцепления;
- S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.
Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:
- в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.
- Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:
- Um x tu=S x W1 x ∆В
- Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.
- Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, — перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:
- Здесь:
- L0 — перепад индукции;
- µа — магнитная проницаемость сердечника;
- W1 — число витков первичной обмотки;
- S — площадь сечения сердечника;
- lcр — длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
- Вr — величина остаточной индукции;
- Вmax – уровень максимального значения индукции.
- Hm — Напряженность магнитного поля (максимальная).
Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.
Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора
https://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=XYxKfYd8Elk
Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.
Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.
Расчет импульсного трансформатора
Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений. В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.
Схема преобразователя
- В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: Р=1,3 х Рн.
- Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:
- Необходимые для вычисления параметры:
- Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
- S0 – площадь его окна (как наитии это и предыдущее значение показано на рисунке);
Основные параметры тороидального сердечника
- Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
- f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.
- Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:
- (полученный результат округляется в большую сторону)
- Величина UI определяется выражением:
- UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ— уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).
- Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:
- Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.
- Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:
- Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:
- Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.
Использованная литература
- Вдовин С. С. «Проектирование импульсных трансформаторов» 1991
- П.Н. Матханов «Расчет импульсных трансформаторов» 1980
- Хныков А.В. «Теория и расчет трансформаторов» 2004
- Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками – информационная статья — «РУСЭЛТ»
Найти подходящий элемент в магазине иногда проблематично, поэтому домашние умельцы делают его сами. Сам процесс не вызывает никаких затруднений, чего нельзя сказать о расчете характеристик. Такие устройства можно установить в электрошокер, блок питания, зажигалку, ионизатор воздуха и т.д.
Смысл и предназначение
Высоковольтные трансформаторы (ВВ) принадлежат к преобразователям напряжения, используются для преобразования высоковольтного напряжения в низковольтное, которое используется для электроснабжения различного оборудования. Принцип их работы мало отличается от силового трансформатора.
Особенностью является разница в количестве витков в первичной и вторичной обмотке: в понижающем трансформаторе их больше, в повышающем – меньше.
Все устройства можно классифицировать по:
Специальные монтируют в радиоприемники, телевизоры, устройства связи, бытовую технику. Практически все они маломощные (несколько кВА), рассчитаны на частоту 50 Гц, устанавливаются исключительно внутри. Число намоток зависит от типа оборудования, на которое они устанавливаются. Изоляцию обрабатывают эпоксидной смолой.
Электротехнические характеристики
Чтобы правильно изготовить модель самостоятельно, определяют ряд параметров:
Значение w увеличивают на 5-10%, т.к. часть напряжения теряется из-за сопротивления.
Из какого материала сделать магнитопровод?
Если нужен маломощный преобразователь, подойдет стержневой или броневой магнитопровод. В первом варианте стержни расположены вертикально. Во втором случае стержни имеют прямоугольное сечение и расположены горизонтально. Эта конструкция сложнее, поэтому и встречается реже.
В повышающем часто устанавливаются Ш-образные ферритовые магнитопроводы, сложность в конструкции заключается в необходимости подбора точного размера стержня. Если для сборки используется запчасть с другой техники, толщина пакета пластин определяется на основании мощности. Пластинки вставляются в катушку и стягиваются гайками и шпильками.
Что нужно для внутренней части?
Для понижающего преобразователя с парой катушек подойдет ферритовый магнитопровод. Взять его можно из старого телевизора или компьютера (вырезать из центрального керна силового трансформатора).
Часто их покрывают эпоксидкой, поэтому для разборки ее нагревают строительным феном. Для кернов применяется угловая шлифмашина, не стоит их раскалывать. Чтобы выровнять поверхность, ее заклеивают скотчем, а нарастить длину можно, соединив два стержня и склеив их супер-клеем.
Диаметр провода
- Параметр определяется силой и плотностью тока, в среднем 2 А/мм2.
- Если изделия с полученным диаметром нет, можно взять несколько более тонких, соединить их параллельно, чтобы суммарное сечение было больше расчетного.
- Для толстого провода в последней формуле коэффициент может составлять 0,65-0,7. Чтобы не рассчитывать ее, можно воспользоваться таблицей:
Далее определяется площадь с изоляционным материалом: s' = 0,8d^2 – но здесь берется характеристика из таблицы, с изоляцией.
Чтобы получить площадь окна сердечника, суммируют все полученные показания площадей, и умножить показатель на 2 или 3.
Как наматывать?
Сердечник 5 раз укрывают скотчем, вкладывают в желоб провод, наматывают обмотку-1. Оба конца должны быть выведены на одну сторону и изолированы тефлоновой лентой или кембриком. Для фиксации последнего витка можно использовать обычную нить, так он не будет разматываться.
Поверх этого укладывают 4-5 кругов скотчем, помещают стержень в корпус от шприца длиной 3 см. Его также обматывают скотчем дважды и выполняют вторичную намотку, ширина составляет полтора сантиметра. Каждый слой изолируется скотчем или дважды фторопластовой лентой. Концы выводят на разные стороны, с одного делают три вывода, со второго – один.
Все это снова изолируется клейкой лентой в пять слоев, к нему припаивают гибкие провода для вывода, изолируют повторно.
Если где-то происходит обрыв, место зачищают, скручивают, спивают, изолируют. Поэтому можно использовать старый провод, главное, чтобы он был правильно спаян. Чтобы повысить электропрочность, каждый слой намотки пропитывают акриловым лаком или эпоксидкой.
Витки располагают максимально близко друг к другу, по возможности параллельно сердечнику.
Сборка
Эпоксидная смола – обязательная составляющая конструкции. Она устраняет пузырьки воздуха, которые в будущем приведут к пробоям и протечкам. Поэтому позаботьтесь о каркасе и вакуумной установке. Для последней необходимы:
В крышке создают отверстие, вставляют шланг, изолируют место герметиком и пластилином с обеих сторон. Воздух выкачивается шприцем до вжатия крышки.
Смолу нагревают, добавляют отвердитель. Каркас подойдет и обычный бумажный, к нему крепят цилиндр того же диаметра с помощью термоклея. На полное застывание уходит 24 часа, после этого каркас снимают.
Чтобы избежать ошибок, его проверяют на целостность магнитопровода, наличие разрывов в проводах, целостность изоляции. Для этого потребуется мультиметр, его устанавливают в режим МОмм и замеряют сопротивление между обмотками, и ними и корпусом. Далее эксперимент повторяют в рабочем состоянии, проверяют ток и коэффициент трансформации. Другой вариант – прозвон выводов.
После этого можно приступать к эксплуатации.
Самостоятельное изготовление импульсного трансформатора, дросселя
Приемы намотки импульсного дросселя / трансформатора. (10+)
Самостоятельное изготовление импульсного трансформатора, дросселя
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
Материал является пояснением и дополнением к статье:Расчет трансформатораПроектирование силового импульсного трансформатора.
Надежность и коэффициент заполнения
При намотке трансформатора необходимо добиваться максимальной плотности заполнения. Чем плотнее лежат витки, тем плотнее прилегают обмотки друг к другу и сердечнику, тем меньше потери и помехи. Кажется, что проще всего для плотного заполнения мотать виток к витку, слой поверх слоя.
Но если Вы мотаете трансформатор вручную, без станка, то ровно положить витки при такой намотке не получается. В результате плотность и качество намотки получаются низкими. Кроме того при такой намотке витки верхних слоев проваливаются внутрь обмотки и располагаются рядом с витками нижних. А напряжение между слоями может быть высоким.
При нагреве и вибрации в реальных условиях эксплуатации может произойти пробой. Мы убедились, что при ручной намотке оптимальным является прокладка тонкого слоя изоляции после каждого слоя. Так проще мотать, надежнее изоляция. Как это не странно, но получается более плотная намотка.
Если мотаем станком, то такой необходимости нет, так как станок кладет витки ровно и плотно. Верхние витки не проваливаются внутрь и контактируют только с предыдущим слоем.
Скин-эффект
| Вашему вниманию подборка материалов:Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам |
О скин-эффекте мы уже писали в статье про расчет трансформатора. Этот эффект возникает из-за вытеснения тока из проводника на его поверхность. Снизить его можно, осуществляя намотку не одним толстым проводником, а жгутом из тонких проводников. Для частот до 100 кГц можно применять провод 0.25 мм, до 1 МГц — 0.1 мм, для более высоких частот 0.05 мм.
Другим способом борьбы со скин-эффектом является выполнение обмотки толстой (0.1 мм) медной фольгой. Такой фольгой удобно мотать на прямые каркасы. Намотать фольгой обмотку на торе нам не удавалось.
Чтобы намотать обмотку фольгой, нужно вырезать полосу фольги на 6 мм уже ширины каркаса, напаять на начало и конец полосы выводы из изолированного провода. Причем напаять так, чтобы выводы находились с разных сторон фольговой ленты. Это обеспечит равномерное распределение тока по всей площади ленты.
Вырежем полоску трансформаторной бумаги шириной каркаса. Сложим полосу фольги и полосу бумаги так, чтобы фольга располагалась на бумаге ровно посередине, и минимальное расстояние от края фольги до края бумаги было 3 мм. Это обеспечит нам надежную изоляцию. Фольгу и бумагу можно скрепить клеем.
Так удобнее мотать. Теперь наматываем полученную бумажно-медную ленту на каркас. Снаружи обмотку изолируем слоем трансформаторной бумаги.
Индуктивность рассеивания
Одним из отличий реального трансформатора от идеального является наличие индуктивности связи (рассеивания) между обмотками. Нарастание напряжения на первичной обмотке приводит к увеличению тока в нагруженной вторичной не сразу, а с некоторой задержкой. Так проявляется индуктивность рассевания.
При высоких частотах работы индуктивность связи является серьезной проблемой. Чтобы ее уменьшить, первичную обмотку делают из двух. Сначала мотают нужно количество витков первичной обмотки жгутом с количеством проводов вдвое меньше расчетного. Потом мотают вторичные обмотки.
Потом еще раз мотают нужное для первичной обмотки количество витков оставшейся половинкой жгута. Теперь две части первичной обмотки соединяют параллельно. Будьте внимательны. количество витков верхней и нижней частей первичной обмотки должны быть строго одинаковые, иначе будет короткое замыкание.
Описанный прием позволяет снизить индуктивность связи (рассеивания) втрое.
(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.
Расчет трансформатора для инвертора
Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники.
Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника.
Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://oldoctober.com/
Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.
- На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
- Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
- D – внешний диаметр кольца.
Светодиодный аналог ДРЛ 250 — TL-STREET 55 ST (Д)
- d – внутренний диаметр кольца.
- H – высота кольца.
- В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
- Пример: К28х16х9
- Вернуться наверх к меню.
Разновидности
В зависимости от конструктивных особенностей различают следующие разновидности импульсных трансформаторов:
- стержневые;
- броневые;
- тороидальные, с намоткой провода на изолированный сердечник, не предполагающие применения катушек;
- бронестержневые.
Виды магнитопроводов
Поперечное сечение сердечника в большинстве устройств выполняется в форме круга или прямоугольника, по аналогии с силовыми аппаратами.
- Также читайте: Что такое высоковольтный выключатель
- Основные характеристики устройств нанесены на корпус, поэтому из условного обозначения можно почерпнуть информацию об главных параметрах оборудования.
Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора
Напряжение питания.
Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!
- Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:
- 242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
- 341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).
- Индукция.
Подсветка натяжного потолка светодиодной лентой
- Определяем примерную величину индукции по таблице.
- Пример: М2000НМ – 0,39Тл.
- Частота.
Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.
Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.
Марганец-цинковые ферриты
| Параметр | Марка феррита | |||||
| 6000НМ | 4000НМ | 3000НМ | 2000НМ | 1500НМ | 1000НМ | |
| Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц | 0,005 | 0,1 | 0,2 | 0,45 | 0,6 | 1,0 |
| Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл | 0,35 | 0,36 | 0,38 | 0,39 | 0,35 | 0,35 |
Никель-цинкове ферриты
| Параметр | Марка феррита | |||||
| 200НН | 1000НН | 600НН | 400НН | 200НН | 100НН | |
| Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц | 0,02 | 0,4 | 1,2 | 2,0 | 3,0 | 30 |
| Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл | 0,25 | 0,32 | 0,31 | 0,23 | 0,17 | 0,44 |
Вернуться наверх к меню.
Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».
Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.
Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.
Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.
В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.
Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».
Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.
Вернуться наверх к меню.
Правильная намотка импульсного трансформатора
Приветствую, Самоделкины!
Как известно трансформатор — основной элемент любого источника питания. Новички радиолюбители довольно часто задаются вопросом: как правильно произвести намотку трансформатора самостоятельно? Поэтому данная инструкция (автор: Роман, YouTube канал «Open Frime TV») полностью посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.
Итак, давайте начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Зачастую случается так, что люди берут любой попавшийся под руку трансформатор и начинают на нем мотать свои обмотки, при этом не задумываясь об одной мелкой, но очень важной детали, которая называется зазор.
Существует 2 основных типа схемы управления трансформатором: однотактная и двухтактная.
Из рисунка выше видно, что к двухтактным относят: мост, полумост и пуш-пул. В этих схемах зазора в сердечнике быть не должно, причем это касается не только силового трансформатора, но и ТГР.
Что касается однотактных схем, они бывают прямоходовые и обратноходовые, вот у них зазор в сердечнике должен быть обязательно, поэтому первым делом всегда необходимо более подробно ознакамливаться с тем, что вы делаете.
Для более наглядного примера в этой статье мы рассмотрим намотку 2-ух различных трансформаторов, один для двухтактной схемы, второй соответственно для однотактной.
Мотать трансформатор автор решил для готовых проектов. Первый — блок на SG3525. Схема представлена ниже.
Как видим из схемы — это полумост. Таким образом данный тип относится к разряду двухтактных схем, следовательно, как упоминалось в начале статьи — зазор в сердечнике не нужен.
С этим определились, но это еще не все. Перед намоткой необходимо произвести специальные вычисления (рассчитать трансформатор). Благо в интернете без особого труда можно найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.
Благодаря автору данных программ, а их у него далеко не одна, количество самопальных блоков питания постоянно растет. Вы можете ознакомиться со всеми программами данного автора, но в примере мы разберем только две из них. Первая – это «Lite-CalcIT Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» (Версия 4.1).
Вдаваться в подробности не будем, затронем только важные моменты. Первый — это выбор схемы преобразователя: пуш-пул, полумостовая или мостовая. Далее у нас строка выбора напряжения питания, его также необходимо указать, можно указывать или уже выпрямленное напряжение (постоянное) или просто сетевое (переменное). Ниже поле для ввода частоты преобразования.
Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор устанавливает частоту в районе 40-50Гц, выше поднимать не нужно. Далее следует указать характеристики преобразователя. В соответствующих колонках указываем напряжение, мощность и провод, каким будет производиться намотка.
Не забываем указать схему выпрямления и поставить галочку на «Использовать желаемые параметры».
Помимо этого, в программе присутствуют еще 2 важных поля для заполнения. Первое — это наличие или отсутствие стабилизации.
При включенной галочке программа автоматом накидывает пару витков на вторичку для зазора работы ШИМ. Второе поле — это охлаждение. Если оно присутствует, то можно из трансформатора выжать больше мощности.
И последнее, но самое важное – необходимо указать какой сердечник будет использоваться при намотке данного трансформатора.
Большинство стандартных номиналов уже занесены в программу, тут остается только выбрать необходимый. И вот, когда все поля заполнены, можно нажимать кнопку «Рассчитать».
В результате получаем данные для намотки нашего трансформатора, а именно количество витков первички и вторички совместно с количеством жил.
Необходимые расчеты произвели, можно приступать к обмотке. Важный момент!
Все обмотки мотаем в одну сторону, но начало и конец обмотки располагаем строго по схеме. Пример: допустим мы поставили начало обмотки тут (подробнее на изображении ниже), намотали необходимое количество витков и сделали вывод.
Давайте визуально представим, как течет ток. Допустим он течет так:
Тогда он потечёт по проводу в указанную сторону. А теперь мы просто поменяем начало и конец обмотки местами.
Хоть намотка и производилась справа, ток потечет в обратном направлении и это будет равносильно тому, что мы намотали обмотку влево. Таким образом по точкам на схеме можно легко проводить фазировку, главное при этом все обмотки мотать в одну сторону.
С примером разобрались, приступаем к реальной намотке. Начало обмотки у нас в этой точке (смотри изображение ниже), значит отсюда и будем мотать.
Стараемся равномерно укладывать витки, также необходимо избегать пересечение провода и различных узелков, петель и тому подобных явлений. От того как вы намотаете трансформатор зависит дальнейшая работа всего блока питания.
Системы и виды производственного освещения
Мотаем ровно половину первички и делаем отвод, только не прямо на пин трансформатора, а вверх. Дальше будем мотать вторичку, а поверх неё оставшуюся первичку.
Таким образом повышается магнитная связь обмоток и уменьшается индуктивность рассеяния.
Между обмотками необходимо использовать изоляцию. Отлично подойдет вот такая из термоскотча.
А для самого последнего слоя изоляции можно использовать майларовую ленту для красоты.
Вторичная обмотка наматывается точно так же, как и первичная.
Припаиваемся к началу обмотки и равномерно виток к витку мотаем. При этом желательно чтобы вторичка поместилась в один слой. Но если же вы рассчитали на большее напряжение, то необходимо второй слой равномерно растянуть по всему каркасу.
Когда намотали слой, то опять же делаем отвод вверх и начинаем мотать вторую часть вторички. Мотается она точно так же, как и первая.
Вот тут уже стоит каким-либо образом пометить где у вас первая половина вторички и где вторая.
Следующий шаг
– домотка первичной обмотки. В этом случае автор обычно оставляет себе пустой пин на печатной плате, чтобы туда можно было подключить среднюю точку первички.
Вот с этого пина и начинаем мотать оставшуюся первичку, все также равномерно.
Вот тут уже отводить вверх конец провода не стоит, можно сразу завести его на положенное место. Затем проводим такую же операцию для оставшихся выводов.
Когда основные обмотки закончили, можно приступать к намотке дополнительных, в данном случае это обмотка самозапита. С ней все точно также, начало и конец обозначены на печатной плате, изолируем и мотаем.
Верхний слой, как уже говорилось ранее, покрываем майларовой лентой. Вот, теперь трансформатор похож на промышленный образец.
Примечание для начинающих!
Как правило начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания не стабилизированными на микросхемах типа IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: мол намотал на одно напряжение, а на выходе получил другое.
Перемотка результатов не дает. В чем же дело? А дело в том, что необходимо проводить измерения при нагрузке как минимум 15% от номинала.
А то получается, что выходной конденсатор зарядился до амплитудного значения, собственно его вы и измеряете, и не можете понять что не так.
Намотка трансформатора обратноходового блока питания ничем не отличается от предыдущего, только для расчета будем использовать уже другую программу из того же пакета программ – «Flyback – Программа расчета трансформатора обратноходового преобразователя» (Версия 8.1).
Указываем необходимые параметры: частоту, выходные напряжения и так далее, это не столь важно. Единственный момент, заслуживающий особого внимания — это зазор в сердечнике и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры необходимо будет как можно точнее соблюсти.
Загрузка...
