Расчет трансформатора импульсного блока питания: Расчет и намотка импульсного трансформатора

Содержание

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

Расчет трансформаторного блока питания: методика, формула, подбор устройства

Практически любой образец современной техники нуждается в трансформаторе. Этот элемент электрической сети предусматривают в схеме подключения для разделения сетей постоянного и переменного тока, соединений с разными напряжениями и т. д. В домашних условиях сделать простейший трансформатор в состоянии любой радиолюбитель, ничего сложного в состав устройства не входит, однако необходимо рассчитать трансформаторный блок питания.

Методика расчета импульсного трансформатора

Еще со школьной скамьи любой человек помнит, что эффективность преобразования зависит от количества витков на первичной и вторичной обмотке трансформатора, а сама работа устройства основана на явлении индуктивности. Но не совсем ясно, как учесть количество витков, соотнести первичную и вторичную обмотку с выбранным типом трансформатора, а так же учесть неизбежные потери напряжения.

Отмечу, что импульсный трансформатор можно считать простейшим представителем устройств. При этом в заводском варианте выпускают следующие типы подобных устройств:

  1. Стержневой.
  2. Броневой.
  3. Тороидальный.
  4. Бронестержневой.

Сразу скажу, что в статье речь пойдет именно о расчете тороидального трансформатора, поскольку именно этот вид устройства прост в изготовлении и расчете. Теоретически дома можно изготовить и стержневое устройство, но для него требуется обустройство катушки. К этому процессу предъявляются повышенные требования в плане аккуратности выполнения работ. Поэтому проще не замахиваться на изготовление заводской продукции в кустарных условиях, тем более что и тороидальные модели прекрасно работают.

Остальные же варианты трансформаторов и вовсе изготовить в условиях домашней мастерской невозможно. Если говорить о расчете, то в качестве исходных данных вам потребуется:

  • Напряжение на входе. Его можно просто замерить в сети, хотя чаще всего этот параметр равен 220В.
  • Параметры тока на выходе. Сюда в обязательном порядке относят напряжение и силу тока в сети после преобразователя.

Все остальное рассчитывается.

Вручную

Конечной целью расчета считается определение параметров на первичной и вторичной обмотке. Проблемой является необходимость определения трех параметров, которые простому человеку найти довольно сложно. В силу этой причины в СССР была разработана табличная методика расчета.

P W1 W2 S η
Меньше 10 Вт 41/S 38/S 0,8
Меньше 30 Вт 36/S 32/S 0,9
Меньше 50 Вт 33/S 29/S 0,92
Меньше 120 Вт 32/S 28/S 0,95

Стоит просто идти по строке, расчет строится на результатах проведенных в лабораториях опытов. То есть все формулы – чистая практика.

При помощи специального ПО

Существуют различные программы для обработки данных и расчета трансформатора. Сюда входит множество онлайн и оффлайн приложений. В отдельности стоит выделить программу ExcellentIT 8.1. Это бесплатное программное обеспечение от одного из постоянных обитателей форумов об электросиловых установка.

После запуска программы перед вами появится несколько окон с пустыми полями вводных данных. После их заполнения нажимается кнопка «Ок» и компьютер делает все за вас. Результаты вычислений ПО и ручного расчета примерно одинаковы, так как именно на основании табличной методики разработаны практически коды компьютерного обеспечения для расчета трансформаторов.

Примеры расчета

Порядок вычислений по таблице выглядит следующим образом:

Мощность вторичного пользователя

  • Определим мощность вторичного пользователя трансформатора. Формулу изучали в 9 классе на уроках физики:

Р = Uн * Iн = 24*1,8 = 43,2 Вт – примем условное напряжение вторичного источника в 24 Вт и силу тока в 1,8 А. В общем и целом это рядовые значения электроники средней сложности

Но вот проблема, в таблице используется габаритная мощность. Для ее нахождения придется использовать КПД, а по таблице КПД определяется в зависимости от используемой габаритной мощности. Поэтому используем предположение, что габаритная мощность находится в том же числовом промежутке, что и вычисленное значение («Меньше 50»).

Габаритная мощность

Тогда мы знаем КПД=0,92 и можем посчитать габаритную мощность трансформатора.

  • Р
    г
    = Р/ η= 43,2 / 0,92 = 48Вт – а вот по этому значению уже можно выбирать дальнейшее решение, но это все та же категория «Меньше 50». Если бы габаритная мощность не попала в предполагаемый интервал, пришлось бы провести повторные вычисления для большего интервала. Если и больший интервал не подойдет, значит можно смело использовать меньший. Вычисления несложные, поэтому любое их количество все равно сэкономит время на поиск сложных параметров расчета.
  • Определим площадь поперченного сечения. Согласно таблице формула выглядит так:

Результат получаем в см2. Следующим шагом берется любой каталог с выпускаемыми в России сердечниками. В первую очередь нас интересуют сердечники из ферримагнитного железа. Проверяем выбор по соответствию посчитанной площади.

К примеру, нам может подойти модель сердечника – ОЛ50/80 – 40; его площадь поперечного сечения равняется 6, что можно считать практически равной посчитанной.

Количество витков

  • Посчитаем количество витков на первой обмотке.

w= 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Здесь нужно обратить внимание на две вещи. Во-первых, витки посчитаны на 1 вольт, то есть это еще не конечный результат. Во-вторых, для расчета использовалось значение не теоретического сердечника, а реального, подобранного в соответствии с посчитанной величиной поперечной площади.

Остальные витки

  • Теперь в соответствие с формулами можно найти и оставшиеся значения витков:

W1-1 = w1 * Uс =5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 5,55 * 24 = 133 витка.

Импульсные трансформаторы отличаются тем, что потери в них преодолеваются с помощью активного сопротивления, а не плотности потока. Чтобы уменьшить потери мощности на этот процесс и приблизить расчеты к реальности, количество витков увеличивают на 3 процента.

Во всем мире это значение признается достаточным для того, чтобы уменьшить потери.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Диаметр провода обмотки

  • Окончательным вычисление станет после определения требуемого диаметра провода обмотки:

d = 1,13 √(I / j)

Иначе говоря, сила тока делится на плотность потока, которую ищут по таблице, представленной внизу.

Конструкция трансформатора Габаритная мощность трансформатора
5-10 10-50 50-150 150-300 300-1000
Кольцевая 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,5 3,0-3,5 2,5-3,0

Так как мощность приближается к верхней границе интервала 10-50, выберем значение 4,5. Тогда диаметр можно посчитать как:

D=1,13 √(1,8 / 4,5)=0,71 мм – по заводской таблице выбрать подходящий вариант.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

  • Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
  • Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Как подобрать подходящий трансформатор

Выбрать подходящий трансформатор можно большим количеством способов, но львиная доля это безысходность или незнание мастера. Выделим три наиболее простых и применимых в практике метода:

  • Первый. Взять старый трансформатор, вышедший из строя. Посмотреть маркировку и найти в Интернете аналог. Если вдруг трансформатор требуется для иных целей, придется повозиться.
  • Второй способ: практический. Для этого следует замерить напряжение и силу тока в сети, а затем посмотреть требуемые параметры устройства, которое планируется подключать через трансформатор. После этого нужно посчитать коэффициент трансформации и, вооружившись этими знаниями, идти выбирать подходящую модель.
  • Третий способ: аналитический. Воспользоваться приведенным в статье расчетом или программным обеспечением, чтобы определить конкретные параметры модели. Если учесть, что в примере используются реальные сердечники и диаметры проводов, то реально найти устройство, которое будет соответствовать заявленным требованиям.

Можно ли использовать планарный трансформатор

Конечно, можно. Но, вопрос в том, нужно ли. Планарным трансформатором зовут устройство на основе распечатанной платы. Использование подобных моделей незаменимо для компактной техники, вроде телефонов, компьютеров и прочего.

Однако, если речь идет о замене или самостоятельном конструировании прибора, то столь инновационная технология не нужна в силу дороговизны и сложности монтажа.

Не нужно изобретать велосипед: есть целый ряд методик расчета, создания и монтажа традиционных трансформаторов, которые готовы выполнить для пользователя практически любую задачу. Использование планарного трансформатора оправдано только при предъявлении к устройству требования особой компактности и мобильности.

Намотка и расчет трансформатора. Подробно

Приветствую, Самоделкины!

Расчеты и намотка импульсного трансформатора относительно сложный процесс, с которым многие предпочитают не связываться. Однако, многие самоделки нуждаются в источнике питания, но из-за сложности схем источников питания, радиолюбители часто используют железные трансформаторы.


Они надежны, но, когда речь идет о размерах и весе, уступают импульсным источникам питания. Перед вами сейчас 2 трансформатора.

Оба они где-то на 300 ватт. В чем их отличие, достоинства и недостатки, думаю и так понятно. Сегодня мы поговорим о намотке импульсного трансформатора для сетевого импульсного источника питания. Из этой статьи вы сможете ознакомиться непосредственно с самим процессом подготовки трансформатора, расчета и намотки.
Для начала нужно определиться с трансформатором.

Нужный сердечник естественно можно купить в магазине, но думаю каждый найдет у себя нерабочий компьютерный блок питания.

Ведь в любом блоке питания есть трансформатор, точнее целых три: трансформатор дежурки, управления и основной силовой.

Силовой трансформатор ни с чем не спутаешь, он самый большой.

Аккуратно выпаиваем его, а плату обратно отправляем на чердак.


Далее из трансформатора убирается фиксирующий скотч, сам сердечник нужно нагреть, например, паяльником или паяльный феном, а можно также сварить в кипятке.

Способы разборки импульсных трансформаторов уже не раз показывались в видеороликах автора (кому интересно, ссылка будет в описании под видеороликом).

Нагревается трансформатор для ослабления клея, которым приклеены половинки сердечника. Далее аккуратно снимаем половинки сердечника, после начинаем демонтаж старых обмоток. Тут любые способы хороши, так как провод от старых обмоток нам больше не пригодится.


После аккуратной разборки трансформатора нужно и каркас, и половинки сердечника очистить от старого клея.

Все вроде бы готово, теперь начинается самое интересное — расчет трансформатора. Вы, наверное, подумали, что будут формулы и тому подобное, но нет, на самом деле у меня для вас отличная новость. В настоящее время существует множество приложений как для смартфона, так и для компьютерных операционных систем. Автор решил разобрать процесс расчета на примере такого приложения:


Оно все сделает за вас. Открываем приложение и выбираем топологию преобразователя, в данном случае это полумост.

После этого указываем желаемой диаметр провода первичной обмотки.

Далее выбираем тип силовых транзисторов, у нас это полевики, поэтому выбираем MOSFET.

Для наиболее точного расчета советую в даташите выбранного транзистора посмотреть выделенный красным на рисунке ниже пункт или сопротивление открытого канала, и вбить этот параметр в программу.

Далее нужно указать напряжение питания. Выбирая один из двух пунктов (сетевое или постоянное), программа автоматически подбирает минимальное номинальное и максимальное напряжение, но эти данные можно менять вручную. Кстати, программа может делать расчет трансформатора как для понижающего, так и для повышающего преобразователя.
Далее выбираем сердечник.

Тут все просто, штангенциркуль в руки и в добрый путь.


Приложение содержит огромную базу данных с характеристиками популярных сердечников: кольцевой, Ш-образный и даже броневые.

Вы обязательно найдете нужный вам сердечник, ну или максимально похожий по параметрам, главное искать внимательно. Основные параметры сердечника дополнительно не выводятся, это скрыто от глаз пользователя для того, чтобы упростить программу. После выбираем частоту преобразователя в Герцах, в нашем случае это 50 кГц или 50 000 Гц.

Далее нужно указать требуемое выходное напряжение, ток и желаемый диаметр провода вторичной обмотки.
Ну и в самом конце, выбираем тип выпрямителя.

В нашем случае он однополярный со средней точкой и падением напряжения на диодах. В случае обычных диодов, это как правило 0,5-0,7 В. А в случае диодов Шоттки – 0,15 – 0,3 В. Эти параметры легко проверить с помощью мультиметра.


Осталось только нажать на кнопку «Показать результат» и все готово. Если что-то не так, то программа выведет ошибку, и скажет, что нужно менять.

В самом низу отображаются основные параметры, которые требовалось узнать: число витков и диаметр провода первичной и вторичной обмотки, минимальное номинальное и максимальное напряжение на вторичной обмотке, но это не все. Так же программа посчитает и выведет на экран габаритную мощность сердечника, мощность, потребляемую нагрузкой, КПД инвертора и многое другое.

При расчете важно указать наличие активного охлаждения или вентилятора. Если он имеется, то с трансформатора можно снять больше мощности. Программа выдает оптимальные данные для намотки, которые естественно зависят от самого сердечника, рабочей частоты генератора и наличия активного охлаждения. В нашем случае габаритная мощность сердечника около 60Вт, несмотря на то, что он из компьютерного блока питания. Конечно можно снять и больше мощности, но это уже будет не штатный режим для такого сердечника. На данный момент, это приложение доступно на двух языках: русский и английский и только для пользователей операционной системы android, но очень скоро выйдет и версия для ценителей яблочной продукции. Приложение платное, но можете воспользоваться аналогами. Ссылку на данное приложение автор оставил в описании под видео.
После расчета, зная все необходимые параметры, начинаем намотку. Очень желательно намотку делать так: сначала на голый каркас мотаем половину первичной обмотки, затем вторичную обмотку целиком, а поверх вторую половину первички (как это сделано в трансформаторе компьютерных блоков питания).

Но можно не заморачиваться, так что мотаем первичку целиком, а поверх вторичную обмотку. Не забываем изолировать каждый слой намотки.


Мотаем максимально аккуратно — виток к витку.

В конце мотаем вторичную обмотку. Для удобства обе плечи мотаем сразу сдвоенным проводом.

Эту обмотку тоже мотают послойно, желательно каждый слой изолировать. Но если обмотка низковольтная этого можно не делать, но желательно.


Готовый трансформатор собираем обратно. Сердечник можно приклеить, а можно просто стянуть скотчем, или и то, и другое.


Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик:


Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Намотка трансформатора для импульсного источника питания

В процессе изготовления блока питания наткнулся на практически полное отсутствие информации о том как наматывать импульсный трансформатор: по часовой или против часовой стрелки, обмотки должны быть намотаны в одну сторону или в разные? В этой статье привожу свои умозаключения по этому поводу. Надеюсь представленная здесь информация будет полезна.

Так как это мой персональный блог, то позволю себе сделать лирическое отступление и рассказать о своих страданиях в данной области, несмотря на то, что один мой коллега как-то заметил: «Никого не интересует как ты сделал это. Главное — результат!».

Захотел я как-то собрать импульсный блок питания. Схему взял с радиокота. За схему автору спасибо!

Мотивировался простотой и подробностью описания схемы — вплоть до изображения намотки трансформатора. Однако как показала практика, и этого оказалось недостаточно…

К моему большому сожалению с первого раза схема не заработала должным образом — напряжение на выходе скакало от 3 до 5 вольт. После непродолжительных мучений взорвалась управляющая микросхема. Причем взорвалась буквально, отлетел кусок пластикового корпуса и были видны её «мозги». Эта неудача меня не огорчила, а наоборот прибавила решительности довести дело до ума. Купив новую микросхему и намотав, на всякий случай, новый трансформатор, я повторил эксперимент. В результате на выходе напряжение отсутствовало вовсе. После перепроверки схемы я обнаружил, что не правильно впаял оптопару. Заменив на всякий случай оптопару и впаяв её правильно я подал сетевое напряжение на вход… и снова пиротехнический эффект. Микросхема снова показала свои внутренности. От досады я сгреб все в ящик стола на несколько дней. Но идея сделать этот блок питания не покинула меня.

После длительных размышлений над смыслом бытия и о том в чем могла быть ошибка я пришел к выводу — что-то не так с трансформатором. Было решено избавиться от цепи BIAS (обозначена красным на схеме), чтобы еще упростить схему, а также понять как все-таки нужно наматывать трансформатор. В результате появились такие картинки (см. ниже).

Начнем с рассмотрения первичной обмотки трансформатора.

Для упрощения рассмотрим один виток первичной обмотки. Точкой обозначено начало обмотки. Обмотку мы наматываем против часовой стрелки (можно и по часовой стрелке, никто не запрещает, но в этом случае, как мы увидим далее, вторичную тоже нужно будет мотать по часовой стрелке). На схеме блока питания более положительный потенциал подключен к концу первичной обмотки (на рисунке обозначен как «+»), а более отрицательный потенциал к началу обмотки («-» на схеме). Из курса средней или высшей школы (в моем случае высшей, т.к. физику я начал учить только в институте) мы помним, что движущиеся электрические заряды создают магнитное поле, причем направление линий индукции магнитного поля определяется правилом буравчика. Эти линии на рисунке изображены элипсами со стрелочками. Суммарное магнитное поле проходит как бы от наблюдателя, через плоскость монитора и выходит с обратной стороны. В школе нас учили обозначать вектор крестиком (Х), если мы смотрим на него сзади и точкой, если смотрим на него спереди. Таким образом обозначен суммарный вектор магнитной индукции В в центре одиночного витка.

С первичной обмоткой разобрались. А теперь, товарищи, взгляните на вторичную обмотку. Согласно правилу Ленца, в замкнутом контуре, помещенном во внешнее магнитное поле (в данном случае созданном первичной обмоткой) возникает ток, направление которого стремиться ослабить внешнее поле. Точнее внешнее поле ослабляет не сам ток, а магнитное поле, которое он создает. Это поле вторичной обмотки обозначено на рисунке маленькими элипсами. Как видно, его направление противоположно магнитному полю первичной обмотки. Это поле, согласно школьным правилам отмечено жирной точкой в центре витка. Для упрощения рисунка часть силовых линий магнитного поля В была удалена. А теперь вопрос: каким должно быть направление тока во вторичной оботке, чтобы создать магнитное поле такого направления?. . Правильно, ток должен идти от начала вторичной обмотке к ее концу, т.е. на начале обмотки у нас более положительный потенциал (+), а на конце — минус. Теперь смотрим на схему блока питания. Действительно, «плюс» выходного напряжения начинается с начала вторичной обмотки, а «минус» — с конца.

Желающие могут потренироваться в рисовании силовых линий магнитного поля. Лично я ими исписал несколько тетрадных листов:)

Из всего выше сказанного следует, что обе обмотки трансформатора следует мотать против часовой стрелки. Собственно автор схемы это и изобразил на рисунке. После подробного анализа мне стало ясно почему это так, а не иначе.

Ну и в качестве завершения истории… Разобравшись с этой кухней я заново спаял схему. На этот раз навесным монтажем и без цепи BIAS. Какова же была моя радость когда я у видел на дисплее мультиметра заветные 5.44В 🙂 Думаю многим из нас знакомо это чувство.

Рассуждения представленные здесь ни в коем случае не претендуют на то чтобы быть единственно правильными. Возможно в чем-то они упрощены, но мне они показались весьма логичными, т.к. направление токов и магнитных полей полностью согласуются. А в качестве вознаграждения за проделанный труд я получил работоспособную схему. В будущем планирую повторить опыт с несколькими вторичными обмотками трансформатора. Всем спасибо за внимание!

P.S. В качестве дополнения представляю несколько полезных ссылок на которые я наткнулся в процессе исследования данной проблемы.
Намотка импульсного трансформатора

Намотка импульсного трансформатора своими руками

Часть 1

Пролог

И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно.

Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор.

Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП).

После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт. Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

Великая битва или какой материал выбрать?

Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника».

Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.

Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:

1) должен быть магнитомягким, то есть легко намагничиваться и размагничиваться:

Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл 2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность. НасыщениеЯвление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется. В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник. 3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко 4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности. Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше… Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 оС и это у самый простых и дешевых марок. Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах

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

Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.

1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 оС — подходит? Еще лучше чем феррит! 2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает.

3) индукция насыщения до 1,2 Тл!, в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.

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

Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает.

Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев». Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу

Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора

Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста, а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм.

Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он.

Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.

Если в кратцезазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост», там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.

Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор: Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87) Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все! Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.

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

Привожу пример расчета на 2 кВт:Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий

Как производить расчет:

1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию: а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама.

Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов

б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц.

Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше, то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц

в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут

г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм2. Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров.

д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4. 2) Выделено синим. а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса. в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров. г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура). д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект Скин-эффектСкин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое. Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой» 3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее. 4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов. 5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки. Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.

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

Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.

Стадии изготовления

Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя.

Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!

Стадия 1: Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмотки

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

Стадия 2:

Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.

Стадия 3:

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

Стадия 4:

Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.

Стадия 5:

Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток окончена Стадия 6: Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке Киперная лентаКиперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей. Спасибо википедии.

Стадия 7:

Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора

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

Намотка дросселя

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

Стадия 1:

Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!

Стадия 2:

Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.

Стадия 3:

Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком

Эпилог

Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается.

Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах.

И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее.

Продолжение следует…

Часть 3

Источник: https://habr.com/post/358318/

Небольшой ликбез по намотке импульсных трансформаторов. — Лада 2109, 1.6 л., 1988 года на DRIVE2

Как видно из пред идущего блога я собираю слабенький усилитель на 100ват, и многие просили поподробнее рассказать как мотать эти трансформаторы)Обьект намотки кольца 45х28х8 проницаемость Н1500М в моем случае 4ре штуки.

Обьясняю почему… Забиваем в программу кольцо 45х28х8 и видим что габаритная мощность его одного всего 500 жалких ничтожных ватт… а выход прост берем 2 кольца притираем их друг к другу чтоб небыло зазоров и без клея скремляем их вкруговую изолентой.ВСЕ!Далее в проге вбиваем уже кольцо 45х28х16 и видим габаритную мощность 1000ватт.

Далее пишем проге че хотим то собственно от него в моем случае хочу 85 вольт и 1кВт.Выбираем как будет выпрямляться под свои нужды и тыкаем рассчитать.

  • Получаем резззззз и собственно берем проволку медную и вперед к намотке смотрим ниже=)

Затарился кольцами и деталями на пн

Вот так они будут располагаться

Притираем 2 кольца и скрепляем изолентой без клея!

Обматываем кольца (кто чем хочет хоть скотчем) в моем случае стекловолокно

По программе нам нужно 4 витка первичной обмотки. Берем кусок проволоки наматываем 4ре витка отмеряем длинну выводов отрезаем сматываем и по этой длинне наматываем на каком либо каркасе нужное нам число жил

отрезал померял

для каждоко кольца наматывал на оправку по две косы по 26 жил в каждой. Далее снимаем 26 жил с оправки немножко их скручиваем и матаем 4ре витка одной и рядышком 4ре витка другой

Сново обматываем туалетной бумагой

в итоге получаем такую картину намотана первичка епли 2 часа

Далее по верх мотаем вторичку снача делаем один виток замеряем его длинну 8,5см умножаем на число витков в моем случае 33 делаем оправку на 2,8 метра длинной в моем случае это 2 самореза между столами.

наматываем сразу 6 жил потом мультиком сфазируем. Делим 33 на 4 и примерно чюхаем на четверть кольца запихиваем 8 витков. наматываем 33 витка скрепляем в конце кто соплями кто приморозит я стекловолокном.

Источник: https://www.drive2.ru/l/6421531/

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.

  1. 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.

  1. Намотка импульсного трансформатора.
  2. 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.

  1. Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.
  2. Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.
  3. 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.

Источник: http://audio-cxem.ru/stati/raschet-i-namotka-impulsnogo-transformatora.html

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор?

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки.

Речь пойдёт о «ленивой намотке». Это когда лень считать витки. https://oldoctober.com/

Близкие темы.

  • Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?
  • Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
  • Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра.

Оглавление статьи.

Выбор типа магнитопровода

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.

  1. На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
  2. Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
  3. D – внешний диаметр кольца.
  4. d – внутренний диаметр кольца.
  5. H – высота кольца.
  6. В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
  7. Пример: К28х16х9
  8. Вернуться наверх к меню.

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.
  • 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.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации.

Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях.

Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален «Используемой мощности трансформатора».

Вернуться наверх к меню.

Особенности намотки импульсных трансформаторов

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

  1. Что для этого нужно?
  2. Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.
  3. Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.
  4. Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.
  5. 1 – кольцевой сердечник.
  6. 2 — прокладка.
  7. 3 – витки обмотки.
  8. D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

  • Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.
  • По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.
  • Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.
  • w = π(D – 10S – 4d) / d, где:
  • w – число витков первичной обмотки,
  • π – 3,1416,
  • D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
  • S – толщина изолирующей прокладки,
  • d – диаметр провода с изоляцией,
  • / – дробная черта.
  • Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.
  • Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
  • Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.
  • ● Мощность – 50 Ватт.
  • Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
  • Провод – Ø0,35мм.
  • D = 16мм.
  • S = 0,1мм.
  • d = 0,39мм.
  • w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).
  • Реально поместилось – 114 витков.
  • ● Мощность – 20 Ватт.
  • Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
  • Провод – Ø0,23мм.
  • D = 16мм.
  • S = 0,1мм.
  • d = 0,25мм.
  • w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).
  • Реально поместилось – 176 витков.
  • ● Мощность – 200 Ватт.
  • Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.
  • Провод – Ø1,0мм.
  • D = 24.
  • S = 0,1мм.
  • d = 1,07мм.
  • w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).
  • Реально поместилось 58 витков.
  • В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Вернуться наверх к меню.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

  1. При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.
  2. То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.
  3. Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.
  4. В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.
  5. При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.
  6. Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.
  7. Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.
  8. Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.
  9. При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.
  10. Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

Пример

34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток.

Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток.

Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

  • Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.
  • На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.
  • Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы

Вернуться наверх к меню.

21 Март, 2011 (11:33) в Измерения, Источники питания, Сделай сам

Источник: https://oldoctober.com/ru/pulse_transformer/

Сборка и наладка импульсного блока питания на ir2153 ir2155 своими руками

СБОРКА И НАЛАДКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА IR2153 IR2155

    Практическую часть статьи рассмотрим на примере схемы №2 первой части сатьи и чтобы не перепрыгивать туда-сюда расположим здесь принципиальную схему данного блока питания:

Принципиальная схема импульсного блока питания на микросхеме IR2153 (IR2155)

    Начинать сборку все равно с чего — либо с монтажа элементов на плату, либо с изготовления моточных деталей. Мы начнем с монтажа, поэтому лучше изучить чертеж расположения деталей повнимательней, к тому же некоторые элементы отличаются от предложенных на принципиальной схеме.     Например номиналы резисторов R16 и R18 отличаются чуть ли не в полтора раза.

В данном случае номиналя этих резисторов не принципиальны и могут располоагаться в пределах от 33 кОм до 100 кОм, поскольку служать прежде всего для разрядки конденсатора С4 при снятии напряжения питания. Второстепенную роль, которую они выполняют, это формировании виртуального нуля, т.е.

создания половины первичного напряжения, что немного предпочтительней простого соеднинения С13 и С14 с шинами питания.

    Резисторы R14 и R17 — формируют небольшую задержку немного увеличивая время реакции системы защиты. Номиналы этих резисторов могут располагаться от 33 Ом до 180 Ом.

Расположение деталей импульсного блока питания

        С13 и С14 — предназначены для развязки по постоянному напряжению обмотки трансформатора, на схеме 1 мкФ, на плате 2,2 мкФ.

При частоте преобразования 60 кГц реактивное сопротивление конденсатора на 1 мкФ будет составлять Хс = 1 / 2пFC = 5,3 Ома, учитывая то, что по «схемному» вариант по переменному напряжению получается паралельное соединение, т. е. получается 2 мкФ, то реактивное сопротивление составит 2,7 Ома.

При протекании через это сопротивление тока в 2 А на конднесаторе будет условное «падение» напряжения всего в 2,7 Ома х 2 А = 5,4 В, что составляет 1,8 %. Другими словами выходное напряжение блока питания будет изменяться менее чем на 2 % под нагрузкой и без нее за счет реактивного сопротивление конденсаторов.

При использовании конденсаторов на 2,2 мкФ в качестве С13 и С14 реактивное сопротивление составляет 1,2 Ома и под нагрузкой оно изменится на 0,8 %.

Учитывая то, что напряжениесети может колебаться до 7% и это считается нормой изменения в 0,8 — 2 % врядли кто заметит, поэтому можно использовать конденсаторы от 1 мкФ до 4,7 мкФ, правда в эту плату габариты емкостей на 4,7 мкФ уже не будут слишком велики.     Сопротивление R20 может колебаться в гораздо бОльших пределах, поскольку его номинал зависит от потребляемого вентилятором принудительного охлажедения и полученным в конечном итоге выходного напряжения.

    Сомнения в итоговом напряжении не напрасны, поскольку силовой трансформатор высокочастотный и имеет небольшое количество витков, а мотать дробные части витка довольно проблематично. Для примера рассмотрим случай, когда первичная обмотка составляет 17 витков.

Прилагаемое к ней напряжение равно 155 В (после выпрямителя на VD1 получается 310 В, следовательно половина напряжение питания и есть 155 В).

Воспользуемся пропорцией Uперв / Qперв = Uвтор / Qвтор, где Uперв — напряжение на первичной обмотке, Qперв — количество витков первичной обмотки, Uвтор — напряжение вторичной обмотки, Qвтор — количество витков вторичной обмотки и выясним, какие вторичные напряжения мы можем получить:

    155 / 17 = ? / 5, где «?» — выходное напряжение. Если во вторичной обмотке у нас будет 5 витков, то выходное напряжение будет составлять 45 В, если вторичка будет 4 витка, то выходное напряжение трансформатора составит 36 В.     Как видите получить напряжение ровно 40 вольт уже проблематично — нужно мотать 4,4 витка, а реальность показывает, что использовать обмотки не кратные половине витка довольно рискованно — можно намагнитить трансформатор и потерять силовые транзисторы.

    В конечном итоге после монтажа компонентов печатная плата блока питания приобретет следующий вид:

    На плате пока нет диодных мостов, силовых транзисторов, радиатров и моточных деталей, о которых сейчас и поговорим. При изготовлении импульсных блоков питания не стоит забывать о скин эффекте, который проявляется при протекании через проводник высокочастотного сигнала.

Смысл этого эффекта заключается в том, что чем выше частота переменного напряжениея, тем меньше протекает ток через середину проводника, т.е. ток как будто стремится выйти на поверхность. Отсюда и название SKIN -кожа, шкура.

По этому для высокочастотных трансформаторов необходимое от протекающего тока сечение получают методом сложения в жгут нескольких проводников меньшего диаметра, тем самым существенно снижая скин эффект и увеличивая КПД преобразователя.     Самым популярным способом сложения проводников является витой жгут.

Определившись с длиной провода, необходимого для обмотки (одинарным проводм мотают необходимое количество витков и добавляют к полученной длине еще 15-20%) необходмое количество проводов растягиваю на эту длину а затем при помощи дрели и воротка свивают в один жгут:

    Изготовление ленточного жгута более трудоемко — провода растягивают в непосредственной близости другу к другу и склеивают полиуритановым клеем, типа «МОМЕНТ КРИСТАЛЛ». В результате получается гибкая лента, намоитка которой позоволяет добится наибольшей плотности намотки:

    Перед намоткой ферритовое кольцо следует подготовить. Прежде всего необходимо закруглить углы, поскольку они с легкостью повреждают лак на обмоточном проводе:

    Затем необходимо кольцо изолировать, поскольку феррит имеет достаточно низкое сопротивление и в случае повреждения лака на обмоточном проводе может произойти межвиитковое замыкание. В середине, на азднем плане кольцо обмотано обычной бумагой для принтера, справа — бумага пропитана эпоксидным клеем, в середине спереди — наиболее предпочтительный материал — фторопластовая пленка:

    Так же кольца можно обматывать матерчатой изолентой, но она довольно толстая и существенно сокращает размер окна, а это не очень хорошо.

    Используя в качестве сердечника ферритовое кольцо обмотку необходимо равномерно распределить по всему сердечнику, что довольно существенно увеличивает магнитную связь обмоток и уменьшает создаваемые импульсным трансформатором электро-магнитные помехи:

    Осталось выяснить каким именно проводом нужно мотать, точнее какое должно быть сечение. В обычном трансформаторе напряженность в проводнике не должна превышать 2-2,5 Ампера на 1 квадратный милиметр сечения. Если середечник тороидальный, то это значение можно увеличить до трех ампер.

Импульные трансформаторы гораздо меньше своих пятидесяти Герцовых собратьев, у них лучше охлаждение, поэтому напряженность можно увеличить до 4-5 Ампер на квадратный милиметр сечения.

Однако данный совет актуален, и то весьма условно, для стабилизированных импульсных блоков питания, поскольку в не стабилизированном варианте уже начнет сказываться падение напряжения на обмотке под нагрузкой.

    Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что оптимальным вариантом напряженности получается 3-4 Ампера на 1 мм кв — и греется не сильно и падение на нем не слишком большое.     Для тех, кто запамятовал напоминалка:

    Площадь круга равна произведению числа Пи на квардрат радиуса, т.е. S = п • R • R. Для примера расчитаем какое нужно сечение при протекании тока через проводник величиной 7 А.

    В наличии имеется обмоточный провод диаметром 0,8 мм, 0,5 мм и 0,35 мм. Частота преобразования равна 70 кГц.

    В таблице смотрим, какой провод лучше использовать для данной частоты:

ЧАСТОТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР ОДНОГО ПРОВОДА ДЛЯ СБОРКИ ЖГУТА
40 кГц 0,65 мм
50 кГц 0,6 мм
60 кГц 0,55 мм
70 кГц 0,5 мм
80 кГц 0,45 мм
90 кГц 0,4 мм

    Согласно таблицы провод диаметром 0,8 мм отпадает, а вот 0,5 мм и 0,35 мм можно использовать. Сечение для первого провода получаем 0,2 мм кв, для второго 0,01 мм кв, следовательно через первый провод можно пропускать 0,6…0,8 А, а через второй 0,3…

0,4 А (умножаем площадь на выбранную напряженость).     Для выяснения количества проводов делим предполагаемый ток нагрузки в 7 А на максимальный ток одного провода и получаем 7 / 0,6…0,8 = 9…12 проводов диаметром 0,5 мм и 7 / 0,3…

0,4

Источник: http://soundbarrel.ru/pitanie/IR2153_03.html

Трансформатор

  • Главная
  • Дискретные элементы
  • Интегральные элементы, блоки и узлы схем
  • Импульсные стабилизаторы
  • Импульсные преобразователи
  • Физика работы импульсного трансформатора

    • Определение трансформатора как устройства
    • Базовые характеристики магнитного поля
    • Простейший трансформатор. Исходные параметры
    • Закон электромагнитной индукции и коэффициент трансформации
    • Магнитный поток в сердечнике трансформатора. Влияние нагрузки
    • Фазировка обмоток трансформатора. Полярность. Связь геометрии намотки и полярностей входного и выходного напряжения
  • Конструктивные элементы трансформатора и дросселя

    • Магнитопровод

      • Геометрия магнитопровода
        • Геометрические параметры магнитопровода
        • Типы геометрии магнитопроводов
        • Факторы, определяющие выбор типа магнитопровода
      • Материал магнитопровода
        • Ферриты – основной материал магнитопроводов импульсных источников питания
      • Характеристики ферритов
        • Четыре параметра одной петли: индукция насыщения, коэрцитивная сила, остаточная индукция, напряженность магнитного поля при насыщении
        • Максимальное значение индукции в магнитопроводе
        • Магнитная проницаемость
        • Зависимость магнитной проницаемости феррита от температуры
        • Зависимость магнитной проницаемости феррита от частоты
        • Потери в магнитопроводе обусловленные свойствами феррита
      • Распространенные типы ферритов для импульсных источников питания и их характеристики
    • Обмотки

      • Конструктивные особенности обмоток
      • Межслоевая изоляция
      • Межобмоточная изоляция
      • Материалы для изоляции обмоток
      • Способы намотки
      • Каркас
      • Расположение обмоток внутри магнитопровода
      • Электростатическая защита (экран Фарадея) между обмотками
      • Технологические особенности намотки кольцевых и тороидальных трансформаторов
    • Эквивалентная схема трансформатора

    • Индуктивность намагничивания L0

    • Индуктивность рассеивания первичной обмотки LS1

      • Соотношения для вычисления индуктивность рассеивания первичной обмотки LS1 для различных геометрий магнитопроводов
        • Коаксиальные цилиндрические обмотки
        • Обмотки на кольцевом сердечнике
      • Способы уменьшения индуктивности рассеяния
    • Приведенная индуктивность рассеивания вторичной обмотки LS2

    • Сопротивление первичной обмотки Rw1

    • Приведенное сопротивление вторичной обмотки Rw2

    • Особенности и тонкости расчета омического сопротивления обмоток

      • Влияние температуры на удельное сопротивление обмоток
      • Влияние скин-эффекта на сопротивление обмоток при высоких частотах
      • Рекомендации по снижению потерь в трансформаторе обусловленных скин-эффектом
    • Сопротивление активных потерь в магнитопроводе R0

    • Межвитковая емкость вторичной обмотки С02

      • Соотношение для определения емкости между двумя соседними витками в изоляции Ct (turn-виток)
      • Расчет емкостей обмотки при различных типах намотки
        • Тип намотки – «виток к витку», послойно
        • Тип намотки – «один слой поверх магнитопровода»
        • Тип намотки – «виток к витку N-образная»

ECE 494 — Лаборатория 3: Испытания на обрыв и короткое замыкание силового трансформатора


Цели

  • Для проведения стандартных испытаний на обрыв и короткое замыкание с целью определения параметров схемы замещения трансформатора.
  • Оценить регулировку и эффективность трансформатора при заданной нагрузке.
  • Проверить характеристики возбуждения трансформатора.

Оборудование

  • Один измеритель качества электроэнергии со склада.
  • Два вывода со склада.
  • Один инженерный трансформатор McLean EP-Trio с микрофарадным интегратором 0,1 MOHM-1 и два резистора 25 Вт 1 Ом, встроенные сзади.
  • 3-фазный AC Variac.
  • Один четырехобмоточный однофазный трансформатор. (Модель № T-1000)
  • Один осциллограф.

Список литературы

  • А. Фитцджеральд, К. Кинсли младший, С. Уманс, Electric Machinery, Ch. 1, 6-е издание, McGraw-Hill Inc., 2005.
  • P.C SEN, Principles of Electric Machines and Power Electronics , 3rd Edition, John Wiley, 2013

Фон

Силовой трансформатор обычно используется для преобразования мощности на стационарном частота, от одного напряжения к другому. Если он используется для преобразования мощности из высокого напряжение на низкое, его называют понижающим трансформатором. Эффективность преобразования силового трансформатора чрезвычайно высока, и почти вся входная мощность подается в качестве выходной мощности на вторичной обмотке.

Рассмотрим магнитный сердечник, показанный на рисунке 3.1, несущий первичную и вторичную обмотки. обмотки, имеющие N 1 и N 2 витков соответственно. Когда синусоидальный напряжение приложено к первичной обмотке, поток Φ будет существовать в сердечнике, который связывает как первичная, так и вторичная обмотки, вызывающие действующее значение напряжения


V 1 = 4 .44f N 1 Φ в первичной обмотке

(3,1)


V 2 = 4,44fN 2 Φ во вторичной обмотке

(3.2)

Трансформатор имеет коэффициент трансформации

(3,3)


Prelab

Определите, как подключить счетчики в цепи:

  1. Рисунок 3.4 (Тест на разрыв цепи) для измерения напряжения ( В 1 ), тока (I p ) и мощность ( Вт oc ) трансформатора.
  2. Рисунок 3.5 (Тест на короткое замыкание) для измерения напряжения (V sc ), тока (I sc ) и мощности (W sc ) трансформатора.

Покажите соединения для каждой цепи с (a) обычным ваттметром (4 клеммы) (b) измерителем качества электроэнергии (Fluke 43B)

Эквивалентная схема

Трансформатор может быть представлен эквивалентной схемой, показанной на рисунке 3.2. В параметры могут относиться к первичной или вторичной стороне. Сериал сопротивления R 1 и R 2 представляют потери в меди в сопротивлении двух обмоток. Реактивные сопротивления серии X 1 и X 2 — индуктивности рассеяния, а учитывать тот факт, что часть потока, установленного одной из обмоток, не полностью соедините другую обмотку.Эти реактивные сопротивления были бы равны нулю, если бы была идеальная связь. между двумя обмотками трансформатора.

Шунтирующее сопротивление рэнд на счет для потерь в сердечнике (из-за гистерезиса и вихревых токов) трансформатора. Шунт индуктивность X p является представительной индуктивностей двух обмоток и будет бесконечным в идеальном трансформаторе, если количество витков двух обмоток должно было быть бесконечным.

Знание параметров схемы замещения позволяет рассчитать трансформатор. эффективности и регулирования напряжения без необходимости проведения реальных нагрузочных испытаний.Но сначала необходимо получить экспериментальные данные, чтобы определить эти параметры.

По завершении первых двух частей этого эксперимента будет подтверждено, что импедансы последовательной ветви эквивалентной схемы трансформатора существенно уменьшаются. меньше импеданса параллельной ветви. Из-за этого большого расхождения в По величине элементов мы можем перерисовать эквивалентную схему, показанную на рисунке 3.2. в то, что показано на рисунке 3.3. Ошибки, внесенные в расчеты с использованием рисунка 3.3 вместо рисунка 3.2 совершенно незначительны. Кроме того, большая разница в величины параметров трансформатора позволяют определять элементы в последовательной ветви с использованием одного набора измерений и элементов в параллельной ветви используя другой набор измерений.

Тест на разрыв цепи

Тест обрыва цепи используется для определения значений шунтирующей ветви эквивалентная схема R p и х р.Как видно из рисунка 3.3 что при открытой вторичной обмотке единственная часть эквивалентной схемы на наши измерения влияет параллельная ветвь. Импеданс параллельного ветвь обычно очень высокая, но кажется более низкой, когда речь идет о стороне низкого напряжения. Таким образом, этот тест проводится на стороне низкого напряжения трансформатора. клеммы 1-1 ‘на рисунке 3.3) для увеличения тока, потребляемого параллельным перейти на легко измеримый уровень. Кроме того, номинальное напряжение на низком напряжении сторона ниже и поэтому более управляема.

Трансформатор

Т-1000 имеет четыре обмотки. Создайте повышающий трансформатор с соотношением 1: 2, соединение двух первичных обмоток последовательно и двух вторичных обмоток последовательно.

Этот трансформатор также будет использоваться в следующей части эксперимента, поэтому оставьте соединения нетронутыми, когда настоящая часть будет закончена.

Этот трансформатор рассчитан на 1,0 кВА. Номинальный ток 1000 ВА / 240 В = 4,16 А на стороне 240 В и 1000 ВА / 120 В = 8,32 А на стороне 120 В.

Инструкции

  1. Подключите цепь, как показано на рисунке 3.4. Убедитесь, что сторона низкого напряжения трансформатор соответствует левой стороне схемы подключения. Низкая мощность факторный ваттметр.
  2. Подключите измеритель качества электроэнергии к левой (первичной) стороне трансформатора. Если используется ваттметр с низким коэффициентом мощности, он также должен быть подключен к первичной обмотке, а цифровой мультиметр должен обеспечить измерение фазного напряжения (В 1 ) и первичного тока (I P )
  3. Подключите источник питания от панели стенда к ВХОДУ трехфазного переменного тока и подключите ВЫХОД переменного тока к цепи.
  4. Изменяйте входное напряжение, начиная с 0 В с приращениями 20 В, до 120 V. При каждом изменении шага записывайте I p , W 0 и V 1 в таблице 3.1.
  5. Выключите вариак.

Отчет

  1. Полная таблица 3.1
  2. Рассчитайте параметры R p и X p при номинальном напряжении с использованием

  3. (3,4)


    Таблица 3.1: Данные для проверки обрыва цепи.
    В 1
    Вольт
    I p
    Ампер
    Вт 0
    Вт
    I c = W 0 / V 1
    Ампер

    ампер
    cosφ = Вт 0 / В 1 I p
    20
    40
    60
    80
    100
    120


    (3.5)

    Эти параметры относятся к стороне низкого напряжения.

  4. Найдите значение s р и X p относится к стороне высокого напряжения.
  5. Постройте график тока холостого хода I p , ток намагничивания I м , потери в сердечнике W 0 и коэффициент мощности без нагрузки cos Φ по отношению к приложенному напряжение В 1 на той же миллиметровой бумаге.

Тест на короткое замыкание

Тест на короткое замыкание используется для определения значений R с и X s последовательного ответвления эквивалентной схемы.Эти импедансы обычно очень низкие, но кажутся более высокими по величине, когда они относятся к высокому напряжению. боковая сторона. Следовательно, это испытание выполняется на стороне высокого напряжения трансформатора (клеммы 2 — 2ʹ рис. 3.3), чтобы поддерживать ток, потребляемый этими импедансами, на управляемом уровне.


Таблица 3.2: Данные для испытания на короткое замыкание.
I с
Ампер
В с
Вольт
Вт с
Вт
4.0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5


Инструкции

  1. Используя трансформатор соотношения 2: 1 из предыдущей части, подключите схему, как показано на рисунке. 3.5. Убедитесь, что сторона высокого напряжения трансформатора соответствует левой стороне (первичной) схема подключения. Используйте клеммы напряжения ± и 150 В стандартного ваттметра переменного тока, если он используется.
  2. Перед началом эксперимента убедитесь, что вариак повернут вниз до упора. Включите вариак.
  3. Медленно поворачивайте вариак, пока не появится ток I с (см. рисунок 3.5) находится на номинальном значении (около 4 ампер). Запись I с , V с и W с в таблице 3.2.
  4. Повторите предыдущий шаг, уменьшив ток I с в 0,5 А и запишите все значения в таблицу 3.2.
  5. Выключите вариак.

Отчет

  1. Постройте график потерь в меди W с в зависимости от тока Я с .
  2. Вычислить параметр эквивалентной схемы R с и X с при номинальном токе обмотки высокого напряжения сначала вычислив
  3. (3,6)

    (3,7)


    Приведенные выше результаты могут быть использованы для нахождения

    Эти параметры относятся к стороне высокого напряжения.
  4. Рассчитайте значения R с и X s относится к стороне низкого напряжения.
  5. Теперь, когда у нас есть все параметры эквивалентной схемы трансформатора, вычислим регулирование напряжения при номинальной мощности и запаздывающем коэффициенте мощности 0,8.
  6. Рассчитайте КПД на единицу при номинальной мощности и при коэффициенте мощности 0,8.

Характеристики возбуждения

Инструкции

  1. Верните трансформатор Т-1000 и возьмите инженерный трансформатор Маклина из шкафа.
  2. Подключите цепь, как показано на рисунке 3.6.
  3. Подайте 20 вольт (от пика до пика) к первичной обмотке трансформатора.
    Отображение и запись формы волны напряжения и сдвига фаз полярности как первичной, так и вторичной сторон на двух каналах осциллограф.
  4. Отображает напряжение на резисторе 1 Ом (которое представляет ток возбуждения первичной обмотки) и напряжение вторичной стороны на осциллографе и записать их формы волны.Обратите внимание на несинусоидальность формы волны тока возбуждения и фазы сдвиг относительно вторичного напряжения.
  5. Отсоедините провода осциллографа вторичной стороны от трансформатора.
  6. Используйте USB-кабель с оптической связью для подключения глюкометра к компьютеру. Запустите программное обеспечение Flukeview на компьютере и выполните уверен, что он подключается к вашему счетчику. Если нет, посмотрите диспетчер устройств, чтобы определить порт, к которому он подключен, а затем выберите этот порт для программного обеспечения Flukeview.
  7. Измените приложенное напряжение и обратите внимание на изменение несинусоидальности ток возбуждения. При 20 В СКЗ и при 120 В СКЗ исследуйте гармоники напряжения и тока. Определите THD и основные числа одной или двух гармоник. Используйте программное обеспечение Fluxview, чтобы записать этот сигнал для своего отчета. Лучше всего записать данные в электронную таблицу Excel, чтобы вы могли управлять графиком для лучшего просмотра.
  8. Подайте ток возбуждения на канал I осциллографа.Показать напряжение на конденсаторе пассивного интегратора R-C, доступное на задняя часть трансформатора на II канале осциллограф. Цель интегратора — интегрировать напряжение, чтобы получить поток, поскольку e = N (dΦ / dt).
  9. Нажмите кнопку X-Y на осциллографе, чтобы увидеть петлю гистерезиса.
  10. Увеличьте напряжение, приложенное к первичной обмотке, и запишите изменение формы петля гистерезиса.

Отчет

Показать захваченные формы сигналов и информацию о THD.

Вопросы для обсуждения

  1. Рассчитайте значение максимального КПД трансформатора Хэмпдена и определите ток, при котором это происходит.

  2. Объясните разницу в содержании гармоник тока при 20 В и 120 В. Почему? отсутствуют ли какие-либо гармоники в осциллограмме тока при 120 В?

  3. Используя лабораторные данные, определите процентную эффективность трансформатора Хэмпдена при половину номинальной мощности и отстающий коэффициент мощности 0,8.

Расчет размеров силовых и распределительных трансформаторов — Часть первая ~ Электрические ноу-хау

Вентилируемый, Самоохлаждаемая мощность сухого трансформатора.
Вентилируемый, номинал сухого трансформатора с принудительным воздушным охлаждением.
Полярность обозначение трансформатора, имеющего первичные и вторичные выводы соответствующие полярности прямо противоположны друг другу.
Американец Национальный институт стандартов
Устройство, которое позволяет проводнику проходить через корпус, но при этом не изолирован от корпус. Обычно проводник изолирован от корпуса фарфоровый или эпоксидный цилиндр.
Трансформатор потери мощности, вызванные сопротивлением обмоток.Потери меди также называются потерями I2R.
Проницаемый металлический каркас, вокруг которого намотаны обмотки трансформатора. Обычно изготавливается из кремнистая сталь.
Инструмент трансформатор, первичная обмотка которого должна быть соединена шунтом с цепью питания, напряжение которой необходимо измерить, или контролируется.
В качество изоляции материала или масла, измеряемое в киловольтах (кВ).
Маленький трансформатор, который используется для питания бытовых потребителей низкого напряжения. Крепление на столб и трансформаторы для установки на площадках попадают в эту категорию. Распределение трансформатор обычно имеет номинальную мощность менее 500 кВА.
Распределительный трансформатор установка Установки содержащие трансформаторы 500 кВА и менее, являются распределительными трансформаторные установки.
Трансформатор в котором обмотки погружены в воздух или другой сухой газ, e.г., азот. Для целей Saudi Aramco трансформатор сухого типа, в котором ни обмоток залит смолой и называется обычным сухим трансформатором.
Один компонент потерь в стали трансформатора. Потери на вихревые токи — это потери, вызванные токами индуцируются в железном сердечнике трансформатора.
В КПД трансформатора — это отношение реальной выходной мощности к реальной. ввод, и обычно он выражается в процентах.
Электромагнитный индукционная Процесс с помощью которого электродвижущая сила создается в проводнике, когда есть относительное движение между проводником и магнитным полем.
Возбуждение ток — это ток, который протекает в любой обмотке, используемой для возбуждения трансформатора. когда все другие обмотки разомкнуты, и это обычно выражается в процент оцененный ток обмотки, в которой он измеряется.
С принудительным воздушным охлаждением рейтинг заполненного жидкостью трансформатора
Один компонент потерь в стали трансформатора. Потери на гистерезис — это количество требуемой энергии для преодоления остаточного магнетизма сердечника трансформатора.
Трансформатор потери мощности, вызванные сопротивлением обмоток. I2R потери составляют также называется потерями в меди.
Институт Инженеры по электротехнике и электронике
Напряжение при номинальной частоте, которая подается на линейные клеммы одного из обмотки двухобмоточного трансформатора для протекания номинального тока через эти выводы, когда выводы другой обмотки закорочены.Приложенное напряжение измеряется, пока обмотки находятся в соответствии с указанными параметрами. температура обмотки.
Газ, который химически не реагирует с другими вещества.
Трансформатор который предназначен для воспроизведения во вторичной цепи, в определенной и известная пропорция, подходящая для использования в измерениях, контроле защитные устройства, напряжение или ток его первичной цепи с его фазовые соотношения практически сохранены.
Сочетание вихретоковых и гистерезисных потерь.
В потери нагрузки или меди трансформатора — это потери, связанные с перенос груза.
Переключатель ответвлений спроектирован таким образом, что коэффициент трансформации трансформатора можно изменять без отключение источника питания.
Нет загрузки потери — это потери в трансформаторе, который возбуждается номинальным напряжением и частота, но не обеспечивающая нагрузку. Примечание: потери холостого хода включают потери в сердечнике, диэлектрические потери и потери в обмотках из-за возбуждающее течение.
Переключатель ответвлений который может работать только тогда, когда трансформатор полностью обесточен от источника питания.
С самоохлаждением рейтинг заполненного жидкостью трансформатора
Открытый трансформатор распределительного типа, который используется как часть подземного распределения система с закрытыми отсеками для ввода высоковольтных и низковольтных кабелей снизу и устанавливается на фундаментную площадку.
А трансформатор распределительного типа, который подходит для установки на столб или платформы на ВЛ до 69 кВ, мощностью от 1 кВА до 167 кВА однофазный и от 15 кВА до 500 кВА трехфазный. Иногда называют воздушный трансформатор.
Большой трансформатор, который используется для передачи большого количества энергии промышленным предприятиям. нагрузки или к системам передачи и распределения. Силовой трансформатор обычно имеет номинальную мощность более 500 кВА.
Главная номинальный ток должен быть равен вторичному току, разделенному на количество витков. соотношение. Примечание. Это определение первичного номинального тока игнорирует ток намагничивания.
Главная номинальное напряжение, предназначенное для подачи на входные клеммы, должно быть равно номинальному напряжению вторичной обмотки, умноженному на коэффициент трансформации. Примечание: первичный номинальный напряжение не обязательно равно номинальному напряжению системы.
Главная обмотка — это обмотка на стороне ввода энергии трансформатора. В Первичная обмотка — это обычно обмотка высокого напряжения силового трансформатора.
Нажмите на какие рабочие и рабочие характеристики трансформатора указано.
Касание через трансформатор может обеспечить номинальную выходную мощность в кВА без превышения заданное повышение температуры.Иногда его называют краном с полным номиналом.
Номинальная мощность (однофазный трансформатор) Номинальная мощность равно произведению номинального напряжения и номинального тока того же обмотка трансформатора.
Номинальная мощность (трехфазный трансформатор) Номинальная мощность трехфазной обмотки равно произведению номинального напряжения, номинального ток, и 3. Обе обмотки двухобмоточного трансформатора имеют одинаковые номинальная мощность, которая по определению является номинальной мощностью трансформатора.
Касание через трансформатор может выдавать только мощность ниже номинальной кВА без превышение указанного повышения температуры.
Полная загрузка регулировка трансформатора — это арифметическая разница между вторичными напряжения холостого хода и полной нагрузки обмотки, разделенные на вторичное холостое напряжение напряжение при номинальном напряжении, приложенном к первичной обмотке при номинальной частоте и с обмоткой при заданной температуре.
В надежность подстанции определяется как ее способность обслуживать предполагаемое работают без сбоев, хотя полное устранение сбоев есть невозможно достичь.
Среднее напряжение полной нагрузки Вторичный напряжение полной нагрузки должно быть равно действующему значению напряжения полной нагрузки, доступному при выходные клеммы трансформатора при номинальной частоте и токе, и требуемый коэффициент мощности на главном ответвлении.
Вторичный номинальный ток должен быть равен действующему значению тока полной нагрузки, достигаемому на выходные клеммы трансформатора на главном отводе, не превышая указанные рост температуры
Вторичный номинальное напряжение должно быть эквивалентным напряжению холостого хода, соответствующим состояние полной нагрузки.
Вторичный обмотка — это обмотка на стороне вывода энергии трансформатора.В Вторичная обмотка обычно представляет собой обмотку низкого напряжения силового трансформатора.
Короткая эквивалентное полное сопротивление схемы при соединении звездой двухобмоточного трансформатора, выражается в омах на фазу, измеряемых между выводами обмотки, когда другая обмотка замкнута накоротко. Импеданс основан на номинальном частота и заданная температура обмотки.
Трансформатор в котором передача энергии происходит от цепи высокого напряжения к цепи низкого напряжения цепь.
Трансформатор в котором передача энергии происходит от цепи низкого напряжения к цепи высокого напряжения цепь.
Установки содержащие силовые трансформаторы (501 кВА и выше) обозначаются подстанции.
Подстанция определяется как промышленная подстанция, если ее основной функцией является подача электроэнергии одному или нескольким крупным промышленным предприятиям. Подстанции, обслуживающие больничную нагрузку или любые другие объекты критической нагрузки и подстанции, снабжающие промышленные объекты считаются промышленными подстанциями.Промышленная подстанция включает коммутационные устройства трансформатора, трансформатор (ы), вторичную обмотку или низковольтную шину, автоматические выключатели и кабели фидера нагрузки вместе со всем средства управления, измерения, реле и вспомогательное оборудование.
Подстанция определяется как жилая подстанция, если ее основная функция заключается в доставке мощность до жилых массивов.
Полярность обозначение трансформатора, имеющего первичные и вторичные выводы соответствующих полярности по диагонали противоположны друг другу.
Кран — это соединение, выведенное из обмотки в некоторой точке между ее концами, к позволяют изменять коэффициент напряжения или тока трансформатора или сопротивление реактор.
Переключатель ответвлений это переключающее устройство, которое используется для изменения отношения напряжений трансформатора с помощью отводов, выведенных между концами обмоток. Переключатель ответвлений может работать как без напряжения, так и без напряжения. где трансформатор должен быть отключен от источника питания перед переключателем ответвлений или ссылку можно переместить; или нагруженный режим, когда устройство РПН (LTC) предназначен для работы в сочетании с переходным сопротивлением, в то время как трансформатор несет нагрузку.
Возрастание при рабочей температуре выше температуры окружающей среды обмотки или изоляционная жидкость.
Повороты Коэффициент трансформатора — это отношение эффективного числа витков в обмотка высокого напряжения к обмотке низкого напряжения. Примечание: в футляре трансформатора , имеющего отводы для изменения отношения напряжений, витки передаточное отношение составляет в расчете на основной кран.
Подземный тип трансформатор А трансформатор распределительного типа, предназначенный для размещения в метро корпус.
Напряжение Коэффициент трансформатора — это отношение номинального напряжения обмотки высокого напряжения номинальному напряжению обмотки низкого напряжения и равно количеству витков соотношение.
Инструмент трансформатор, первичная обмотка которого должна быть соединена шунтом с цепью питания, напряжение которой необходимо измерить, или контролируется.

Фотоэлектрические (PV) — электрические расчеты

Фотоэлектрические элементы (иногда называемые солнечными элементами) преобразуют солнечную энергию в электрическую. С каждым годом устанавливается все больше и больше фотоэлектрических систем. С этим растущим приложением для каждого практикующего специалиста будет хорошей идеей иметь представление о расчетах, связанных с фотоэлементами.

Существует огромное количество фотоэлементов, в которых используются различные материалы.На очень простом уровне фотоэлектрические элементы функционируют, используя солнечную энергию для генерации электронно-дырочных пар, которые затем разделяются и протекают во внешней цепи в виде тока. Изучение физики того, как работает нынешнее поколение, не является целью этой заметки, скорее мы рассмотрим электрические расчеты, связанные с фактическим применением реальных систем.

Электрические параметры

Фотоэлементы производятся в виде модулей для использования в установках. Электрически важными параметрами для определения правильной установки и производительности являются:

  • Максимальная мощность — это максимальная выходная мощность фотоэлектрического модуля (см. Кривую IV ниже)
  • Напряжение холостого хода — выходное напряжение фотоэлектрического элемента с протекает ток без нагрузки
  • Ток короткого замыкания — ток, который будет протекать, если выходной сигнал продажи фотоэлектрических элементов был закорочен
  • Максимальное напряжение точки питания — уровень напряжения на кривой IV, обеспечивающий максимальную мощность
  • Максимальный ток точки питания — уровень ток на кривой IV, обеспечивающий максимальную мощность
  • КПД — мера количества солнечной энергии, преобразованной в пиковую электрическую энергию

Параметры фотоэлементов измеряются при определенных стандартных условиях испытаний (STC).

STC обычно принимается равным 1000 Вт / м 2 , 25 ° C и 1,5 AM (воздушная масса).

Максимальная выходная мощность — это пиковая мощность, которую солнечный элемент может выдавать в STC. Несмотря на то, что обычно оценивают фотоэлектрические установки на основе этого значения, маловероятно, что эти уровни мощности будут достигнуты на практике.

Список используемых символов см. В конце примечания.

Расчет мощности системы

Пример расчета

120 солнечных модулей, каждый мощностью 250 Вт p и площадью 1.67 м 2 подключены для формирования фотоэлектрической системы. Эффективность системы составляет 0,75, а среднегодовая солнечная радиация составляет 1487 кВтч / м2. Рассчитайте ожидаемое годовое производство энергии. Используя приведенные выше уравнения:

Если поправочный коэффициент ориентации и наклона Солнца равен 1,1, какой будет выходная мощность:

Номинальная максимальная ( кВт, p ) мощность солнечной батареи. массив из n модулей, каждый с максимальной мощностью Wp в STC, определяется как:


— пиковая номинальная мощность, исходя из 1 кВт / м 2 излучения в STC

Доступное солнечное излучение ( E мА ) меняется в зависимости от времени года и погодных условий.Однако, исходя из среднего годового излучения для местоположения и принимая во внимание эффективность ( η ) ячейки, мы можем оценить средний выход энергии фотоэлектрической системы:


— средняя энергия, произведенная в год, кВтч

Примечание: E ma дается в таблицах для конкретного местоположения и горизонтальной плоскости.

Для получения ожидаемой солнечной радиации требуются некоторые исследования (Интернет или местные отделы метеорологии).Если вы используете программное обеспечение для выполнения расчетов, эта информация обычно предоставляется как часть программы.

Общая эффективность (η) солнечной установки (потери затенения, потери инвертора, потери на отражение, потери температуры и т. Д.) В хорошо спроектированной системе будут находиться в диапазоне от 0,75 до 0,85.

Приведенный выше расчет выполняется на годовой основе, но его можно легко выполнить для любого периода времени (часы, день, месяц и т. Д.), Подставив среднее за период солнечное излучение вместо годового значения.

Для максимальной мощности любое солнечное излучение должно падать на фотоэлектрическую панель под углом 90 °. В зависимости от того, где на поверхности земли, ориентация и наклон для достижения этого различаются. Программное обеспечение обычно используется для расчета этого или использования поправочных коэффициентов из соответствующего местоположения.

Температура

По мере увеличения температуры фотоэлементов мощность падает. Это учитывается в общей эффективности системы (η) за счет использования коэффициента температурного снижения η t и определяется по формуле:

Примечание: температурный коэффициент мощности (ϒ) обычно равен 0 .005 для кристаллического кремния

Эффективность и производительность

Эффективность: измеряет количество солнечной энергии, попадающей на фотоэлектрический элемент, которая преобразуется в электрическую энергию

Несколько факторов влияют на измерение эффективности фотоэлектрической системы, в том числе:

  • длина волны — PV элементы по-разному реагируют на световые волны различной длины, производя электричество разного качества
  • материалы — разные фотоэлектрические материалы ведут себя по-разному
  • температура — элементы работают лучше при более низких температурах, а эффективность снижается при более высоких температурах
  • отражение — любой отраженный свет уменьшается КПД элемента
  • Сопротивление
  • — электрическое сопротивление элемента создает потери, влияющие на эффективность


Наилучшие результаты исследований эффективности ячейки
Источник изображения: Национальная лаборатория возобновляемой энергии
(NREL)

Изготовленные фотоэлементы или модули обычно сортируются в процессе биннинга по разным уровням эффективности.Более эффективные элементы будут иметь большую электрическую мощность и, следовательно, более высокую стоимость.

Благодаря последним достижениям в солнечных технологиях, фотоэлементы начинают приближаться к теоретическому максимальному пределу для полупроводниковых устройств. Изображение сбоку (щелкните, чтобы увеличить версию) показывает достижимый диапазон эффективности для различных технологий ячеек.

В лаборатории эффективность измеряется при стандартных условиях с помощью ВАХ. Кривые ВАХ получены путем изменения внешнего сопротивления от нуля.

Разница между линейным источником питания и SMPS (со сравнительной таблицей)

Линейный источник питания , импульсный источник питания и , оба обеспечивают питание постоянного тока для электрических и электронных схем но на этом сходство заканчивается.Решающим фактором, который отличает линейный источник питания от SMPS, является порядок работы. Линейный источник питания преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое с помощью трансформатора, а затем преобразует его в постоянное напряжение, в то время как импульсный источник питания сначала преобразует переменный ток в постоянный ток, а затем преобразует это постоянное напряжение в желаемое напряжение.

Импульсный источник питания также сокращенно называют SMPS. SMPS чаще всего используется в мобильных зарядных устройствах , двигателях постоянного тока и т. Д. Напротив, линейный источник питания используется в высокочастотных приложениях, таких как радиочастотные приложения и т. Д.

Еще одним важным фактором, который создает разницу между этими линейными источниками питания и SMPS, является размер. Линейный источник питания громоздкий, а ИИП — легкий. Это делает SMPS портативным и может быть легко использован где угодно, в то время как линейный источник питания может использоваться только для лаборатории или больших электрических и электронных схем.

Мы обсудим некоторые более существенные различия между линейными и импульсными источниками питания в сравнительной таблице, но перед этим давайте осветим дорожную карту в этой статье.

Содержание: Линейный источник питания и ИИП

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение


Таблица сравнения

Параметры Линейный источник питания Импульсный источник питания (SMPS)
Определение Сначала он завершает понижение напряжения переменного тока, а затем преобразует его в постоянный ток. Сначала он преобразует входной сигнал в постоянный ток, а затем понижает напряжение до желаемого уровня.
КПД Низкий КПД, т.е. около 20-25% Высокий КПД, то есть около 60-65%
Регулировка напряжения Регулировка напряжения осуществляется регулятором напряжения. Регулировка напряжения осуществляется по цепи обратной связи.
Используемый магнитный материал Используется сердечник из стали или CRGO Используется ферритовый сердечник
Вес Он громоздкий. Он менее громоздкий по сравнению с линейным блоком питания.
Надежность Более надежен по сравнению с ИИП. его надежность зависит от транзисторов, используемых для переключения
Сложность Менее сложен, чем SMPS. Более сложный, чем линейный источник питания.
Переходный отклик Обладает более быстрым откликом. Обладает более медленным откликом.
RF-помехи RF RF-помехи отсутствуют RF-экранирование требуется, поскольку переключение создает более RF RF-помехи.
Шум и электромагнитные помехи Он невосприимчив к шуму и электромагнитным помехам. Влияние шума и электромагнитных помех достаточно велико, поэтому необходимы фильтры EMI.
Приложения Используется в приложениях звуковой частоты и радиочастотах. Используется в зарядных устройствах мобильных телефонов, двигателях постоянного тока и т. Д.


Определение

Линейный источник питания

Линейный источник питания представляет собой схему источника питания, которая используется в электрических и электронных схемах для подачи питания постоянного тока на схему.Он состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, цепи фильтра и регулятора напряжения.

На переменный ток всегда подается высокое напряжение, потому что подавать переменный ток высокого напряжения экономично. Частота сигнала переменного тока очень низкая, т.е. 50 Гц или 60 Гц. Для понижения напряжения переменного тока используется понижающий трансформатор. Размер трансформатора большой для линейного источника питания.

Трансформатор, который используется для понижения низкочастотного сигнала переменного тока, будет громоздким.Если частота сигнала переменного тока высока, то можно использовать небольшой трансформатор, но в этом приложении сигнал переменного тока состоит из низкочастотного переменного тока, поэтому для схемы требуется большой и громоздкий трансформатор.

Понижающее напряжение затем передается на схему выпрямителя для преобразования его в постоянный ток. Напряжение постоянного тока, получаемое от выпрямителя, состоит из импульсов переменного тока. Таким образом, схема фильтра используется для устранения пульсаций переменного тока.

Полученное постоянное напряжение не остается постоянным; он изменяется в зависимости от входного напряжения или величины нагрузочного резистора.Такое изменение выходного напряжения нежелательно. Поэтому после фильтрации сигнала используется регулятор напряжения.

Регулятор напряжения состоит из переменного резистора, значение которого изменяется в зависимости от требуемой мощности. Этот переменный резистор вызывает падение напряжения при низком требуемом выходном напряжении.

Недостаток линейного источника питания

Недостатком линейного источника питания является то, что для использования регулятора напряжения требуется сток, который увеличивает размер источника питания.Стабилизатор напряжения рассеивает мощность, из-за чего происходит омических потерь с, это увеличивает температуру, и, следовательно, требуется радиатор.

Вследствие использования радиатора и трансформатора большого размера размер линейного блока питания становится больше, что делает блок питания громоздким в использовании. Кроме того, рассеяние, вызванное переменным резистором, снижает КПД линейного источника питания до 25-50%.

Импульсный источник питания

Импульсный источник питания работает по принципу переключения с использованием полевого МОП-транзистора . Он состоит из схемы выпрямителя, схемы фильтра, прерывателя, контроллера прерывателя, выходного трансформатора и цепи фильтра.

Принцип работы импульсного источника питания основан на коммутационной технике. Низкочастотный переменный ток сначала преобразуется в сигнал постоянного тока. Затем этот сигнал постоянного тока прерывается с помощью схемы прерывателя. Схема прерывателя состоит из переключающего транзистора MOSFET, который включается или выключается с помощью схемы контроллера прерывателя.

Выходной сигнал, полученный Chopper, представляет собой высокочастотный сигнал постоянного тока.Теперь снова используется понижающий трансформатор для преобразования этого высокочастотного сигнала высокого напряжения в сигнал низкого напряжения. Понижающий трансформатор, используемый в этом случае, будет небольшого размера, потому что трансформатор, используемый для работы в высокочастотном режиме, имеет небольшие размеры.

Это преимущество использования схемы SMPS (импульсный источник питания). Блок питания такой конфигурации не является громоздким и, следовательно, портативным. Регулировка напряжения в SMPS осуществляется цепью обратной связи. Схема обратной связи принимает входное значение от выходного постоянного напряжения и выдает выходной сигнал на контроллер прерывателя.Контроллер прерывателя генерирует стробирующий импульс в соответствии с выходным постоянным током.

Следовательно, регулировка напряжения в SMPS не рассеивает мощность и, следовательно, не требует стока. Это увеличивает эффективность источника питания SMPS, поскольку отсутствуют омические потери и размер также невелик. КПД SMP
S находится в диапазоне 65-75%.

Ключевые различия между линейным источником питания и импульсным источником питания

  1. Основное различие между линейным источником питания и SMPS заключается в том, что линейный источник питания сначала преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое напряжение переменного тока, а затем выполняется процедура выпрямления.Напротив, SMPS сначала преобразует сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока, а затем происходит понижение сигнала напряжения.
  2. Линейный источник питания использует регулятор напряжения для регулирования напряжения выходного напряжения, в то время как SMPS использует цепь обратной связи для регулирования напряжения.
  3. Рассеиваемая мощность также играет ключевую роль в дифференциации линейного источника питания и SMPS. Линейный источник питания также рассеивает мощность и, следовательно, требует радиатора, но SMPS не требует радиатора , поскольку нет рассеивания мощности.
  4. Понижающий трансформатор, используемый в линейном источнике питания , громоздкий (), в то время как в SMPS понижающий трансформатор легкий.
  5. шумовые помехи больше в SMPS из-за переключающего действия; это делает SMPS непригодным для аудио- и радиочастотных приложений. Линейный источник питания невосприимчив к шумовым помехам и поэтому используется в аудио- и радиочастотных приложениях.
  6. Существует основная разница между КПД линейного источника питания и ИИП.Эффективность линейного источника питания низкая, около 20-25% из-за омических потерь, в то время как у SMPS высокая, то есть около 65-75%.


Заключение

Линейный источник питания сначала понижает напряжение переменного тока, а затем преобразует его в постоянный ток, в то время как SMPS сначала преобразует в постоянный ток, а затем использует понижающий трансформатор для получения желаемого напряжения. У SMPS есть недостаток, заключающийся в том, что он создает шумовые помехи из-за переключения. Кроме того, переключение также создает электромагнитных помех и RF помех , таким образом, EMI-фильтры и RF-экранирование также используется вместе со схемой SMPS.

Конструкция блока питания постоянного тока

Сглаживание

Мы видели, что на выходе трансформатора и выпрямителя было постоянное напряжение; но он содержит большой нежелательный компонент переменного тока.

Мы можем уменьшить эту составляющую переменного тока, добавив конденсатор, как показано здесь. Результатом этого является увеличение среднего выходного напряжения и обеспечение тока при падении выходного напряжения. Это показано на графике ниже.

Обратите внимание на добавление переключателя и предохранителя в токоведущей шине.

Как и прежде, все расчетные значения относятся к среднеквадратичному напряжению 12 В от трансформатора.

Для наших расчетов мы выберем конденсатор 10 мФ и предположим нагрузку 6 Ом,
внутреннее сопротивление трансформатора 0,5 Ом, падение напряжения выпрямителя 2В.

Желтая линия показывает выходное напряжение от предыдущего несглаженного источника питания с нагрузкой 2А

На предыдущей странице мы видели, что среднеквадратичное значение нашей волны постоянного тока составляет примерно 10.6 В

Давайте посмотрим, как добавление конденсатора изменит это.

Максимальное выходное напряжение немного упало; но самое низкое выходное напряжение упало с 0 В до 11,6

Это означает, что RMS-значение выходной волны теперь намного выше.

Примечание: добавление сглаживающего конденсатора увеличивает среднее выходное напряжение.

Расчет пульсации напряжения

Размер нашей волны пульсации, показанной выше, составляет 1,3 В пик-пик и это «почти» пилообразная волна.Среднеквадратичное значение для пилообразной волны составляет Vrms = Vpp / 2 * sqrt (3) = Vpp / 3,46

Здесь пульсация Vpp составляет 1,3 В, поэтому среднеквадратичное значение для волны переменного тока составляет 1,3 / 3,46 В = 0,375 В (несглаженное значение было 5,4 В).

Среднеквадратичное значение выходного сигнала составляет 12,0 В. Это выше, чем 10,6 В для несглаженного источника питания.

Расчет конденсатора

Величина пульсации напряжения определяется (приблизительно *) значением
Пульсация Vpk-pk = Iload / 4 f C (см. Ниже), где
f — частота до выпрямления (здесь 50 Гц) и
C — номинал конденсатора.

Пример: для нашего источника питания 12 В нам требуется пульсация напряжения менее 1 В от пика до пика при нагрузке 2 А.

Переставляя Vpk-pk Rpple = Iload / fC, получаем C = Iload / 4 * f * Vpk-pk Rpple

C = 2A / 4 * 50 Гц * 1 В, откуда C = 2/200 Фарад = 10000 мкФ

(* на самом деле пульсации напряжения также зависят от внутреннего сопротивления трансформатора и выпрямителя. Чем больше сопротивление, тем лучше сглаживание, но хуже регулирование нагрузки)

Почему пульсация Vpk-pk = Iload / 4 f C?

В каждом полупериоде выходное напряжение растет и падает.Время разряда t между каждым пиком и впадиной тогда составляет примерно половину каждого полупериода — или одну четверть периода T неректифицированной волны.
Мы используем Q (заряд) = C V = I t и перестраиваем, чтобы получить V = I t / C, так что V = I T / 4 C.

T = 1 / f, откуда V = I / 4 f C

Расчет напряжения

Минимальное выходное напряжение Vout = Vpk — (Vpk-pk пульсации)

В приведенном выше примере Vpk = 14,6 В и пульсации Vpk-pk = 1,3 В, поэтому Vout (мин) = 13,3 В

Пульсации тока

Накопление и высвобождение заряда в конденсаторе приводит к протеканию через него переменного тока.Это вызывает нагрев конденсатора и может иметь разрушительные последствия. На следующей странице мы оцениваем величину этого тока.

Рабочий пример

Разработайте источник питания, работающий от сети, в соответствии со следующими характеристиками: Выходное напряжение 24 В ± 20% при 5 А с максимальным напряжением пульсаций 4 В пик-пик.

Нам понадобится:

  • подходящий трансформатор, рассчитанный на постоянный ток 5 А
  • мостовой выпрямитель, способный пропускать пиковый ток 2 * 5А непрерывно,
    с номинальным обратным напряжением более 3 * Vrms (или 2 * Vpk)
  • сглаживающий конденсатор

Вычисления:

1: Выберите выпрямитель : в нашем техническом паспорте выбранного выпрямителя указано, что у него прямое падение напряжения 2.7 В при 5 А

2: выработайте необходимое напряжение: Vrms * 1,414 должно быть> 24 + 2,7 + (Vripple = 4V) = 30,7; Vrms = 30,7 / 1,414 = 22V .

3: выберите трансформатор: Ближайший подходящий трансформатор составляет 24 В при 8 А — это будет нормально.

4: выберите конденсатор: запомните, пульсации Vpk-pk = Iload / 4 f C — или C = Iload / 4 f * Vpk-pk пульсации

C = 5/4 * 50 * 4V = 5/800 = 0,00625 = 6250 мкФ

с минимальным номинальным напряжением 24 * sqrt (2) = 34 В + 20% запас прочности = 40 В

расчет пульсаций тока см. На следующей странице

Как рассчитать падение напряжения на трансформаторе


Введение

Падение напряжения на трансформаторе важно знать, так как оно является одним из факторов, влияющих на производительность электрической системы, в которой оно установлено.Очевидно, что высокое падение напряжения в трансформаторе может привести к низкому напряжению на стороне нагрузки системы.

Formula

Однофазный трансформатор: Vd = I (R cos theta + X sin theta)
Трехфазный трансформатор: Vd = sqrt (3) x I (R cos theta + X theta)

где:

Vd = падение напряжения
R = сопротивление
X = реактивное сопротивление
тета = угол коэффициента мощности

Чтение: какова важность отношения X / R? Пример 1 (однофазный трансформатор)

Найдите падение напряжения на однофазном трансформаторе, питающем двигатель мощностью 50 л.с. с коэффициентом мощности 0.70. Трансформатор имеет рейтинг производителя, указанный ниже.

  • номинальное напряжение = 12,7 кВ / 230 В
  • кВА номинальная мощность = 100 кВА
  • % R = 2,24%
  • % Х = 3,34%
Решение:

В этом случае сопротивление и реактивное сопротивление трансформатора даны в процентной форме, поэтому нам необходимо определить фактическое значение этих величин. 2
КВА трансформатор

R фактическое = 10 (2.2 >> использовать вторичную обмотку 230 В в качестве основного напряжения
100 кВА

X фактическое = 0,0182 Ом >> значение фактического реактивного сопротивления

Определите значение тока

P = 50 л.с. x 746 Вт = 37,300 Вт
л.с.

I = P / VL * pf
I = 37,300 Вт / 230 В * 0,7
I = 231 Ампер

cos theta = 0,7
sin theta = 0,7

Vd = I (R cos theta + X sin theta)
Vd = 231 A x [(0.01185) (0,7) + (0,0182) (0,7)]

Vd = 4,85 В или

% Vd = (4,85 В) x 100 = 2,11%
База 230 В


Пример 2 (трехфазный трансформатор)

Найдите падение напряжения трехфазного трансформатора, питающего нагрузку 100 кВА с коэффициентом мощности 0,80. Трансформатор имеет рейтинг производителя, указанный ниже.

  • номинальное напряжение = 12.2 >> использовать вторичную обмотку 230 В в качестве основного напряжения
    100 кВА

    X фактическое = 0,0047 Ом >> значение фактического реактивного сопротивления

    Определите значение тока

    I = S / (1,73 x VL)
    I = 100000 ВА / (1,73 x 230)
    I = 251 Ампер

    cos theta = 0,8
    sin theta = 0. 6

    Vd = 1,73 x I (R cos theta + X sin theta)
    Vd = 1,73 x 251 A x [(0,0031) (0,8) + (0,0047) (0,6)]

    Vd = 2.30 В или

    % Vd = (2,30 В) x 100 = 1,0%
    База 230 В

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.