Трансформатор высокочастотный – Высокочастотные трансформаторы: конструкция, особенности, выбор

Высокочастотные трансформаторы: конструкция, особенности, выбор

Высокочастотный трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое предназначается для передачи энергии высокой частоты между двумя или более цепями посредством электромагнитной индукции. Поскольку высокочастотное переменное электромагнитное поле обеспечивает более высокие значения напряжения при тех же показателях напряженности поля, то рассматриваемые устройства отличаются компактностью и преимущественно используются как элементы сложных электрических контуров в радиопередающих системах, а также в импульсных источниках питания.

Принцип функционирования

Устройство данного устройства принципиальных отличий от низкочастотных трансформаторов не имеет. Переменный ток в первичной обмотке трансформатора создает переменный магнитный поток в сердечнике и переменное магнитное поле, которое воздействует на вторичную обмотку. Это изменяющееся (как по времени, так и по амплитуде) магнитное поле на вторичной обмотке вызывает изменение электродвижущей силы (ЭДС) или напряжения во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора.

Действие высокочастотного трансформатора зависит от материала сердечника и плотности намотки витков.

Важно! При малой эффективности устройство не передаёт электромагнитную энергию, а накапливает её, что приводит к росту температуры и магнитным потерям.

Выбору материала сердечника уделяют решающее внимание. Такой материал должен обладать следующими характеристиками:

• Высокой диэлектрической проницаемостью;
• Линейностью характеристики передачи энергии;
• Локализацией образующихся помех;
• Минимальными значениями рассеяния индуктивности обмоток.

Рассматриваемые далее конструкции трансформаторов не меняют частоту. Исключения составляют случаи, когда нелинейность материала сердечника вызывает искажения, которые генерируют новые спектральные компоненты.

Устройство

Трансформаторы, которые применяются в  преобразователях с мостовыми инверторами, предназначаются для высокочастотного выпрямления и обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. Такой агрегат состоит из двух частей:

• Мостового инвертора на первичной обмотке.
• Выпрямителя на вторичной обмотке.

Основные отличия низкочастотных трансформаторов от высокочастотных заключаются в особом конструктивном обеспечении связей между обмотками. Фактически параллельно включается ещё одна пара обмоток, причём первичная обмотка второй из них электрически никак не связана с первой, а вторичная обмотка подключается к соответствующим выводам первой вторичной обмотки. Это снижает энергетические потери и устранять риск перегрева устройства при передаче значительной мощности.

Таким образом, высокочастотный трансформатор (отличия которого состоят в присутствии одной первичной и двух вторичных обмоток, соединенных между собой параллельно), позволяет подключить вторичные обмотки при условии, что они имеют одинаковое количество витков и намотаны на один и тот же магнитный сердечник.

При этом не имеется различий в отношении мощности суммарных электромагнитных помех, если принимаются одинаковыми коэффициенты поворота первичной и вторичной обмоток, а также их номинальные мощности.

Важно! Параллельное подключение вторичных элементов выполняется с целью улучшения процесса комбинированной подачи тока на нагрузку.

Если высокочастотный трансформатор используется в маломощных энергетических цепях (например, в радиопередающих комплексах), то используется один вторичный элемент, выполняемый  из толстой проволоки. Результат действия одинаков, а сложность и громоздкость системы уменьшается.

В практике использования часто имеет значение сравнение двух вышеописанных вариантов по производительности в отношении электромагнитных помех и стабильности напряжения. Если оба типа высокочастотных трансформаторов выдают ток нагрузки при равном напряжении, то падение производительности (из-за индуктивности и сопротивления утечки) несущественно. Однако при мощностях более 10 Вт имеет значение площадь поверхности провода, которая определяет так называемый скин-эффект. Например, для одного вторичного провода необходима увеличенная площадь поперечного сечения для меди, чем для двух бифилярных катушек с намоткой.

Последовательность действия и характеристики

Независимо от конструктивной разновидности постоянный ток поступает на первичную обмотку. При этом для питания полевого транзистора требуется создание прямоугольной волны амплитудой от 0 В до + 12 В, а трансформатор будет нуждаться в первичной форме волны, которая имеет среднее значение, близкое к нулю.

Магнитный поток в ядре не сбрасывается, поэтому где-то вдоль линии получается насыщение. В результате остаточный поток, оставшийся от одного цикла переключения, создается следующим циклом: считается, что высокочастотный трансформатор «уходит в насыщение».

Параметры тока и напряжения на первичной обмоткой трансформатора изменяются с помощью однополярного истокового повторителя, причем рабочий диапазон достигает 12 В. При малой нагрузке те же колебания воспроизводятся и вторичной обмоткой. Однако имеются и отличия. Ток в первичной обмотке течет только в одном направлении. При высоком напряжении он увеличивается с одной скоростью, а при низком – с другой.

Важно! Когда выходной сигнал становится низким, ток отключается гораздо быстрее, что искажает его форму. Поэтому применяется управление трансформатором с помощью биполярного сигнала, когда ток, симметрично протекает в обоих направлениях.

Рабочие параметры устройств включают в себя:

• Импульс: гарантирует, что индуктивность остается в заданном диапазоне и избегает насыщения.
• Функционал режима переключения, который содержит три дросселя и переключающий трансформатор.
• Способ обратной связи – по выходному напряжению, которое является функцией удержания тока в трансформаторе (реже встречается обратный вариант, с управлением по току).
• Рабочее напряжение на инверторе – от 1000 В, при низком входном напряжении.
• Тип изоляции. Рассчитывается на общее напряжение в диапазоне 15 … 200 В.

Основные применения: установки возобновляемой энергетики,  гибридные транспортные средства, промышленные приводы, а также устройства, предназначенные для  управления энергораспределением.

Особенности конструкции и использования

Позициями, по которым производится выбор рассматриваемых устройств, являются:

• Потребляемые входные напряжения, В – 0….15000.
• Напряжения на выходе, В – 0….6000.
• Реактивная мощность, кВА – 0,25….5000 (для авторитетных производителей эта характеристики не зависят от длительности узла).
• Коэффициент мощности нагрузки – 0…100% (по отставанию или по опережению).
• Частота, Гц – 20…100000.
• Фазность сети – одно- или трехфазная.
• Электростатическое экранирование – обязательно, может включать в себя один или несколько защитных экранов.
• Исполнение корпуса – для работы в обычной или агрессивной среде.

Важным параметром выбора  считается материал сердечников. Используются два типа конструкции. В оболочечном типе обмотки располагаются на общей ножке сердечника, а в трансформаторе с сердечником обмотки намотаны на разные ветви трансформатора. Ввиду того, что главной задачей эффективного использования высокочастотного трансформатора является  обеспечить максимальную связь потока, то толщина проволоки выбирается с учетом рабочего тока, который будет питать устройство. Реже встречаются третичные обмотки высокочастотных трансформаторов.

Основные материалы, используемые для изготовления сердечников, определяются назначением устройства. Например, силовые трансформаторы, работающие на частоте сети, могут иметь мягкие железные сердечники для магнитного соединения первичной и вторичной обмоток.

Важно! Для высокочастотных трансформаторов мягкое железо является неудовлетворительным, потому что материал имеет слишком много «памяти» – то есть достаточно инерционен, чтобы обратить магнитное поле тогда, когда ток в первичной обмотке меняется на противоположный.

Для аудиотрансформаторов используют преимущественно железо, модифицированное кремнием или никелем- элементами, которые снижают эффект памяти. В конструкциях радиочастотных трансформаторов используются компактированные порошковые материалы – ферриты.

Способы намотки тоже разные. Высокочастотные преобразователи в аудиотехнике нуждаются в быстрой реакции на изменения магнитного поля, поэтому при их производстве укладывают первичную и вторичную обмотки поверх определенного места на ядре.

Наибольшей оперативности в управлении требуют радиочастотные трансформаторы, поэтому они часто наматываются бифилярно, когда первичный и вторичный провода одновременно наматываются вокруг сердечника. Такой метод минимизирует потери и обеспечивает прямую магнитную связь между обмотками.

otransformatore.ru

Трансформатор. Виды трансформаторов.

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером Ⅰ символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток (Ⅱ и Ⅲ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому,

магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

• Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.

• Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!

  Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.

  Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

высокочастотный трансформатор | Расчет высокочастотного трансформатора

В качестве эффективной и высокомощной преобразовательной техники в системах электропитания и построения генераторов широко применяется высокочастотный трансформатор. Его конструкция включает две чередующиеся первичные и вторичные обмотки, формирующие отделения, расположенные в торцевой части первичек.

Особенности устройства

Все секционные обмотки изготавливают, соблюдая оптимальное соотношение длины и диаметра намотки. Подобное строение трансформатора дает возможность просто и с минимальными затратами времени заменить секции в процессе ремонта. Если в установке силового оборудования предусмотрен воздушный зазор, удается без особых усилий настроить выравнивание выходного напряжения.

Трансформаторы, преобразовывающие напряжение с высокой частотой переменного тока, состоят из:

• сердечника;
• первички;
• вторичной обмотки.

Высокий коэффициент полезного обусловлен наличием магнитопровода, имеющего форму полукруга. При данной конфигурации для любой электрической цепи будет характерно снижение рассеивания магнитного поля, показателя удельных потерь. С подобными задачами превосходно справляется современный высокочастотный трансформатор с небольшими размерами и легким весом.

Устройство легко монтируется, не занимая много полезного пространства.

Высокочастотный трансформатор с дисковой обмоткой

Преобразователь высоких частот, оснащенный дисковой обмоткой, используется с целью индукционного нагрева.

Первичка дисковая состоит из двух частей. А вторичная обмотка содержит чередующиеся листовые витки, имеющие изоляционное покрытие. Оно защищает элементы намотки от нежелательных контактов между собой.

На обеих обмотках имеются специальные отверстия, куда частично или полностью вставлен магнитный провод. Все секции первички локализуют над наружными поверхностями листов вторичной обмотки. Связи между витками имеют последовательный кондуктивный характер.

Выполнение конструкции и поверхностей сердечника реализуется с учетом необходимости передвижения вдоль оси обмоток или снабжения катушкой с электромагнитной индукцией.

Данные расчета

Расчет высокочастотного трансформатора осуществляется с использованием множества входных данных:

• амплитуда индукции;
• частота преобразования;
• сопротивление канала;
• напряжение насыщения;
• питание плотность тока и др.

Вычисления производятся для того, чтобы узнать оптимальную габаритную и потребляемую мощность, индуктивности и число витков первичной и вторичной обмотки.

Приобрести высокочастотный трансформатор

Целесообразно подобрать оптимальное устройство для стабилизации напряжения с переменной частотой вам помогут в нашем магазине. Высокочастотный трансформатор, купить который на сайте компании «МИРСО МАРИЯ» можно по довольно низкой цене, обеспечит существенную экономию электроэнергии и безопасность работы каждого прибора в электрической сети.

mirsomaria.ru

Широкополосные трансформаторы | RUQRZ.COM — сайт радиолюбителей.

Известно, что в старых распространенных радиолюбительских конструкциях всегда рекомендовались ферриты с проницаемостью 2000…600. А они ведь очень низкочастотные! Однако же в каком ни будь “Радио-76” они стоят и на входе и во всех смесителях. Что, авторы этих конструкций, известные радиолюбители, совершили ошибку? Отнюдь! Они то помнили и понимали, что энергия в ШПТЛ-ах передается не через перемагничивание сердечника, а непосредственно от элемента линии к элементу. Феррит здесь нужен для того, что бы повысить сопротивление линии для синфазных токов и в качестве “сборщика” полей рассеивания. Т.е. поглотителя энергии, которая паразитно наводится вокруг линии. Я, например, в своих конструкциях на КВ часто использую ферритовые кольца НМ2000. Это не значит, что надо применять только такие ферриты. Я хочу сказать, что и с такими магнитопроводами трансформаторы вполне нормально работают в широкой полосе радиочастот.
Какие же условия должны соблюдаться для того, что бы трансформатор был именно на длинных линиях?

1) Его обмотки должны представлять собой длинные линии с известным волновым сопротивлением. Проще говоря — все “обмотки” трансформатора должны быть сделаны из параллельных или слегка скрученных проводов с одинаковыми расстояниями между ними. Конструкции трансформаторов, которые выполнены “традиционным” способом (первичная обмотка на одной части кольца, вторичная на другой) НЕ РАБОТОСПОСОБНЫ! В этом можно убедиться, сделав простой эксперимент. Намотайте трансформатор на кольце с коэффициентом трансформации 1:1 или 1:2 (эти цифры еще один повод для обсуждения) и нагрузите на соответственный эквивалент нагрузки, сделанный, например, из резистора МЛТ-2. В первом случае — это 50 Ом, а во втором — 200 Ом. Подайте на трансформатор постоянный сигнал небольшой мощности с любого современного трансивера, используя его, как ГСС. Так вот, когда трансформатор намотан “традиционным” способом, то он дает КСВ на входе, равный БЕСКОНЕЧНОСТИ! А когда ваш трансформатор по конструкции — истинный ШПТЛ, то КСВ будет около 1 и в широком диапазоне частот. Опыт можно повторить с различными ферритами. Такой эксперимент очень показателен, его можно проделать не выходя из дома, на своем рабочем столе,

2) ШПТЛ должен быть нагружен по входу и выходу на АКТИВНЫЕ нагрузки равные примерно волновому сопротивлению линий из которых он сделан.

Типовой пример: Наш брат — радиолюбитель применяет для “симметрирования” антенн огромные по величине ферритовые кольца возле полотна. Однако описанный выше эксперимент с активными нагрузками показывает, что колечко диаметром в 10…20 мм выдерживает мощность в 100 Вт и не нагревается! Так где же правда? Правда, в том, что антенна (диполь или рамка) имеет низкое активное сопротивление ТОЛЬКО на одной единственной частоте, частоте первой гармоники антенны. Высокие активные сопротивления, которые имеются на четных гармониках, на практике неприменимы. Низкоомные резонансы на нечетных верхних гармониках попадают уже не в радиолюбительские диапазоны. А на остальных частотах ВСЕГДА будут присутствовать значительные реактивности. Они вызывают сильный нагрев кольца и поэтому оно должно иметь большую поверхность охлаждения т.е. быть БОЛЬШИМ. К примеру, в импортных стоваттных трансиверах на выходе ПА стоят микроскопические ферритовые бинокли. И… НИЧЕГО! Это не из-за того, что они сделаны из диковинного материала. Просто одно из требований к выходной нагрузке для таких трансиверов — что бы она была АКТИВНОЙ. (Другое требование – 50 Ом). Следует опасаться тех публикаций, где рекомендуют мотать строго определенное число витков для ВЧ трансформатора. Это признак еще одной “болезни сознания” — квазирезонансного использования ШПТЛ-а. Вот от туда “ростут ноги” у легенды о необходимости применять ВЧ ферриты. Но… Широкополосности то уже НЕТ!

Теперь про упомянутые 1:1 и 1:2… В школьном курсе физики коэффициент трансформации — это соотношение витков первичной и вторичной обмоток. Т.е. соотношение входных и выходных напряжений. Почему же у радиолюбителей этот параметр превратился “по умолчанию” в коэффициент трансформации сопротивлений? Да потому, что трансформация сопротивлений более важна в нашей среде. Но не следует доходить до апсурда! Вот разговор подслушанный в эфире – два радиолюбителя обсуждают как сделать тансформатор с 50 на 75 Ом. Один предлагает мотать его с соотношением витков 1:1,5. И когда им кто-то робко возражает, в ответ слышны только обвинения в технической неграмотности. И подобное случается на каждом шагу! А всего лишь — ТЕРМИНЫ! Получается, что великий закон сохранения энергии для них не действует и можно при напряжении на входной обмотке, предположим 1 Вольт, подавая на 50-ти омный вход трансформатора мощность 20 мВт, на 75-ти оммном выходе снимать уже 30 мВт. Вот такой “вечный двигатель” получается! Здесь всего то лишь надо помнить, что коэффициент трансформации сопротивлений находится в квадратичной зависимости от коэффициента трансформации напряжений. Другими словами трансформатор 1:2 будет трансформировать сопротивление 50 Ом в 200 Ом, а трансформатор 5:6 сопротивление 50 Ом в 75 Ом. Почему я написал 5:6, а не 1:1,2? Вот здесь – один шаг до конструкции. Как уже говорилось, ШПТЛ должен мотаться линией. А линия – это два или несколько сложенных вместе и слегка скрученных провода. Волновое сопротивление такой линии зависит от диаметра проводов, расстояния между их центрами и шага скрутки. Для трансформации 50 Ом в 75 Ом необходимо использовать линию из ШЕСТИ проводов и, если нет требования к симметрированию, соединить эти провода по схеме

Как вы заметили, схема тоже нарисована по-особому, не как обычный трансформатор. Такое изображение лучше отражает суть конструкции. Привычное схемное изображение, Рис.2, и, соответственно, “традиционная” конструкция автотрансформатора с однослойной обмоткой и отводом от 0,83 общего количества витков при практических испытаниях “на столе” показывает гораздо худшие результаты по широкополосности.

По конструктивным и эксплуатационным соображениям нежелательно так же делать ШПТЛ с укороченным участком одной из линий. Рис.3. Несмотря на то, что это позволяет легко делать любые, даже дробные, коэффициенты трансформации. Такое решение приводит к появлению неоднородности в линии, вследствии чего ухудшается широкополосность.

Интересный вопрос: — “Какие предельные коэффициенты трансформации можно получить в ШПТЛ?” Особенно интересно найти ответ на этот вопрос тем, кто “заболел” идеей сделать широкополосный апериодический ламповый усилитель мощности, где необходимо трансформировать сопротивление порядка 1..2 КОм со стороны лампы в сопротивление 50 Ом. Эксперимент “на столе” дает довольно интересный результат. Опять здесь все зависит от конструкции обмоток. К примеру, если сделать “традиционный” трансформатор или автотрансформатор с коэффициентом трансформации, предположим, 1:10, нагрузить его на положенное активное сопротивление, равное 5 КОм и промерить КСВ на пятидесятиоммной стороне, то от результата волосы могут встать дыбом! А если в добавок снять АЧХ, то будет понятно, что от широкополосности ничего не осталось. Имеется один явный, довольно острый резонанс, обусловленный индуктивностью.

Эту больную тему можно было бы еще развивать до бесконечности, но… Все затмила конструкция широкополосного симметрирующего трансформатора на трансфлюксоре (двухдырочном ферритовом сердечнике) Рис.4, которую мне удалось “подсмотреть” в импортной антенне для телевизора типа “усы”. Изображение на рисунку конечно схематическое — на самом деле обмотки состоят из нескольких (3…5) витков. Долго с недоумением я рассматривал его конструкцию, пытаясь понять систему намотки. Наконец удалось нарисовать расположение “обмоток”. Вот уж – пример использования истинных длинных линий!

Если бы я не знал,что это линии, то подумал бы, что я сумасшедший! Особенно эта красная короткозамкнутая обмотка… Но, почему же мы не удивляемся в случае, когда, например в кабельном U-колене, необходимо соединить в одной точке оплетку с двух концов коаксиального кабеля. Тоже, ведь – ЛИНИЯ! При настольном эксперименте на эквивалент нагрузки этот микротрансформатор, предназначенный для работы на частотах в сотни мегагерц, показал великолепные результаты на значительно более низких частотах, вплоть до диапазона 40 м и при полной мощности трансивера.

Попутно разберемся с легендами о симметричности и симметрировании. Выясним, как очень просто определить является ли тот или иной ШПТЛ симметрирующим, или авторы только заявляют об этом свойстве, а симметрии там и в помине нет. Тут нам снова поможет “Его Величество – Эксперимент” и “Его высочество – теоретический анализ результатов эксперимента”. Сперва разберемся, что такое симметричный выход и чем он отличается от несимметричного. Оказывается тут все зависит от конструкции трансформатора. Вот, например, самый простой случай – ШПТЛ с коэффициентом трансформации 1:1. Любой настоящий или мнимый ШПТЛ (Бывают и такие! И не редко!) можно легко проверить с помощью своего домашнего трансивера. Достаточно присоединить к выходу трансформатора активную нагрузку (эквивалент) с сопротивлением, соответствующим к-ту трансформации, и проверить КСВ на 50-ти омном входе при максимальной мощности передатчика (максимальная точность КСВ метра) в заданном диапазоне частот. Если ШПТЛ настоящий, то КСВ должен быть близок к идеалу т.е. 1,0 и в ШИРОКОЙ полосе частот (на то он и ШИРОКОПОЛОСНЫЙ трансформатор!) Желательно иметь открытый на передачу трансивер с непрерывным перекрытием и не в коем случае не включать внутренний антенный тюнер. Свойство симметрии проверяется при приеме с помощью ПАЛЬЦА (не 21-го! Хотя, можно и им!). Симметрия — суть РАВНОПРАВИЕ обеих выводов нагрузки относительно земли (корпуса трансивера). При приеме какой-либо станции (можно вещательной, это удобнее…) при прикосновении ПАЛЬЦЕМ или отверткой к концам нагрузки, присоединенной к СИММЕТРИЧНОМУ выходу ШПТЛ, по показаниям S-метра и на слух все должно быть одинаково. Но уровень сигнала должен быть на один бал (-6 дБ или два раза по U) меньше на каждом несимметричном выходе. (это в случае к-та трансформации 1:1). В качестве нагрузки кратковременно даже для 100 Вт передачи удобно применять резистор МЛТ-2 на 51 Ом. При этом наблюдается интересный эффект — во время приема синала через симметрирующий транс, при проведении ПАЛЬЦЕМ по корпусу этого резистора с одного края будет слышна радиостанция, в центре резистора — ее слышно не будет, а с другого края — будет слышно так же, как с первого. Только при таких условиях трансформатор можно считать симметрирующим. Попробуйте разные конструкции ШПТЛ-ов, которые публикуются в литературе и в интернете. Результаты Вас могут сильно удивить…

Короче! Делайте свой смеситель на любом кольце с НЧ ферритом. Испытаете — напишите! Экспериментируйте смелее!

Сергей Макаркин, RX3AKT

Что еще почитать по теме:

www.ruqrz.com

Высокочастотные трансформаторы тока | Экран для высокочастотного трансформатора

Высокочастотные трансформаторы тока применяется с целью передачи измерительных сведений в предохранительные установки, а также устройства управления. За счет этого гарантируется защита ключей от перезагрузки по току. В качестве последних выступают транзисторы.

Такие трансформаторы функционируют на высоких частотах, показатель способен достигать 1 МГц. Они в обязательном порядке должны гарантировать корректную и оперативную транспортировку импульсов во вторичную цепь, что изолируется от первичной на полное функционирующее напряжение.

Основные виды и характеристики

Данная разработка относится к электрометрии, а именно, к индуктивному нагреванию. Она эффективно используется для контроля и корректировки режима нагрева. Известны следующие типы трансформаторов:

• Галетные с магнитопроводом замкнутого типа. Чтобы корректировать коэффициент трансформации необходимо переключить витки обмоток.
• Для высокочастотного нагрева с сердечником незамкнутого типа (ферритовым). Главный минус применения такого агрегата заключается в незначительном диапазоне эксплуатации при высокочастотном нагреве с незначительным изменением индуктивных нагрузок в результате неожиданного уменьшения КПД в условиях функционирования корректировки показателей с более значительным диапазоном.
• Высокочастотный, что идет с первичной обмоткой, сделанную как спиральная катушка. А вторичная идет одновитковой. Последняя характеризуется наличием вспомогательных выводов, необходимых при подсоединении.

Такие установки представляется возможность приобрести на сайте «МИРСО МАРИЯ» по выгодной цене.

Экраны ВЧ трансформаторов

Экран для высокочастотного трансформатора изготавливают из стального материала и как правило делаю его в несколько слоев. Таким образом он предстает в виде кожуха.

Экран трансформатора качественно и надежно защищает от емкостных, а также индуктивных наводок. Тем не менее, экранирование проводов способно привести к ряду сложностей. Это связано с увеличением паразитной емкости монтажа, которые способствуют фазовым сдвигам, а также в ослаблениям.

В соответствии с изложенным, рекомендуется первоначально произвести оценку наводки, после чего произвести экранирование только самых небезопасных проводников.

Также требуется в обязательном порядке гарантировать безопасное, качественное заземление.

Трансформаторы напряжения

Высокочастотные трансформаторы напряжения 2-х и 3-ообмоточные используются с целью измерения мощности, энергии, а также применяются для:

• питания цепей автоматики;
• предохранения линий электрических передач от замыканий на землю;
• сигнализации.

Такие установки различают по:

• количеству фаз;
• числу обмоток;
• способу охлаждения;
• принципу установки;
• классу точности.

Приобретение высокочастотных трансформаторов тока и напряжения возможно на выгодных для клиента условиях на сайте производства.

mirsomaria.ru

типы, режимы работы и назначение

Специальные трансформаторы — промышленные сухие трансформаторы, разработанные специально для электрических сетей и потребителей энергии, для которых характерны особенные условия — к примеру, повышенная нагрузка или специальный режим работы. Такие трансформаторы предназначены в основном для промышленных предприятий, поскольку защищают промышленные электроприборы и постоянный ток. Трансформаторы специального типа позволяют понизить пульсации электрического тока, откорректировать частоту тока и изменить количество фаз.

Виды трансформаторов

К числу специальной группы трансформаторов относят:

• Согласующие.
• Разделительные.
• Высокочастотные.
• Сварочные трансформаторы.
• Автотрансформаторы и многие другие, созданные для узкого спектра задач.

Разделительные трансформаторы

Специальные разделительные трансформаторы широко применяются в областях, требующих принятия дополнительных мер безопасности при работе с электроинструментом. Они используются в медицинском оборудовании, где требуется непосредственный контакт с телом человека.

В целях обеспечения электрической безопасности на общем магнитопроводе размещаются две обмотки идентичной конструкции, что позволяет получать на выходе такое же напряжение, как и на входе.

На корпусе прибора в случае пробоя изоляции провода формируется потенциал, который может поразить человека и стать причиной электротравмы. Оптимальное использование питания электрооборудования возможно при гальваническом разделении схемы, при этом оно одновременно исключает вероятность получения электротравмы в случае пробоя вторичной схемы изоляции на корпус.

Высокочастотные трансформаторы

Трансформаторы специального назначения, отличающиеся от обычного оборудования материалом, из которого выполнен магнитопровод, что позволяет без искажений передавать высокочастотные сигналы.

Согласующие трансформаторы

Предназначены для согласования сопротивлений в электронной схеме. Согласующие специальные трансформаторы широко применяются в усилителях звуковых частот и антенных устройствах.

Сварочные трансформаторы

Трансформаторы сварочного типа применяются в промышленных предприятиях, пользуясь при этом немалой популярностью у радиолюбителей.

Первичная обмотка формируется с большим количеством витков, благодаря которым осуществляется обработка электрической энергии с напряжением на входе 220 либо 380 вольт. Число витков во вторичной обмотке меньше, но при этом ток, протекающий по ней, высокий и может достигать тысячи ампер.

Трансформаторы для дуговой электросварки

Понижающий однофазный специальный трансформатор, способный преобразовать напряжение сети 220 либо 380 В до необходимых для горения электрической дуги 60-70 В. Поскольку сопротивление электрической дуги минимально, работа сварочного инвертора осуществляется в условиях, максимально приближенных к короткому замыканию. В связи с этим ко вторичной цепи трансформатора последовательно подключен дроссель с подвижным сердечником для ограничения величины тока. Величина сварочного тока и индуктивного сопротивления дросселя может корректироваться посредством изменения в магнитной цепи величины воздушного зазора.

Трансформатор с подвижным сердечником

Специальный трансформатор, сердечник которого состоит из двух частей — подвижной и неподвижной, причем подвижная со вторичной обмоткой располагается внутри неподвижной с первичной обмоткой. Первичная обмотка такого трансформатора выполнена из подключенных встречно двух катушек. Подключение такого трансформатора в цепь одновременно с вольтдобавочным трансформатором позволяет регулировать вторичное направление.

Трансформаторы для выпрямительных установок

Вторичная цепь таких трансформаторов включает вентили, благодаря которым переменный ток преобразуется в пульсирующий. Габариты и масса специальных трансформаторов для выпрямительных установок значительно больше, чем у аналогичных устройств идентичной выходной мощности, но в их обмотках имеется синусоидальный ток. Объясняется это тем, что в трансформаторах, подключенных к выпрямительным схемам, полезная мощность зависит от составляющей вторичного тока, а нагрев обмоток — от полных первичного и вторичного токов с высшими гармониками.

Сетевая, или первичная, обмотка трехфазных выпрямительных трансформаторов соединяется в «треугольник» либо «звезду», а вторичная — вентильная — подключается таким образом, чтобы одно- и трехфазный ток преобразовывался в многофазный с количеством фаз, требуемых для конкретной схемы преобразования. Чем больше число фаз, тем ниже пульсация выпрямленного напряжения. Установленные на электровозах выпрямители однофазного тока работают на двухфазных схемах, на тяговых подстанциях — шестифазные и двенадцатифазные.

Регулируемый трансформатор

Трансформатор, режим работы которого зависит от изменения подмагничивания шунтов и имеющий три объединенных обмотки, питание одной из которых осуществляется постоянным током. Напряжение на выходе трансформатора изменяется при изменении в цепи подмагничивания постоянного тока.

Импульсные трансформаторы

Предназначены для трансформации импульсов напряжения при сохранении их формы без изменений. Обмотки импульсных трансформаторов специального типа выполняются малослойными с целью понижения обусловленных воздействием гистерезиса искажений, паразитных емкостей, вихревых токов и индуктивностей рассеивания. Сердечники выполняются из пермаллоя или электротехнической холоднокатаной стали.

Пик-трансформаторы

Трансформаторы, предназначенные для преобразования синусоидального напряжения в пикообразное, требующееся для открывания тиратронов, управляемых вентилей — тиристоров и аналогичного оборудования. Пик-трансформаторы представляют собой двухобмоточные трансформаторы с линейным активным либо индуктивным сопротивлением в цепи первичной обмотки и сильно насыщенным магнитопроводом. Благодаря такому строению на вторичной обмотке индуктируется ЭДС в виде кратковременных импульсов, при этом моменты прохождения тока через нуль соответствуют максимумам импульсов.

Дроссели

Электромагнитное статическое оборудование, используемое в электрических цепях благодаря своей индуктивности. Реактор, или дроссель, представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником. В зависимости от назначения и режима работы, трансформаторы делятся на несколько видов:

• Сглаживающие. Предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и использующиеся в цепях тяговых двигателей электропоездов и электровозов.
• Переходные. Переключают выводы трансформатора.
• Токоограничивающие. Сокращают токи короткого замыкания.
• Делительные. Равномерно распределяют токи нагрузки между вентилями, подключенными параллельно.
• Помехоподавляющие. Устраняют помехи, возникающие при функционировании аппаратов, оборудования и электрических машин.
• Индуктивные шунты. Распределяют ток между обмотками работающих тяговых двигателей и параллельно подключенных к ним резисторов во время переходных процессов.

Перечисленные выше виды специальных трансформаторов являются одними из наиболее популярных и часто встречаемых.

fb.ru

Высокочастотный трансформатор

 

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву. Сущность изобретения заключается в том, что высокочастотный трансформатор содержит выполненную из двух частей первичную дисковую обмотку, вторичную обмотку, состоит из двух последовательно соединенных листовых витков с отверстиями, в которые частично или полностью вставлен магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток или снабжают катушкой подмагничивания. Изобретение уменьшает потери в магнитопроводе и выводах вторичной обмотки и упрощает конструкцию. 2 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к электротермии, в частности, к индукционному нагреву, и может быть использовано для согласования источника питания высокой частоты с низкоомной нагрузкой, а также для регулирования режима нагрева.

Известен трансформатор галетного типа с замкнутым магнитопроводом [1]. Галета состоит из дисковой первичной обмотки, изолированной термостойкой изоляцией и залитой алюминием. Заливка образует виток вторичной обмотки. Изменение коэффициента трансформации производится переключением витков первичной и вторичной обмоток. Недостатком указанного устройства является сложность его изготовления, ограничение по частоте до 10 кГц и снижение КПД при уменьшении коэффициента мощности индуктора. Известен трансформатор для высокочастотного нагрева с незамкнутым ферритовым сердечником [2] , недостатком которого является узкий диапазон его использования при высокочастотном нагреве с небольшим изменением индуктивностей нагрузок (не более чем в 2-3 раза) ввиду резкого снижения КПД при работе в более широком диапазоне изменения параметров. Известен высокочастотный трансформатор [3], содержащий первичную обмотку, выполненную в виде спиральной катушки, и вторичную одновитковую обмотку, соединенную последовательно с первичной и имеющую дополнительные выводы для подключения нагрузки. Трансформатор имеет элементы из ферромагнитного или электропроводного материала, установленные внутри обмоток ассиметрично с возможностью перемещения вдоль обмоток. Недостатком указанного устройства является более низкий КПД, чем у трансформаторов других типов, и узкий диапазон изменения нагрузок. Прототипом настоящего изобретения следует считать трансформатор для высокочастотного нагрева с дисковыми обмотками и замкнутым магнитопроводом [4], в котором путем переключения дисков первичной и вторичной обмоток возможно менять коэффициент трансформации в широких пределах. Основным недостатком устройства по прототипу является ограничение его использования в диапазоне частоты тока до 10 кГц. Это происходит потому, что при повышении частоты тока свыше 10 кГц резко увеличиваются потери в магнитопроводе, который выполнен из листовой электротехнической стали. Другим недостатком устройства по прототипу следует считать сложность конструкции и повышенные потери в выводах вторичной обмотки и контактных приспособлениях для переключения дисков. Повышенные потери во вторичной обмотке возникают из-за того, что ток во вторичной обмотке протекает вследствие эффекта близости по узким сторонам диска, обращенным друг к другу. В связи с указанными техническими и технологическими недостатками использования устройства по прототипу существует задача создания устройства, работающего в более широком диапазоне изменения частоты тока, осуществляющего согласование высокочастотного источника питания с нагрузкой, в том числе с низкоомной нагрузкой, с возможностью плавного регулирования режима работы при изменении параметров нагрузки, обладающего при этом простотой конструкции и эксплуатации, при снижении массогабаритных показателей и улучшении энергетических параметров. Поставленная задача решается авторами следующим образом. В известном устройстве, высокочастотном трансформаторе для индукционного нагрева, содержащем дисковые обмотки и магнитопровод, первичную дисковую обмотку выполняют из двух частей, вторичную обмотку выполняют состоящей из двух последовательно соединенных листовых витков с отверстиями, в которые частично или полностью вставлен магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток и/или снабжают катушкой подмагничивания. Технический результат от применения предлагаемого устройства состоит в возможности его применения при частоте тока как до 10 кГц, так и более, в возможности согласования высокочастотного источника питания с нагрузкой, включая низкоомную нагрузку, а также в упрощении конструкции и снижении стоимости при повышении энергетических показателей, таких как КПД, коэффициент связи и др. Основным техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является возможность его применения в широком диапазоне изменения частоты тока за счет того, что потери во вторичной обмотке малы из-за большой ширины пути протекания тока и малого зазора, потери во вторичной обмотке малы благодаря вытеснению тока к центру обмотки магнитопроводом, а потери в магнитопроводе малы благодаря применению для его изготовления магнитодиэлектрических материалов с малыми потерями, в частности высокочастотного феррита. При больших мощностях все элементы конструкции трансформатора легко выполнить водоохлаждаемыми. Другим техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является возможность плавного регулирования режима работы и поддержания оптимального согласования высокочастотного источника питания при изменении параметров нагрузки в широком диапазоне, включая низкоомную нагрузку. Это происходит благодаря тому, что согласование осуществляется изменением сопротивления обмоток трансформатора путем перемещения магнитопровода относительно обмоток и/или путем изменения тока намагничивания катушки, надетой на магнитопровод. Техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является также уменьшение массогабаритных показателей, упрощение конструкции, удобство при эксплуатации и ремонте, благодаря чему достигается удешевление предлагаемого устройства за счет уменьшения расхода дорогостоящих материалов обмоток и магнитопровода. Это происходит благодаря тому, что из-за малой величины зазора между первичной и вторичной обмотками магнитопровод можно значительно уменьшить в размерах, поместив его в отверстие в обмотках, таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить размеры магнитопровода, увеличить его эффективность. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематически изображен высокочастотный трансформатор: на фиг. 1 — вид устройства с продольным разрезом; на фиг. 2 — вид сверху по А. На чертежах показано: 1 — первичная дисковая обмотка, витки которой изолированы друг от друга и от витков вторичной обмотки; 2 — вторичная обмотка, состоящая из двух листовых витков с отверстием; 3 — магнитопровод, имеющий возможность перемещения в отверстии относительно первичной и вторичной обмоток; 4 — катушка подмагничивания; 5 — изоляция, препятствующая контактированию витков вторичной обмотки друг с другом; 6 — выводы подключения первичной обмотки к высокочастотному источнику питания; 7 — выходные шины вторичной обмотки, подсоединяемые к нагрузке (нагрузка не показана). Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подключении источника высокочастотной энергии к выводам 6 первичной обмотки 1 по ней течет ток, создающий магнитный поток, сцепленный с витками вторичной обмотки 2 и проходящий по магнитопроводу 3, вставленному в отверстия в обмотках и имеющему возможность перемещения вдоль оси отверстий, изменяя величину магнитного сопротивления потоку. Во вторичной обмотке наводится ЭДС, под действием которой во вторичной обмотке 2 течет ток, величина которого зависит от состояния ее выводов 7. Если к выводам 7 подключена нагрузка (не показана), ток во вторичной обмотке равен сумме тока нагрузки и тока первичной обмотки. Из-за малого расстояния между витками вторичной обмотки и большой ширины пути протекания тока активное сопротивление и индуктивность вторичной обмотки могут иметь очень малую величину даже при большой частоте тока. Индуктивность первичной и вторичной обмоток может изменяться плавно в широких пределах путем перемещения магнитопровода и/или изменяя ток в катушке подмагничивания и надетой на магнитопровод 3, что позволяет использовать устройство в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты тока источника. Пример реализации изобретения Изготовлен высокочастотный трансформатор для согласования источника питания мощностью 10 кВт и частотой тока 66 кГц с петлевым индуктором для пайки. Индуктивность нагрузки составляет 0,06 Гн. Массогабаритные и энергетические параметры трансформатора приведены в таблице. Напряжение на первичной обмотке составляет 800 В, ток первичной обмотки 20 А. Напряжение на вторичной обмотке 17,4 В, ток вторичной обмотки 325 А. Магнитопровод выполнен из феррита 2000 Н . Режим нагрева и мощность, передаваемая индуктором в деталь, регулируется двумя способами: 1) перемещением магнитопровода вдоль оси обмоток; 2) изменением тока в катушке подмагничивания, надетой на магнитопровод. Катушка запитывается от внешнего стандартного регулируемого источника питания напряжением от 0 до 30 В с током до 2,5 А. Данный образец высокочастотного трансформатора подтвердил все технические преимущества настоящего изобретения. Источники информации 1. Шамов А. Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Издание 2-е, Л.: Машиностроение, 1974, 280 с. 2. Пейсахович В.А., Мирский Н.Л. Высокочастотный трансформатор с незамкнутым ферритным сердечником. Промышленное применение токов высокой частоты. Вып. 11. Л.: Машиностроение, 1965, 320 с. 3. А. с. N 1488885, кл. H 01 F 19/04. Бюл. 23. 4. Вологдин Bс.В. Трансформаторы для высокочастотного нагрева. Вып. 7. Издание 3-е. М.-Л.: Машиностроение. 1965, 100 c.

Формула изобретения

Высокочастотный трансформатор для индукционного нагрева, содержащий дисковые обмотки и магнитопровод, отличающийся тем, что первичную дисковую обмотку выполняют из двух частей, вторичную обмотку выполняют состоящей из двух последовательно соединенных листовых витков с изоляцией, препятствующей контактированию витков вторичной обмотки друг с другом, при этом обе обмотки выполняют с отверстиями, в которые частично или полностью вставляют магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток или снабжают катушкой подмагничивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

findpatent.ru