Расчет импульсного трансформатора блока питания

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.

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.

То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.

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.

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 , 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.

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Конструкция

Первый двухполярный трансформатор был изготовлен еще Фарадеем, и согласно данным, это было именно тороидальное устройство. Тороидальный автотрансформатор (марка Штиль, ТМ2, ТТС4)– это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в другое. Они используется в различных линейных установках. Этот электромагнитный прибор может быть однофазным и трехфазным. Конструктивно состоит из:

  1. Металлического диска, изготовленного из рулонной магнитной стали для трансформаторов;
  2. Резиновой прокладки;
  3. Выводов первичной обмотки;
  4. Вторичной обмотки;
  5. Изоляции между обмотками;
  6. Экранирующей обмотки;
  7. Дополнительным слоем между первичной обмоткой и экранирующей;
  8. Первичной обмотки;
  9. Изоляционного покрытия сердечника;
  10. Тороидального сердечника;
  11. Предохранителя;
  12. Крепежных элементов;
  13. Покрывной изоляции.

Для соединения обмоток используется магнитопровод.

Этот тип преобразователей может классифицироваться по назначению, охлаждению, типу магнитопровода, обмоткам. По назначению бывает импульсный, силовой, частотный преобразователь (ТСТ, ТНТ, ТТС, ТТ-3). По охлаждению – воздушный и масляный (ОСТ, ОСМ, ТМ). По количеству обмоток – двухобмоточный и более.

Фото – принцип работы трансформатора

Устройство этого типа используется в различных аудио- и видеоустановках, стабилизаторах, системах освещения. Главным отличием этой конструкции от других устройств является количество обмоток и форма сердечника. Физиками считается, что кольцевая форма – это идеальное исполнения якоря. В таком случае, намотка тороидального преобразователя выполняется равномерно, как и распределение тепла. Благодаря такому расположению катушек, преобразователь быстро охлаждается и даже при интенсивной работе не нуждается в использовании кулеров.

Фото – тороидальный кольцевой преобразователь

Достоинства тороидального трансформатора:

  1. Небольшие габариты;
  2. Выходной сигнал на торе очень сильный;
  3. Обмотки имеют небольшую длину, и как результат уменьшенное сопротивление и повышенный КПД. Но также из-за этого при работе слышен определенный звуковой фон;
  4. Отличные характеристики энергосбережения;
  5. Простота в самостоятельной установке.

Преобразователь используется как сетевой стабилизатор, зарядное устройство, в качестве блока питания галогенных ламп, лампового усилителя УНЧ.

Фото – готовый ТПН25

Видео: назначение тороидальных трансформаторов

Проверка

ТОП-13 лучших граблей для дачи и сада

Расчет исходных данных и выбор элементов устройства

В первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией. Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н).

Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH.

Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными . Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты:

  • Амплитудное значение составляет: 242 В х 1,41 = 341,22 В.
  • Далее 341,22 — 0,8 х 2 = 340 В за вычетом падения напряжения на выпрямителе.

Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц:

Параметры

Марка феррита

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик Виктора Егель. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.

https://youtube.com/watch?v=s9JzznNHFP0

Трансформаторы часто используются для питания цепей управления, для освещения и в различных электронных устройствах. С такой задачей, как расчет трансформатора тока, сталкиваются не только специалисты в данных областях, но и обычные любители. Поэтому очень часто мы сталкиваемся с проблемой, когда не знаем, как производится простой расчет трансформатора и расчет параметров трансформатора. К счастью существует решение этой проблемы.

Устройство трансформаторов

Встречается полное непонимание принципов действия трансформатора. Почему малое количество витков выполняется толстым проводом, прочие вопросы – возникают у новичков. Начнем рассмотрением сердечников. Выполняются из ферромагнитных материалов. Чтобы внутри распространялось поле. Именно оно является причиной генерации вторичной обмоткой ЭДС. Майкл Фарадей изготовил сердечник опытного трансформатора (1831 год) из мягкой стали, ввиду выраженности свойств, сегодня поступают иначе:

  1. Электротехническая сталь содержит изрядную долю кремния (несколько %), значительно повышает удельное сопротивление материала. Жесткий сплав с долей углерода до 1%. Ферромагнитные свойства выражены нечетко, падают тепловые потери. В первую очередь – на вихревые токи Фуко. Наводятся переменным магнитным полем в железном сплаве, некоторых других материалах. При работе трансформатора резко растут потери с увеличением частоты, повышение удельного сопротивления подмешиванием кремния является эффективной мерой борьбы с указанным явлением. Потери перемагничивания снижаются применением жесткой стали. Марки Э42, 43, 320, 330, 340, 350, 360. Первая цифра указывает процентное содержание кремния (3 – порядка 4,8%), вторая – характеризует магнитные потери, конкретные значения приводятся ГОСТ (например, 3836), не являются определенными.
  2. Пермаллой представлен сплавом железо-никель. Характерной особенностью материала становится чрезвычайная высокая магнитная проницаемость. Поле внутри многократно усиливается. Пермаллой применяется в маломощных трансформаторах, где потери перемагничивания не могут быть большими по определению. Маркировка дополнена процентным содержанием металлов, Н указывает никель, Х — хром, С — кремний, А — алюминий.

До 60-х годов стоимость трансформаторов считалась по совокупности материалов, потери волновали мало. Но с 70-х цены на нефть выросли порядком, закономерно поднимая стоимость прочих энергоносителей. Ранее горячекатаную сталь заменили холоднокатаной (ГОСТ 21427.2), имеющую ориентированную структуру зерен. Закономерно повысилась магнитная проницаемость в продольном направлении. Саму сталь нарезают пластинами сообразно этому факту, одновременно блокируется возникновение вихревых токов. Процесс называется шихтованием, слои отделяются друг от друга пленкой лака.

Формула коэффициента трансформации

Технология литья стали, внесение новых свойств являются определяющими. Отвечают наравне с активным сопротивлением меди за возникающие потери, закономерно определяющие КПД устройства. Зависит от параметров сердечника, коэффициента трансформации, магнитный поток несет некоторые потери, ослабляется. Этот факт в полной мере замалчивается в формуле, которую видим на рисунке. Где R1 и R2 – потери в активном сопротивлении меди, факт перемагничивания сердечника замалчивается.

Попутно проанализируем формулу. Видно: активные потери входят таким образом, что коэффициент трансформации повышается. Казалось бы, если требуется понизить напряжение, только на руку, на деле энергия потребляется источником питания, приходится оплатить расход. Вот почему активные потери медных обмоток стремятся сделать нулевыми. Не распространяется без затухания поле, совершенно не учитывается формулой. Чтобы улучшить характеристики трансформатора, приходится выбирать электротехнический сплав.

Другая сторона монеты: активные потери уменьшим, снизив число витков. Требуется повысить магнитную индукцию поля, что требует создания совершенно особых сталей. Другим путем решения проблемы стало использование толстого провода, резко усложняя технологию намотки, одновременно существенно повышая стоимость, габариты изделия. Затем, на высоких частотах эффективность метода снижает скин-эффект, большое сечение создает пространство возникновению вихревых токов. Частично снимает проблему применение транспонированного провода, физически состоящего из большого числа изолированных друг от друга тонких жил (иногда полос). Изоляция эпоксидной смолой после отвердевания придает проводникам прочность.

Касательно трансформаторной стали к решению проблемы потерь (появлению возможности работать с большой индукцией) идут тремя путями:

  • Улучшение ориентации доменов (процесс производства).
  • Уменьшение толщины листов (сегодня – до 0,27 мм, более тонкая сталь редка).
  • Поверхностная обработка стали.

Скин-эффект и намотка жгутом

Силовые импульсные трансформаторы мы рекомендуем мотать жгутами из тонких проводов. Преимуществ несколько. Во-первых, исключается снин-эффект. Это такое неприятное явление, когда токи высокой частоты проходят по проводникам не по всему их объему, а стремятся распределиться по поверхности. Получается, что работает не весь проводник, а только его небольшой поверхностный слой. Отсюда избыточное омическое сопротивление обмотки и нагрев. Скин-эффект не проявляется на тонких проводах. До частоты 100 кГц мы применяем жгуты из провода диаметром 0.25 мм. На более высоких частотах рекомендуется диаметр провода еще уменьшить. Во-вторых, жгутом проще мотать, чем толстой медной шиной.

Сечение провода обмотки выбирается исходя из силы тока. Мы считаем допустимой плотность тока 5 А/кв. мм. Если Вы проектируете трансформатор с прицелом на сертификацию, то в разных странах есть разные стандарты на допустимую плотность тока. Ознакомьтесь с ними. Исходя из силы и плотности тока, получаем диаметр провода. Для частот меньше 100 кГц если он меньше 0.25 А, то мотаем одним проводом, если больше, то жгутом из проводов 0.25.

Определив количество витков в обмотках и количество проводов в жгутах, нужно проверить, поместятся ли обмотки в окне магнитопровода.

Теперь приведем онлайн расчет трансформатора. Этот расчет пригоден как для низкочастотных трансформаторов, так и для высокочастотных. Его можно применять для расчета не только силовых, но и других (например, управляющих, согласующих и т. д.) трансформаторов. Он пригоден для разных магнитопроводов. Необходимо только правильно рассчитать площадь сечения и площадь окна. Для Ш — образных сердечников. Площадь сечения равна площади зуба, а площадь окна произведению его ширины на его высоту. Для кольцевых (тороидальных) сердечников площадь сечения равна произведению высоты на половину разности внешнего и внутреннего диаметров, площадь окна равна ПИ умножить на квадрат внутреннего диаметра поделить на 4.

После расчета можно приступить к изготовлению силового мощного импульсного трансформатора.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

 1   2   3 

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

 

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

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

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

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

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

Еще статьи

Импульсный источник питания. Своими руками. Самодельный. Сделать. Лабо…
Схема импульсного блока питания. Расчет на разные напряжения и токи….

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра…
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим…

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида…
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при…

Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, …
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание…

Бестрансформаторные источники питания, преобразователи напряжения без …
Обзор схем бестрансформаторных источников питания…

Генератор синусоидального напряжения, сигнала, синуса, синусоиды. Гир…
Расчет гиратора и генератора синусоидального сигнала на нем….

Магнитный усилитель — схема, принцип действия, особенности работы, уст…
Как устроен и работает магнитный усилитель. Схема. …

Сверхмощный импульсный усилитель звука. Площади. Вещательный. Звуковой…
Сверхмощный импульсный усилитель звука для озвучивания массовых мероприятий и пр…

Особенности конструкции

Сердечники импульсных преобразователей имеют тороидальную или Ш-образную форму. При выполнении намотки импульсного трансформатора своими руками мастера предпочитают кольцевую (тороидальную) конфигурацию магнитопровода, поскольку для него не нужно специально готовить каркас и приспособление под намотку. Для изготовления сердечников используются материалы с повышенной магнитной проницаемостью типа:

  • ферритов;
  • трансформаторной кремнистой стали;
  • пермаллоя.

Ферритовые кольцевые сердечники широко распространены, дешевы и доступны. Обозначение изделия выполняется по типу К Dxdxh, где К – сокращение от слова «кольцо», D, d и h – соответственно, размеры внешнего и внутреннего диаметров кольца, высоты кольца. Размеры обозначают в мм, например, К 28×16х9. На ферритовом основании наматываются первичная и вторичная обмотки.

Ключевой особенностью конструкции является намотка первичной обмотки против часовой стрелки, вторичной – только по часовой. При изменении направления намоток мощность устройства значительно уменьшается. Обмотки наматываются с обеих сторон кольца, на внутренней стороне – с малым числом витков, на внешней – с большим количеством витков.

Для снижения индуктивности рассеивания считают необходимым наматывать двуслойно одну обмотку, а между ее слоями помещать другую обмотку. Иногда обмотки мотают двумя проводами одновременно, тогда провода витков одной обмотки располагаются между проводами витков другой.

Чертежи аналогов Логосоль

Принцип работы

Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию. Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью. Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.

На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы. Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке. Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий