Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

Расчёт импульсного трансформатора

Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

— Uпит min=170B; Uпит ном= 220B; Uпит max= 250B — соответственно минимальное, номинальное и максимальное напряжение питания преобразователя;

— Uкэ. нас= 1,5В — напряжение насыщения участка коллектор—эмиттер (или сток—исток) коммутирующих транзисторов;

— Bнас= 0,38В — индукция насыщения маг-нитопровода;

—µэфф=2000 Гн/м — эффективная магнитная проницаемость магнитопровода;

— F= 30кГц — частота преобразования;

— Uн= 12В; 5В — напряжение на нагрузке;

— Iн= 2А; 3,5А — ток, потребляемый нагрузкой;

— D= 38мм, d= 24мм, h= 7мм — внешний диаметр, внутренний диаметр и высота кольцевого магнитопровода.

Методика расчёта

1. Мощность, потребляемая нагрузкой, . Если нагрузок несколько, вычисляют суммарную потребляемую ими мощность:

2. Вычисляют КПД трансформатора согласно рис. 1 по эмпирической формуле:

, (1)

где значение F — кГц, Рн — Вт.

3. Используемая мощность трансформатора:

4. Площадь сечения магнитопровода

.

5. Площадь окна магнитопровода:

.

6. Средняя длина магнитной силовой линии в магнитопроводе

7. Принимаем значение максимальной индукции Вm (Тл) частной петли гистерезиса в пределах Вm= (0,5…0,75)Bнас. Из [3] известно, что выбирать Вm меньше 0,5Внас нерационально вследствие необоснованного увеличения габаритов трансформатора, а больше 0,756Bнас нельзя из-за повышения вероятности насыщения магнитопровода. Принимаем Вm равным среднему значению — 0,625Bнас.

8. Габаритную мощность трансформатора в общем случае рассчитываем по формуле{3, с. 85]; [5, с. 24-26]; [7, с. 109]:

, или

,(2)

где значение Ргаб — Вт; Sc и So — см2; F — Гц; Вт — Тл: J — плотность тока в обмотках, А/мм ; s — число стержней магнитопровода, на которых расположены обмотки (для кольцевого магнитопровода — 1); kc— коэффициент заполнения ферромагнитным материалом площади поперечного сечения магнитопровода [5, с. 24]; kм— коэффициент заполнения окна медью обмоток; kф — коэффициент формы преобразовываемого напряжения (для прямоугольной формы — 1).

Из [7, с. 110] коэффициент kc для ферритов — 1; kм — 0,15 при Рн > 15 Вт.

9. Согласно [7, с. 109] и проверено экспериментально:

,(3)

Поскольку Ргаб в свою очередь зависит от J, вычисление следует выполнять итерационно. Трудностей итерационного расчета можно избежать, приняв J равной 1,87 А/мм2 или вычислив Ргаб по формуле, приведенной в статье [2], которая дает менее точный, но пригодный для первоначальной оценки результат:

,

где значение Ргаб — Вт; Sc и So — см , F — Гц; Вт — Тл.

10. Проверяем, если Ргаб> Рисп, выбранный кольцевой магнитопровод можно использовать, то продолжаем расчет. Если неравенство не выполняется, желательно либо повысить частоту преобразования (если это позволяют характеристики материала магнитопровода и элементы ИИП), либо применить магнитопровод больших размеров. Запас по Ргаб учитывает изменение параметров магнитопровода (старение, уменьшение µэфф при нагревании и т. д.).

11. Наибольшее напряжение первичной обмотки трансформатора для полумостового преобразователя ; для мостового преобразователя для преобразователя со средней точкой .

12. Определяем число витков первичной обмотки трансформатора [3, с. 92]:

где значение U1 — ; F — Гц; Вт — Тл; Sc — м2.

13. Рассчитываем индуктивность первичной обмотки трансформатора (в Гн) по известной формуле

;

где Гн/м — магнитная постоянная.

14. По методике [1] вычисляем максимальное значение прямоугольной составляющей тока первичной обмотки трансформатора:

— для мостового преобразователя

;

— для преобразователя со средней точкой

;

—для полумостового преобразователя

;

15. Максимальное значение амплитуды треугольной составляющей тока [1] первичной обмотки трансформатора:

— для полумостового и мостового преобразователей

;

— для преобразователя со средней точкой

;

где значение lmax — A; U1 — В, F — Гц; L1, — Гн.

16. Если выполняется неравенство lmax < 0,2 I1max. полагаем, что форма тока первичной обмотки трансформатора близка к прямоугольной. В противном случае желательно применить магнитопровод с иными параметрами. Но если неравенство не выполнено, продолжают расчет дальше, допуская повышенную амплитуду треугольной составляющей тока, из-за которой придется выбрать коммутирующие транзисторы с более высоким максимально допустимым током коллектора или стока.

17. Ориентировочно максимальное значение амплитуды тока первичной обмотки . Более точный расчет выполняют в цикле, перебирая значения напряжения питания в интервале его изменения с малым шагом (например, 1 В) и вычисляя соответствующую сумму токов.

18. Диаметр провода первичной обмотки [1]:

Если использован литцендрат из N проводов, то согласно [7, с. 111] диаметр обмотки можно рассчитать так:

где значение I?мах —А; d1 —mm; J —А/мм .

19. Число витков вторичной обмотки,. Диаметр провода вторичной обмотки . Этот пункт расчета повторяют для каждой вторичной обмотки.

,

Упрощенный расчет на этом завершен. Для более точного расчета требуется, зная результаты упрощенного, итерационно заново определить КПД трансформатора и плотность тока, учитывая суммарные потери мощности. Точный расчет трансформатора — сложная задача, требующая учета ряда дополнительных параметров. Результаты же будут всего на единицы процентов отличаться от приближенных. Для радиолюбительской практики вполне достаточно упрощенного расчета.

Для экономии времени расчет целесообразно выполнять на компьютере по соответствующей программе, например, по представленной ниже. Программа имеет размер дистрибутива 432 КБ, занимает на жестком диске 1,34 МБ и работоспособна в операционных системах, начиная с Windows 98 SE.

Рис.3 Скриншот окна программы расчёта импульсного блока питания

После запуска программы прежде всего определимся со схемой преобразователя. Для этого в основном окне (рис. 3) нажмем на кнопку с изображением соответствующей схемы. В качестве примера выберем схему с импульсным трансформатором с отводом от середины первичной обмотки. После нажатия на кнопку появляется окно, показанное на рис. 4 (без результатов расчета в нижней части окна). Введем исходные данные в верхнюю часть окна.

Из пяти вторичных обмоток, которые может одновременно рассчитать программа, используем две: для питания нагрузки (50 В, 3 А) и для питания задающего генератора (15 В, 50 мА). Последняя строка данных — размеры кольцевого магнитопровода К38х24х7 из феррита 2000НМ-А. После нажатия на кнопку «Рассчитать!» программа выдает результаты расчета — параметры трансформатора. Программа результаты и исходные данные не сохраняет — когда расчет окончен, их надо записать на бумаге или сделать скриншот окна.

Рис.4 Скриншот окна программы расчёта импульсного блока питания

Выводы

В работе было рассмотрено две методики расчёта трансформаторов для импульсных блоков питания и проведено их сравнение. В ходе работы мы определили, что в расчетах по методикам [1, 2] КПД трансформатора принят равным 80 %. Обычно в преобразователе ИИП мощностью от 100 до 500 Вт в диапазоне частот от 10 до 100 кГц КПД трансформатора примерно равен 95…

Читайте также  Как рассчитать автомат для двигателя?

99%, а общий КПД всего источника — более 80%. Необоснованно заниженный КПД уменьшает расчетное значение габаритной мощности трансформатора, повышает используемую мощность и прямоугольную составляющую тока коммутирующих транзисторов, что может привести к нерациональному выбору последних.

Также предложено устранение этой ошибки с помощью выбора КПД по усредненной зависимости от суммарной мощности нагрузки и частоты, представленной на рис.2

Методика расчёта, предложенная Е. Москатовым является усовершенствованием и дополнением методики, приведённой в [2]. Она подкреплена выводами, сделанными в ходе практического изготовления ИТ.

Также представленная программа расчёта с помощью ПК значительно облегчает задачу проектирования ИТ.

Список литературы

1. Косенко С. Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя. — Радио, 2005, № 4, с. 35—37,44.

2. Жучков В. Расчет трансформатора импульсного блока питания. — Радио, 1987, №11, с. 43.

3. Источники электропитания, радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др.; под ред. Г. С. Найвельта. — М.: Радио и связь, 1986.

4. Справочник радиолюбителя-конструктора. Издание 2-е, переработанное и дополненное. Составитель: Малинин М. М. — М.: Энергия, 1978.

5. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. / Под ред. Додика С. Д. и Гальперина Е. И. — М.: Советское радио, 1969.

6. Немцов М. В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. Издание 2-е, переработанное и дополненное. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское объединение, 1991.

8. Терещук Р., Терещук К., Седов С. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. — Киев: Наукова думка, 1981.

9. Михайлова М., Филиппов В., Муслаков В. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М. Радио и связь, 1983.

10. Е. Москатов Методика и программа расчёта импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

Источник: https://studbooks.net/2358485/tehnika/raschyot_impulsnogo_transformatora

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

Статьи » Импульсные источники питания » Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Двухтактный преобразователь — преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения. Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности.

В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника отсутствуют. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность.

Следующая упрощенная методика позволяет рассчитать основные параметры импульсного трансформатора выполненного на кольцевом магнитопроводе.

  1. Расчет габаритной мощности трансформатора

где Sc — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2; Sw — площадь окна сердечника, см2; f —  f — частота колебаний, Гц; Bмах — допустимое значение индукции для отечественных никель-марганцевых и никель-цинковых ферритов на частотах до 100 кГц.

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

Для расчета площади поперечного сечения магнитопровода и площади окна сердечника магнитопровода используются следующие формулы:

 Sw=( d / 2 )2 π 

где D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d — внутренний диаметр; h — высота кольца;

2. Расчет максимальной мощности трансформатора

Максимальную мощность трансформатора выбираем 80% от габаритной:

Pмах = 0,8 Pгаб

3. Расчет минимального числа витков первичной обмотки W1

Минимальное число витков первичной обмотки W1 определяется максимальным напряжением на обмотке U1 и допустимой индукцией сердечника Bмах:

4. Расчет эффективного значения тока первичной обмотке:

Эффективное значение тока первичной обмотки рассчитывается по формуле:

I1 = Pмах / Uэфф 

При этом следует учитывать, что Uэфф = U1 / 1,41 = 0,707U1, так как Uэфф это действующее значение напряжения, а U1 максимальное значение напряжения.

5. Расчет диаметра провода в первичной обмотке:

где I1 — эффективное значение тока в первичной обмотке , A ;  j —  плотность тока, А/мм2;

Плотность тока зависит от мощности трансформатора, рассеиваемое количество теплоты пропорционально площади обмотки и перепаду температур между ней и средой. С увеличением размера трансформатора объем растет быстрее площади и для одинакового перегрева удельные потери и плотность тока надо уменьшать. Для трансформаторов мощностью 4..5 кВА плотность тока не превышает 1..2 А/мм².

Для справки в таблице приведены данные плотности тока в зависимости от мощности трансформатора

  Pн, Вт     1 .. 7   8 .. 15   16 .. 40   41 .. 100   101 .. 200
j, А/мм2 7 .. 12 6 .. 8 5 .. 6 4 .. 5 4 .. 4,5

6. Эффективное значение тока вторичной обмотки (I2),  кол-во витков во вторичной обмотке (W2) и диаметр провода во вторичной обмотке (d2) рассчитывается по следующим формулам:

I2 = Pмах / U2эфф

где Uвых — выходное напряжение вторичной обмотки, Рмах — максимальная выходная мощность трансформатора, так же следует учитывать, что значение Pмах можно заменить на мощность нагрузки при условии, что мощность нагрузки будет меньше максимальной выходной мощности трансформатора.

W2 = (U2эфф*W1) / Uэфф

Исходя из всех выше перечисленных формул (с учетом плотности тока зависящим от мощности трансформатора) можно примерно рассчитать основные параметры импульсного трансформатора, для удобства рассчетов можно воспользоваться онлайн калькулятором.

Данная статья является упрощенной методикой расчета импульсного трансформатора для двухтактного преобразователя, все формулы и онлайн-калькулятор позволяют рассчитать примерныенамоточные данные импульсного трансформатора, так как трансформатор имеет много взаимозависимых параметров.

Источник: https://rcl-radio.ru/?p=35540

Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

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

Различные модели импульсных трансформаторов

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

  • стержневом;Конструкция стержневого импульсного трансформатора
  • броневом;Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении
  • тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);Конструкция тороидального импульсного трансформатора
  • бронестержневом;Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора

На рисунках обозначены:

  • A — магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
  • В — катушка из изолирующего материала
  • С — провода, создающие индуктивную связь.
Читайте также  Как рассчитать УЗО и автоматы?

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax — Вr

  • Вmax – уровень максимального значения индукции;
  • Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

  • Ψ — параметр потокосцепления;
  • S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы  умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, — перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и  магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

  • L0 — перепад индукции;
  • µа — магнитная проницаемость сердечника;
  • W1 — число витков первичной обмотки;
  • S — площадь сечения сердечника;
  • lcр — длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
  • Вr — величина остаточной индукции;
  • Вmax – уровень максимального значения индукции.
  • Hm — Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений.  В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой:  Р=1,3 х Рн.

Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

  • Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
  • S0 – площадь его окна (как наитии это  и предыдущее значение показано на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника

  • Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
  • f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина UI определяется выражением:

UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ— уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Источник: https://www.asutpp.ru/impulsnyj-transformator.html

Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

Как рассчитать габаритную мощность импульсного трансформатора?

By Admin Cat РасчетОставить

Они отличаются меньшими весом и размерами, чем аналогичные устройства, например, трансформатора с сердечником броневого типа. Для тороидальных трансформаторов характерно лучшее охлаждение и высокий КПД. Периметр сердечника позволяет распределить проводник обмотки более равномерно, что способствует уменьшению влияния  поля рассеяния, благодаря этому отпадает необходимость создания экранирования импульсного трансформатора.

Для расчета тороидального импульсного трансформатора с целью ускорить процесс и исключить случайную ошибку используют специально разработанную таблицу. Она, кстати, явилась прототипом автоматической программной версии расчета. Использование табличного расчета позволяет ускорить процесс и дает представление обо всех происходящих в работе импульсного трансформатора процессах. Расчет аналогичен расчету ИТ с броневым и бронестержневым Ш-образным сердечником.

Рис. №1. Таблица основных расчетов тороидальных импульсных трансформаторов,

Где:

  • Рr — габаритная мощность;
  • w1 – число витков на вольт для сердечника из сталей марки Э310, Э320;
  • w2 – число витков на 1 вольт на стальной сердечник марки Э340; Э350; Э360;
  • S – площадь поперечного сечения провода;
  • Δ – разрешенная плотность тока в катушке;
  • η – КПД тр-ра.

Первое действие проектирования импульсного трансформатора – выбор материала. Для большинства импульсных трансформаторов используется холоднокатаное стальное железо: Э310; Э320; Э380 с лентой толщиной до 0,5 мм. Если толщина ленты до 0,1 мм выбирается сталь Э340; Э350; Э360

Читайте также  Как рассчитать трехфазный автомат по мощности?

Для намотки трансформаторов допускается использовать изоляцию снаружи и между обмоток. Изоляция, расположенная между слоями позволяет сделать укладку проводника ровным слоем, повышает толщину намотки в диаметре внутри сердечника.

Рис. №2.Форма конструкции сердечника тороидального импульсного трансформатора А – Магнитопроводный сердечник; С – Проводник для индуктивной связи.

Проводник должен быть выбран с высокой степенью прочности изоляции к механическим и электрическим воздействиям марок (ПЭЛШО; ПЭШО или провод ПЭВ-2). Для изоляции выбирается лакоткань, фторопластовая пленка (ПЭТФ) и батистовая лента.

Расчет импульсного трансформатора
Исходные параметры, необходимые для выполнения расчетов импульсных трансформаторов: Р2 (Вт) – импульсная мощность; U1 (В) – импульсное напряжение; Rи (Ом) – сопротивление источника; tи  (с) – время продолжительности импульса; fn (Гц) – частота движения импульсов; λ = 0,04 коэффициент искажения верхней, прямой части прямоугольного импульса

Пример расчета трансформатора

Если известно напряжение питания Uc = 220B; напряжение выхода Uв = 24В; Iн = 1,8А

действием определяем мощность «вторички»:
Р = Uв * Iн = 24 * 1,8 = 43,2 Вт

действие. Высчитывает габаритную мощность тр-ов:
Рг = Р/ η 43,2 / 0,92 = 48Вт; показатель КПД выбираем из табличного значения в ряду габаритных значений мощностей.

Рассчитываем   г /1,2 = 1,2 = 5,8см2Выбираем габариты сердечника Dc; dc; hс

S = Dc – dc /2 * hс

Наиболее вероятный, приближенный тип сердечника – ОЛ50/80 – 40; площадь его сечения равна (8 – 5)/ 2 * 4 = 6 см2 (около расчетной)

Находим внутренний диаметр сердечника, здесь справедливо утверждение dc  ≥ d/с
d/с =  =  = 3,8 см, что означает 5  3,8,

Предположительно выбираем сердечник стали Э320, количество витков определяем, как:
w1 = 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Находим допустимое число витков «первички» и «вторички»:
W1-1 = w1 * Uс – 5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 5,55 * 24 = 133 витка.

Ввиду того, что в трансформаторах с тороидальным сердечником наблюдается малый магнитный поток рассеяния, падение напряжения в обмотках определяется с помощью активного сопротивления. Значение падения напряжения в катушках трансформатора тороидального типа  намного меньше, чем этот параметр для бронестержневых трансформаторов. Для того, чтобы компенсировать потери во вторичной обмотке увеличивают число витков на 3%.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Находим диаметр провода для обмотки
d1 = 1.33 , I1 – ток в «первичке» трансформатора, определяется по формуле: I1 = 1,1 (Pг/Uc) = 1,1 * 48/220 = 0,24а

d1 = 1,33  = 0,299мм

находим подходящий диаметр проводника, берем в сторону увеличения (0,31мм);

d2 – 1,33  = 1,19  = 0,8 мм.

Расчет произведенный по табличной методике, испытан, трансформаторы спроектированные по ней дают отличные результаты. Совершенствование методик расчета не стоит на месте и постоянно совершенствуется, сделать импульсный трансформатор самому вполне реально, он будет работать, и показывать хорошие результаты.

Намотка импульсного трансформатора

При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях – его выход из строя.

В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков.

Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными.

Разница между данными калькулятора и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.

Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D – 10S – 4d) / d, в которой

  • W–является количеством витков в первичной обмотке, n – постоянная величина, равная 3,1416,
  • D – внутренний диаметр кольца магнитопровода,
  • S – толщина изоляционной прокладки,
  • d – диаметр изолированного провода.

Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов.

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. 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.

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

фторопластовая лента

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

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.

самодельный челнок для намотки трансформаторов

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!

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).

Источник: https://1000eletric.com/kak-rasschitat-gabaritnuyu-moschnost-impulsnogo-transformatora/