Импульсный трансформатор – виды, принцип работы, формулы для расчета

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются броневые Ш-образные и чашеобразные сердечники. Их можно использовать в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но мы собираемся намотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечник которого не нуждается в зазоре, а потому идеально подойдет тороидальная схема.

Для кольцевого сердечника не обязательно делать каркас и делать намоточное устройство. Все, что вам нужно сделать, это сделать простой маршрутный автобус.

На рисунке показан ферритовый магнитопровод M2000NM.

Определить типоразмер кольцевой магнитной цепи можно по следующим параметрам.

D — внешний диаметр кольца.

d — внутренний диаметр кольца.

Н — высота кольца.

В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно приводятся в следующем формате: KDxdxH.

Пример: К28x16x9

Вернитесь в начало меню.

Как работает импульсный блок питания

На вход импульсного источника питания от электрической сети подается переменное напряжение. Он преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя и фильтра. В качестве фильтра используется большой конденсатор. В качестве выпрямителя используется однополупериодная или двухполупериодная схема. Ниже приведены типовые схемы, но в нашем случае мы не учитываем, что на них изображена обмотка трансформатора.

Затем выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный преобразователь, который генерирует электрические колебания с частотой в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. После этого напряжение понижается трансформатором до требуемого и снова корректируется, сглаживается конденсатором.

Это отфильтрованное и выпрямленное напряжение постоянного тока используется для питания бытовых приборов. Кроме того, от выхода блока питания работает цепь обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Для управления и стабилизации напряжения на выходе источника тока используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и, таким образом, регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор.

связь отрицательная, то есть значения напряжения на ШИМ-контроллере и на понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Так вот, с увеличением выходного напряжения увеличивается и напряжение на контроллере. Из-за отрицательного соединения падает напряжение на понижающем трансформаторе, а значит и на выходе блока питания.

Как сделать и намотать высоковольтный трансформатор своими руками – информационная статья — «РУСЭЛТ»

найти подходящую вещь в магазине порой бывает проблематично, поэтому домашние умельцы изготавливают ее сами. Сам процесс не вызывает затруднений, чего нельзя сказать о расчете свойств. Такие устройства можно установить в электрошокер, блок питания, зажигалку, ионизатор воздуха и так далее

Смысл и предназначение

Трансформаторы высокого напряжения (ВН) относятся к преобразователям напряжения, они используются для преобразования высокого напряжения в низкое, которое используется для питания различного оборудования. Принцип их работы мало чем отличается от силового трансформатора.

Одной из функций является разница в числе витков в первичной и вторичной обмотках: в понижающем трансформаторе их больше, а в повышающем меньше.

Все агрегаты можно классифицировать по:

Специальные устанавливаются в радиоприемники, телевизоры, устройства связи, бытовую технику. Почти все они имеют небольшую мощность (несколько кВА), рассчитаны на частоту 50 Гц и устанавливаются исключительно внутри помещений. Количество обмоток зависит от типа оборудования, на котором они установлены. Изоляция обработана эпоксидной смолой.

Электротехнические характеристики

Чтобы сделать модель правильно самостоятельно, определите ряд параметров:

Значение W увеличивается на 5-10%, часть напряжения теряется из-за сопротивления.

Из какого материала сделать магнитопровод?

Если вам нужен маломощный преобразователь, подойдет стержневой или экранированный магнитопровод. В первом варианте бруски располагаются вертикально. Во втором случае брусья имеют прямоугольное сечение и располагаются горизонтально. Эта конструкция более сложная, поэтому менее распространена.

В ступени часто устанавливают Ш-образные ферритовые магнитопроводы, сложность конструкции заключается в необходимости выбора точного размера стержня. Если для сборки используется деталь от другого автомобиля, толщина пакета пластин определяется исходя из эффекта. Пластины вставляются в катушку и затягиваются гайками и болтами.

Что нужно для внутренней части?

Для понижающего преобразователя с парой катушек подойдет ферритовый магнитопровод. Можно взять от старого телевизора или компьютера (вырезать из центральной жилы силового трансформатора).

Часто они покрыты эпоксидной смолой, поэтому для разборки ее нагревают строительным феном. Для стержней используется угловая шлифовальная машина, не расщепляйте их. Чтобы сгладить поверхность, ее заклеивают скотчем, а увеличить длину можно, соединив два стержня и приклеив их суперклеем.

Диаметр провода

• Параметр определяется силой и плотностью тока, в среднем 2 А/мм2.
• Если изделия с полученным диаметром нет, можно взять несколько более тонких, соединить их параллельно, чтобы общее сечение было больше расчетного.
• Для толстой проволоки в последней формуле коэффициент может быть 0,65-0,7. Чтобы не вычислять его, можно воспользоваться таблицей:

Затем определяется площадь с изоляционным материалом: s’ = 0,8d^2 — но здесь характеристика берется из таблицы, с изоляцией.

Чтобы получить площадь основного окна, просуммируйте все полученные показания площади и умножьте число на 2 или 3.

Как наматывать?

Сердечник обтянут лентой 5 раз, в паз вставлен провод, намотана обмотка-1. Оба конца нужно вывести на одну сторону и заизолировать тефлоновой лентой или кембриком. Для фиксации последнего изгиба можно использовать обычную нить, так она не расслабится.

Поверх этого накладывается 4-5 кругов ленты, в корпус помещается стержень от шприца длиной 3 см. Так же дважды обматывается скотчем и выполняется вторичная обмотка, ширина полтора сантиметра. Каждый слой изолирован самоклеящейся лентой или двойной лентой из ПТФЭ. Концы выводятся в разные стороны, из одной делаются три вывода, а из другой – один.

Все это снова изолируется изолентой в пять слоев, к ней припаиваются гибкие провода для вывода, после изолируется.

Если где-то произошел обрыв, то место очищается, выкручивается, заполняется, изолируется. Поэтому можно использовать старый провод, главное, чтобы он был правильно припаян. Для повышения электрической прочности каждый слой обмотки пропитывают акриловым лаком или эпоксидной смолой.

Катушки располагают как можно ближе друг к другу, по возможности параллельно сердечнику.

Сборка

Эпоксидная смола является обязательным компонентом конструкции. Он устраняет пузырьки воздуха, которые в дальнейшем приведут к поломкам и протечкам. Поэтому позаботьтесь о раме и вакуумной установке. Для последнего нужно:

В крышке делается отверстие, вставляется шланг, место изолируется герметиком и пластилином с двух сторон. Воздух откачивают шприцем до запрессовки крышки.

Смолу нагревают, добавляют отвердитель. Рамка подходит и для обычной бумаги, к ней при помощи горячего клея крепится цилиндр такого же диаметра. Для полного застывания требуется 24 часа, после чего рамка снимается.

Во избежание ошибок проверяется целостность магнитопровода, наличие обрывов проводов и целостность изоляции. Для этого нужен мультиметр, его настраивают на режим МОмм и измеряют сопротивление между обмотками, а ими и корпусом. Далее эксперимент повторяется в рабочем состоянии, проверяется ток и коэффициент трансформации. Другой вариант – назвать выводы.

После этого можно приступать к работе.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда нашу электросеть еще не приватизировали иностранцы, я построил импульсный блок питания. Работа затянулась до ночи. Во время последних тестов вдруг выяснилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, напряжение в сети ночью подскочило до 256 вольт!

Конечно, 256 вольт — это слишком много, но и ориентироваться на ГОСТ 220+5%-10% тоже не стоит. Если выбрать максимальное напряжение сети 220 вольт + 10%, то:

242*1,41=341,22В (считаем амплитудное значение).

Читайте также: Автоматический перезапуск: назначение, применение, принцип работы

341,22 — 0,8*2 ≈ 340В (вычесть из капли на выпрямителе).

Индукция.

Ориентировочное значение индукции определяем по таблице.

Пример: М2000НМ — 0,39Т.

Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе от величины нагрузки. Если вы выберете 20-30 кГц, вы вряд ли совершите большую ошибку.

Частоты среза и значения индуктивности для распространенных ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.

Параметр	Ферритовый сорт
6000 Нм	4000 Нм	3000 Нм	2000 нм	1500 Нм	1000 морских миль
Предельная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
Магнитная индукция B при Нм = 800 А/м, Тл	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр	Ферритовый сорт
200NN	1000NN	600NN	400NN	200NN	100NN
Предельная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц	0,02	0,4	1,2	2.0	3.0	тридцать
Магнитная индукция B при Нм = 800 А/м, Тл	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Вернитесь в начало меню.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Подобрать примерный размер ферритового кольца можно с помощью калькулятора расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. Оба можно найти в «Дополнительных материалах».

Вводим данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем разделе, в форму калькулятора для определения полной мощности сердечника.

Не следует выбирать размеры кольца, близкие к максимальному нагрузочному эффекту. Маленькие кольца наматывать не так удобно и приходится наматывать намного больше витков.

Если в корпусе достаточно свободного места для будущей конструкции, можно выбрать кольцо с заведомо большей суммарной мощностью.

В моем распоряжении было кольцо М2000НМ размером К28х16х9мм. Ввел входы в форму калькулятора и получил суммарную мощность 87 Вт. Этого более чем достаточно для моего 50-ваттного блока питания.

Запустите программу. Выберите «Расчет трансформаторного полумостового трансформатора с задающим генератором».

Чтобы калькулятор не «баннерил», заполните окна, не используемые для расчета вторичных обмоток, нулями.

Как проверить устройство

После установки ИТ проверяется. Существует множество методов, как проверить собранный своими руками или купленный импульсный трансформатор. Для проверки собираются схемы с использованием генераторов частоты, осциллографов, мультиметров и других приборов, которые не только подтверждают работу ИТ.

Они проводят тестирование в разных частотных диапазонах. В импульсном трансформаторе не допускается разомкнутое состояние вторичной обмотки; этот режим относится к категории небезопасных режимов.

Как проверить импульсный трансформатор.

Также должны иметь минимальные индуктивность рассеяния, динамическую емкость и сопротивление; быть достаточно прочным механически.

Он должен быть виброустойчивым и выдерживать воздействие значительных электродинамических сил, возникающих как при нормальной работе, так и особенно при коротких замыканиях цепи нагрузки.

Требования высокой диэлектрической прочности и минимальной индуктивности рассеяния противоречат друг другу. Так как для повышения электрической прочности необходимо увеличить толщину изоляции, а для уменьшения индуктивности рассеяния необходимо уменьшить толщину.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим первые данные, полученные в предыдущих разделах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Изменяя размер кольца, ферритовую марку и частоту генерации инвертора, можно изменить количество витков первичной обмотки.

Следует отметить, что это очень и очень упрощенный расчет импульсного трансформатора.

Но характеристики нашего удивительного блока питания с самовозбуждением таковы, что инвертор сам подстраивается под параметры трансформатора и нагрузки, изменяя частоту генерации. Так с ростом нагрузки и попыткой трансформатора войти в насыщение увеличивается частота генерации и нормализуется работа. Таким же образом компенсируются небольшие ошибки в наших расчетах. Я пытался изменить число витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что отражено в примерах ниже, но существенных изменений в работе БП, кроме смены поколения, не обнаружил частота.

Читайте также: Однофазный двигатель 220в — как поменять схему вращения

Как намотать импульсный трансформатор?

Сначала нужно подготовить ферритовое кольцо.

Чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, и не поранился, острые края ферритового сердечника желательно затупить. Но в этом нет необходимости, особенно если провод тонкий или используется надежная прокладка. Я почему-то всегда так делаю.

Используйте наждачную бумагу и закруглите внешние острые края.

То же самое делаем с внутренними поверхностями кольца.

Для предотвращения пробоя между первичной обмоткой и сердечником кольцо должно быть обернуто изолирующей прокладкой.

В качестве утепляющего материала можно выбрать лакокрасочную ткань, стеклохолст, киперную ленту, лавсановую пленку или даже бумагу.

При намотке больших колец нитью толще 1-2 мм удобно использовать киперную ленту.

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

С этой лентой удобно работать, но фторопласты обладают хладнотекучестью, и давление на проволоку в области с острыми краями кольца может быть значительным.

В любом случае, если вы собираетесь использовать ФУМ-ленту, положите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

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

Монтажный крюк можно сделать из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изоляционную ленту на кольцо так, чтобы каждый следующий виток перекрывал предыдущий с внешней стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца двухслойная, а внутри — четырех- или пятислойная.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его легко сделать из двух кусков толстой медной проволоки.

Определить необходимую длину обмоточной проволоки достаточно просто. Достаточно измерить длину одного витка и умножить это значение на необходимое количество витков. Не помешает и небольшое дополнение для выводов и погрешность расчета.

Пример

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

Если для обмотки используется провод тоньше 0,1 мм, снятие изоляции скальпелем может снизить надежность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше снимать паяльником и таблеткой аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будь осторожен! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые газы!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5 мм, то провода лучше делать из многожильного провода. К началу первичной обмотки припаиваем кусок многожильного изолированного провода.

Место для пайки изолируем небольшим кусочком электрокартона или обычной бумаги толщиной 0,05…0,1 мм.

Наматываем начало обмотки, чтобы надежно зафиксировать перемычку.

Те же операции проделываем с выходом с конца обмотки, только на этот раз место соединения закрепляем хлопчатобумажными нитками. Чтобы натяжение нити не ослабевало при завязывании узла, концы нити фиксируем каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5 мм, выводы можно делать тем же проводом. На концы необходимо надеть отрезки ПВХ или другой трубы (кембрик).

Затем выводы вместе с трубкой необходимо зафиксировать хлопчатобумажной ниткой.

Наматываем поверх первичной обмотки два слоя лакоткани или другой изоляционной ленты. Такая упаковка обмотки необходима для надежной изоляции вторичных цепей электроснабжения от сети освещения. Если используется проволока диаметром более 1 миллиметра, в качестве пломбы желательно использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, можно вторичную обмотку намотать в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по окружности сердечника. Особенно это касается самых мощных обмоток, если речь идет о отборе мощности. Вторичные обмотки, принимающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно наматывать хаотично.

Если провода достаточного сечения не оказалось в наличии, можно намотать обмотку несколькими проводами, соединенными параллельно.

Как уточнить плотность тока?

Если делать маломощный трансформатор, то можно играть с плотностью тока и выбирать провода потоньше, не опасаясь перегрева. В книге Ераносяна 2, с.109 даны следующие таблички:
Таблица 1

Пн, 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

Почему плотность тока зависит от мощности трансформатора? Выделившееся количество теплоты равно произведению удельных потерь на объем провода. Количество рассеиваемого тепла пропорционально площади обмотки и разности температур между ней и средой. С увеличением размеров трансформатора объем растет быстрее, чем площадь, и при том же перегреве необходимо уменьшать удельные потери и плотность тока. Для трансформаторов мощностью 4..5 кВА плотность тока не превышает 1..2 А/мм2 3.

Принцип работы

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

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична обычным трансформаторам, чего нельзя сказать о временной схеме.

Временная диаграмма, иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы прямоугольной формы e(t), временной интервал между которыми достаточно мал. Это вызывает увеличение индуктивности в течение интервала tu, после чего наблюдается ее уменьшение в интервале (T-tu).

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

Коэффициент, характеризующий разность индуктивной, определяется следующим образом: ∆B=Bmax — Br

• Вmax – уровень максимального значения индукции;
• Вр – оставшийся.

Более наглядно различие индуктивностей показано на рисунке, показывающем смещение рабочей точки в магнитопроводе ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная обмотка имеет уровень напряжения U2, где имеется возврат. Так проявляется накопленная в магнитопроводе энергия, зависящая от намагниченности (параметр iu).

Импульсы тока, проходящие через первичную катушку, имеют трапециевидную форму, поскольку нагрузочный и линейный токи (вызванные намагничиванием сердечника) объединяются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, значение et=Um. Что касается напряжения на вторичной обмотке, то его можно рассчитать по формуле:

в котором:

• Ψ – параметр потокосцепления;
• S представляет собой значение, показывающее поперечное сечение магнитного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменение тока, проходящего через первичную обмотку, является постоянной величиной, рост уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допускается вместо производной вводить разницу между показателями, сделанными через определенный интервал времени, что позволяет вносить изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет определяться параметром tu, характеризующим длительность, с которой протекает импульс входного напряжения.

Для расчета площади импульса, с которым формируется напряжение во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на ту. В результате придем к выражению, позволяющему получить важнейший параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆V

Отметим, что величина площади импульса напрямую зависит от параметра ∆В.

Второй по важности величиной, характеризующей работу ИТ, является падение индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также число витков катушки:

Здесь:

• L0 — разность индуктивностей;
• µa – магнитная проницаемость сердечника;
• W1 – число витков первичной обмотки;
• S — площадь поперечного сечения сердечника;
• lкр — длина (окружность) сердечника (магнитопровода)
• Вr – значение остаточной индукции;
• Bmax — уровень максимального значения индукции.
• Hm — Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, расчет должен основываться на максимальном значении мкА, показанном кривой намагничивания. Соответственно, для материала, из которого изготовлен сердечник, уровень параметра Br, отражающего остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, на роль материала сердечника ИТ идеально подходит лента из трансформаторной стали. Также можно использовать пермаллой, где такой параметр, как квадратичный коэффициент, минимален.

Сердечники из ферритового сплава идеально подходят для высокочастотных ИТ, поскольку этот материал имеет низкие динамические потери. Но из-за малой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

ПОДБОР ФЕРРИТОВОГО КОЛЬЦА

С ферритовыми кольцами раньше почти не имел дела, что может быть с безликими компонентами. На них нет следов, я их не видел. Основным источником их появления является «разбор». Впрочем, купил один раз, когда собирал транзисторный тестер, нужен был по схеме. Купил — в магазине подавали такой же безликий товар, как и лежащие дома, покупка не впечатлила. Доверие вещь конечно нужная, и заверения продавца были приняты, но устройство, закрепленное на этом кольце, не сработало.

Я больше не покупаю. Сегодня я точно знаю, что кольцо от «энергосберегающей» лампочки точно можно использовать в низковольтных преобразователях. А как же остальные — победить на счастье? Пару раз пробовал, не сгорел, так что теперь лучше выкинуть. Однако нужда заставила меня кое-что узнать, хотя этот метод определения и дает параметры магнитной проницаемости только для «оценки» возможного применения интересующего ферритового кольца, но это уже информация.

Для тестирования были выбраны шесть ферритовых колец, которые можно было бы протестировать в повышающих преобразователях низкого напряжения. Необходимо следующее: измерьте штангенциркулем каждое ферритовое кольцо, наружный и внутренний диаметр, его высоту (толщину) в мм, затем равномерно натяните на него 10-20 проводов диаметром 0,3-0,4 мм и измерьте индуктивность в микрогенри. (мкГн).

1. №1 покрыт пластиковой оболочкой (и о чудо! имеет маркировку «ГНТ 1203»), размеры (Д х Г х В) 14,6 х 6,7 х 5,5 мм
2. № 2 в зеленой оболочке, 13 x 7,5 x 6,7 мм
3. № 3 в желтой оболочке, 13 х 7,5 х 5,3 мм
4. № 4 маленькие в зеленой оболочке, 10 х 5,5 х 5,5 мм
5. №5 от «энергосберегающей» лампочки, 10 х 5 х 5 мм
6. феррит без оболочки № 6, 9,2 x 5 x 5,2 мм

Каждое из колец было намотано по 10 витков изолированного медного провода с диаметром жилы 0,4 мм. С таким приспособлением можно мотать. Индуктивность кольца №1 составила 2,81 мкГн, в №2 и №3 индуктивности не обнаружено, и они «проиграли гонку».

Индуктивность кольца №4 оказалась 0,48 мкГн, №5 — 0,47 мкГн, №6 — 0,30 мкГн

Полученные данные, габаритные размеры и значение индуктивности ввели в калькулятор для расчета магнитной проницаемости ферритовых материалов (введите дробные числа через точку). Также необходимо указать тип магнитопровода (поставить точку в «окошке»), в данном случае это «Тор» и количество реально намотанных проводов (W). Нажимаем рассчитать и получаем результат — эффективную магнитную проницаемость.

• Для №1 это 34,43792, для №4 это 7,515167

• Магнитная проницаемость ферритового кольца по №5 — 7.050014, №6 — 4.876385

В результате вышеописанных действий ранее нефункционирующие ферритовые кольца, с которыми было совершенно непонятно, что с ними делать, получили личную информацию и стали практически пригодными для дальнейшего использования, т работа (скажем образцовая, так как в данном конкретном случае вышло кольцо от «энергосберегающей» лампочки) можно подобрать то что нужно.

Например, из опробованных кольцо №4 имеет данные аналогичные «образцовому» под №5, его можно смело пробовать в повышающем низковольтном преобразователе (уже начинаю монтировать 2,4 — 9 В). Должен служить и номер 6. Про номер 1 пока ничего не могу сказать — нет такого «теста.

Используя эту формулу, можно обойтись без специального программного калькулятора, будет достаточно обычного. Пытался.

Формула для расчета магнитной проницаемости

Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля Н в веществе. Материал подготовлен Бабай из Барнаула.

Расчет импульсного трансформатора тороидального типа

Они меньше и легче, чем аналогичные устройства, такие как трансформаторы с бронированным сердечником. Тороидальные трансформаторы отличаются лучшим охлаждением и высоким КПД. Окружность сердечника позволяет более равномерно распределить проводник обмотки, что способствует уменьшению влияния поля рассеяния, что исключает необходимость создания экранирования импульсного трансформатора.

Для расчета тороидального импульсного трансформатора для ускорения процесса и исключения случайных ошибок используется специально разработанная таблица. Между прочим, это был прототип для автоматической версии программного расчета. Использование табличного расчета позволяет ускорить процесс и дает представление обо всех процессах, происходящих при работе импульсного трансформатора. Расчет аналогичен расчету ИТ с бронированным стержнем и бронированным Ш-образным сердечником.

Рис №1. Таблица основных расчетов тороидальных импульсных трансформаторов,

Где:

• Pr – полная мощность;
• w1 — число витков на вольт для сердечника из стали марок Э310, Э320;
• w2 — число витков на 1 вольт сердечника из стали Э340; Е350; Е360;
• S — площадь поперечного сечения провода;
• Δ — допустимая плотность тока в катушке;
• н — КПД тр-ра.

Первым шагом в разработке импульсного трансформатора является выбор материала. Для большинства импульсных трансформаторов используется холоднокатаный стальной чугун: Э310; Е320; Е380 с лентой толщиной до 0,5 мм. Если толщина ленты до 0,1 мм, выбирают сталь Э340; Е350; Е360

Для обмоточных трансформаторов допускается применять изоляцию снаружи и между обмотками. Размещенная между слоями изоляция позволяет укладывать проводник ровным слоем, увеличивает толщину обмотки по диаметру внутри сердечника.

Рис №2. Форма конструкции сердечника тороидального импульсного трансформатора А — Магнитопровод; C — Проводник для индуктивной связи.

Проводник необходимо выбирать с высокой степенью прочности изоляции к механическим и электрическим уровням нагрузок (ПЭЛШО; ПЭШО или провод ПЭВ-2). Для утепления выбирают лакоткань, фторопластовую пленку (ПЭТФ) и батистовую ленту.

Расчет импульсного трансформатора Исходные параметры, необходимые для выполнения расчетов импульсных трансформаторов: P2 (Вт) — импульсная мощность; U1 (В) — импульсное напряжение; R и (Ом) — сопротивление источника; ti (с) – время длительности импульса; fn (Гц) – частота движения импульсов; λ = 0,04 коэффициент искажения для верхней, прямой части прямоугольного импульса

Пример расчета трансформатора

Если известно напряжение питания Uc = 220В; выходное напряжение Uв = 24В; В = 1,8 А

действия определяют мощность «вторички»: P = Uв * In = 24 * 1,8 = 43,2 Вт

действие. Рассчитывает суммарную мощность трубопроводов: Rг = Р/η 43,2/0,92 = 48Вт; выбираем показатель эффективности из табличного значения в ряду суммарных значений эффекта.

Вычислите г /1,2 = 1,2 = 5,8 см2 Выберите размеры сердечника Dc; Округ Колумбия; hc S = Dc — dc / 2 * hc

Наиболее вероятный примерный тип сердечника — ОЛ50/80 — 40; площадь его сечения равна (8 — 5)/2*4=6 см2 (близка к расчетной)

Находим внутренний диаметр сердечника, здесь верно утверждение dc ≥ d/sd/s = = = 3,8 см, значит 5 3,8,

Предположительно выбираем сердечник из стали Э320, количество витков определяем как: w1 = 33,3/S = 33,3/6 = 5,55 витков на 1 вольт

Находим допустимое количество витков для «первички» и «вторички»: W1-1 = w1 * Uс — 5,55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Un = 5,55 * 24 = 133 витка.

В связи с тем, что в трансформаторах с тороидальным сердечником наблюдается малый магнитный поток рассеяния, падение напряжения в обмотках определяют с помощью активного сопротивления. Величина падения напряжения в катушках трансформатора тороидального типа значительно меньше, чем этот параметр у стержневых бронированных трансформаторов. Для компенсации потерь во вторичной обмотке количество витков увеличено на 3%.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Находим диаметр провода для обмотки d1 = 1,33, I1 — ток в «первичке» трансформатора, определяемый по формуле: I1 = 1,1 (Pg/Uc) = 1,1 * 48/220 = 0,24а

d1 = 1,33 = 0,299 мм

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

d2 — 1,33 = 1,19 = 0,8 мм.

Расчет, выполненный по табличному методу, опробован, трансформаторы, рассчитанные по нему, дают отличные результаты. Совершенствование методов расчета не стоит на месте и постоянно совершенствуется, импульсный трансформатор вполне можно сделать самому, он будет работать и показывать хорошие результаты.

Правильная намотка импульсного трансформатора

Приветствую, самодельщики!

Как известно, трансформатор является основным элементом любого источника питания. Начинающие радиолюбители часто задаются вопросом: как намотать трансформатор самостоятельно? Поэтому данная инструкция (автор: Роман, ютуб-канал «Открой Фриме ТВ») полностью посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.

Итак начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Часто бывает так, что люди берут любой попавшийся под руку трансформатор и начинают наматывать на него свои обмотки, не задумываясь о небольшой, но очень важной детали, называемой зазором.

Существует 2 основных типа схем управления трансформаторами: однотактные и двухтактные.

Из рисунка выше видно, что двухтактный включает в себя: мост, полумост и двухтактный. В этих цепях не должно быть разрыва сердечника, и это касается не только силового трансформатора, но и ТПЧ.

Что касается однотактных схем, они бывают прямыми и обратными, поэтому они должны иметь зазор в сердечнике, поэтому первым шагом всегда является более близкое знакомство с тем, что вы делаете.

Для более наглядного примера в этой статье рассмотрим обмотку 2-х разных трансформаторов, соответственно один для двухтактной схемы, другой для однотактной.

Автор решил намотать трансформатор по готовым проектам. Первый это блок SG3525. Диаграмма показана ниже.

Как видно из схемы, это полумост. Таким образом, данный тип относится к разряду двухтактных схем, поэтому, как было сказано в начале статьи, в зазоре в сердечнике нет необходимости.

Мы определились с этим, но это еще не все. Перед намоткой необходимо произвести специальные расчеты (рассчитать трансформатор). К счастью, в Интернете можно легко найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.

Благодаря автору этих программ, а их у него не одна, количество самодельных блоков питания постоянно растет. Вы можете ознакомиться со всеми программами этого автора, но в примере мы разберем только две из них. Первый — «Lite-CalcIT Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» (версия 4.1).

Не будем вдаваться в подробности, коснемся лишь важных моментов. Первый — это выбор схемы преобразователя: пуш-пул, полумост или мост. Дальше у нас идет строка выбора напряжения питания, его тоже нужно указать, можно указать либо уже выровненное напряжение (постоянное), либо просто напряжение сети (переменное). Ниже находится поле для ввода коэффициента конверсии.

Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор задает частоту в пределах 40-50Гц, выше поднимать нет необходимости. Далее укажите свойства инвертора. В соответствующих столбцах указываем напряжение, мощность и провод, который будет использоваться для намотки. Не забудьте указать форму исправления и поставить галочку «Использовать желаемые настройки».

Кроме того, в программе есть еще 2 важных поля для заполнения. Первый – это наличие или отсутствие стабилизации.

При установленной галочке программа автоматически накидывает пару витков на вторичку на разрыв ШИМ. Второе направление — холодильное. Если он присутствует, из трансформатора можно выжать больший ток.

И последнее, но самое главное, необходимо указать, какой сердечник следует использовать при намотке данного трансформатора.

Большинство стандартных номиналов уже включены в программу, остается только выбрать нужный вам. И теперь, когда все поля заполнены, можно нажать кнопку «Рассчитать».

В итоге получаем данные для обмотки нашего трансформатора, а именно количество витков первички и вторички вместе с количеством сердечников.

Необходимые расчеты произведены, можно приступать к намотке. Важная точка!

Все обмотки мотаем в одну сторону, но начало и конец обмотки размещаем строго по схеме. Пример: допустим мы положили сюда начало обмотки (подробнее на картинке ниже), намотали нужное количество витков и сделали вывод.

Давайте визуализируем, как течет ток. Скажем так:

Затем он будет течь по проводу в указанном направлении. А теперь просто меняем местами начало и конец обмотки.

Даже если намотка была сделана справа, ток пойдет в обратном направлении и это будет соответствовать нам наматыванию обмотки налево. Таким образом, фазировку можно легко выполнить по точкам схемы, главное намотать все обмотки в одном направлении.

С примером разобрались, приступаем к реальной намотке. Начало обмотки находится в этой точке (см рисунок ниже), а значит отсюда и будем мотать.

Изгибы стараемся укладывать ровно, также необходимо избегать перекрещивания проволоки и различных узлов, петель и подобных явлений. От того, как вы намотаете трансформатор, зависит дальнейшая работа всего блока питания.

Наматываем ровно половину первички и делаем отвод, но не прямо на штырек трансформатора, а вверх. Затем обмотаем вторичку, а сверху оставшуюся первичку.

Таким образом, увеличивается магнитная связь обмоток и уменьшается индуктивность рассеяния.

Между обмотками необходимо использовать изоляцию. Этот, сделанный из термоленты, идеален.

А для самого последнего слоя утепления можно для красоты использовать лавсановую ленту.

Вторичная обмотка намотана точно так же, как и первичная.

Припаиваем к началу обмотки и мотаем катушку ровно. При этом желательно, чтобы вторичка укладывалась в один слой. Но если вы рассчитывали на большее напряжение, то второй слой нужно растянуть равномерно по всему каркасу.

Когда слой намотан, снова делаем толчок вверх и начинаем наматывать вторую часть вторички. Он крутится точно так же, как и первый.

Тут уже стоит как-то отметить, где у вас первая половина второстепенной, а где вторая.

Следующий шаг

— родная обмотка первичной обмотки. В этом случае автор обычно оставляет на плате пустой контакт, чтобы туда можно было подключить центральную точку первички.

Именно с этого штыря начинаем мотать оставшуюся первичку, тоже все ровно.

Тут не стоит тянуть за конец провода, можно сразу вывести в нужное место. Затем проделываем ту же операцию для остальных выводов.

Когда основные обмотки закончены, можно приступать к намотке еще, в данном случае это самоходная обмотка. С ним все точно так же, на плате обозначено начало и конец, изолируем и наматываем.

Верхний слой, как было сказано ранее, покрыт лавсановой лентой. Вот теперь трансформатор выглядит как промышленный образец.

Примечание для начинающих!

Как правило, начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания не стабилизированные на микросхемах IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: мол намотали на одно напряжение, а на выходе получили другое. Перемотка не дает результатов. Что случилось? Но дело в том, что проводить замеры необходимо при нагрузке не менее 15% от номинальной. И получается, что выходной конденсатор заряжен до амплитудного значения, по факту меряешь, и не можешь понять что не так.

Намотка трансформатора обратноходового блока питания ничем не отличается от предыдущей, только для расчета воспользуемся другой программой из того же комплекса программ — «Flyback — Программа для расчета трансформатора обратноходового преобразователя» (версия 8.1).

Задаем необходимые параметры: частоту, выходные напряжения и так далее, это не столь важно. Единственный момент, заслуживающий особого внимания, это зазор в сердечнике и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры необходимо соблюдать как можно точнее.

Вот и все. Спасибо за внимание. До скорого!