Силовой трансформатор на феррите Здравствуйте уважаемые коллеги!! Начиная с позиции №5 уже можно использовать кольца для изготовления выходного трансформатора в импульсном блоке питания на мощность 10 — 15 ватт. С позиции №7 можно изготовить импульсный блок питания на 25 — 30 ватт. Количество витков в обмотках ферритового трансформатора (количество витков на один вольт) зависит от поперечного сечения магнитопровода "Sк". Выбор размера того или иного ферритового кольца или Ш — сердечника, для задуманного ИБП, зависит в основном от условия — уместятся ли заявленные количества витков в обмотках, в окне. Второй основной параметр ферритового сердечника, это площадь окна Sо. В таблице о ферритах видно — увеличивается площадь окна "Sо", увеличивается объем феррита в сердечнике. Следовательно, запасается больше индуктивной энергии в феррите, увеличивается «пропускаемая» электрическая мощность Рвт.Увеличить мощность ферритового трансформатора любой конфигурации, можно двумя путями: 1. Взять феррит заведомо больших размеров; 2. Применить складывание однотипных сердечников вместе.При этом суммарная площадь поперечного сечения сердечника «Sк», будет кратна количеству штук, а общая площадь окна «Sо» остается прежней. Какой же конфигурации (П, Ш или кольцо) ферритовый сердечник наиболее подходит для построения трансформатора. У каждой формы магнитопровода есть свои особенности. Например, кольцо: - обмотки трансформатора покрывают всю поверхность кольца, максимальное потокосцепление магнитного поля катушки и сердечника; - минимально поле рассеивания электромагнитной энергии; - максимальна площадь теплового излучения обмоток при нагревании, хороший теплоотвод — естественная вентиляция; - площадь окна у кольца больше, чем у Ш — образного сердечника, значит при одинаковой площади «Sк» (у кольца и Ш — сердечника), с кольца можно «снять» большую мощность. Трансформатор на Ш — сердечнике (при одинаковой мощности) более компактен, чем на кольце и П — образном сердечнике. Обмотки на Ш — обр. сердечнике сильно нагреваются, т. к. находятся внутри корпуса трансформатора, требуется обдув вентилятором. Силовые ферритовые трансформаторы в компьюторных блоках питания выполнены в основном на Ш — образных сердечниках. domasniyelektromaster.ru Здравствуйте уважаемые коллеги!! Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора, напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.Смотреть схему ИБП здесь. Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора. Магнитопровод с зазором используется только в однотактных ИБП. Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки. Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример. Первый пример. Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности. Второй пример. Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17, Ш 7,5 х 7,5 . В обмотке обратной связи w3, для 6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка. Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19 витков.Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв., ток 0,56 А. С этим проводом мощность первичной обмотки будет: Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. Сечением 0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера. Для двух полуобмоток ток во вторичной обмотке равен 2,72 ампера.Мощность вторичной обмотки Р2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 ватт.Провод диаметром 0,9 мм. немного великоват, подходит с большим запасом, это не плохо. Провод для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм.кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток. Общий вывод из этих расчетов таков:- при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк» в два раза при той же площади окна «Sо». - число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется. - первичная обмотка w1 с 182 витков уменьшается до 92 витка; - вторичная обмотка w2 с 38 витков уменьшается до 19 витков. Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза. Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас. Нужно иметь в виду, что трансформаторы, по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт. ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение. Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником и пример-2, с двумя сложенными сердечниками. Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно. Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам. Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему ИБП смотрите здесь.Выходное напряжение (а следовательно и выходная мощность) зависят от многих причин: - емкости сетевого электролитического конденсатора С1, - емкостей С4 и С5, - падения мощности в проводах обмоток и в самом ферритовом сердечнике; - падения мощности на ключевых транзисторах в генераторе и на выходных выпрямительных диодах.Общий коэффициент полезного действия «k» таких импульсных блоков питания около 85%.Этот показатель все же лучше, чем у выпрямителя с трансформатором на стальном сердечнике, где k = 60%. При том, что размеры и вес ИБП на феррите существенно меньше. Порядок сборки ферритового Ш — трансформатора. Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.Как изготовить «Каркас для Ш — образного трансформатора» смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю. Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную. На каркас сначала мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д. На начало и конец провода надевается тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился. Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи w3. Обмотка w3 имеет мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки. Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания. Намотка ведется сразу двумя проводами (две полуобмотки), виток к витку в ряд, затем слой бумаги или скотч и второй ряд двух проводов. ПВХ трубку на концы провода можно не надевать, т.к. провод толстый и ломаться не будет. Готовый каркас снимается с оправки и надевается на ферритовый сердечник. Предварительно проверьте сердечник на отсутствие зазора. Если каркас туго одевается на сердечник, будьте очень осторожны, феррит очень легко ломается. Сломанный сердечник можно склеить. Я клею клеем ПВА, с последующей просушкой. Собранный ферритовый трансформатор, для крепости, стягивается по торцу скотчем. Нужно проследить, чтобы торцы половинок сердечника совпали без зазора и сдвига. domasniyelektromaster.ru «Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.
Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.
Вот так я и начал изучать силовую электронику». А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными
коллегами.
При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей,
плюс у них только один - массогабаритные показатели.
Всё остальное - сплошной минус.
Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда
к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований. Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые
представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания
мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным
за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор. Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом.
В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и
повышенным КПД.
Но самое главное - при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что
в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов. По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами,
таблицами и прочими авторитетными причиндалами.
Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику. И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.
Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво
получаем на выходе и различные результаты. Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками,
трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.
А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание "что-то подправить в консерватории". Объясняется это желание
просто - существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя.
А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора. А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты,
ни какими-либо другими излишествами. Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей,
так что не работать в ней - просто нечему. Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора. Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или
импортных - EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода. Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы
автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД
импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного
моточного изделия.
Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн . Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?
Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника,
и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной
звуковоспроизводящей аппаратуры.
А не выше, потому что мы пилоты... А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной
проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц.
Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз
превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину. Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне
адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.
Результаты сведём в таблицу. Как следует мотать первичную обмотку трансформатора? Если используются кольца 2000НМ отечественного производителя, то для начала - посредством наждачной бумаги скругляем наружные
острые грани до состояния, приведённого на Рис.2 а). Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку (Рис.2 б). В качестве изоляционного материала можно
выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту. Для буржуйских колец фирмы EPCOS первые два пункта практической ценности не имеют. Настало время намотать однослойную обмотку «виток к витку» (Рис.2 в). Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру
магнитопровода - это важно! Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать
сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра (Рис.2 г). Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к
примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре (или два провода по 0,7мм). Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку - пару слоёв лакоткани или другой
изолирующей ленты (Рис.2 д). А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения.
Казалось бы, расчёты количества витков вторичной обмотки импульсного трансформатора настолько банальны и очевидны,
что, как говаривал товарищ Мамин-Сибиряк - «яйца выеденного не стоят».
Да только вот опять - не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом.
Поэтому для начала приведём формулу зависимости
выходного напряжения от соотношения количества витков обмоток:W1 (Uвх - Uдм1)/2 - Uнас ,
W2 (Uвых+Uдм2)
где Uвх - значение выпрямленного напряжения сети, равное 1,41×220≈310В, Uдм1 - падение напряжения на входном диодном мосте ≈ 1В, Uдм2 - падение напряжения на выходном диодном мосте ≈ 1В, Uнас - напряжение насыщения на ключевом транзисторе ≈ 1,6В.
Подставив значения, получаем конечную формулу W2 = W1×(Uвых+1)/153.
Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу.
Если же данный параметр нас интересует при максимальном токе нагрузки, то практика показывает, что количество витков вторичной
обмотки следует увеличить на 10%.
Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора. Диаметр этот достаточно просто вычисляется по формуле:D = 1,13×√ I / J,
где I - ток обмотки, а J - параметр плотности тока, напрямую зависящий от мощности трансформатора и
принимающий для кольцевых сердечников значения:
≈4,5 для мощностей до 50Вт; ≈4 для 50-150Вт; ≈3,25 для 150-300Вт и ≈2,75 для 300-1000Вт. И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора.
Точно так же, как и в случае с первичной обмоткой - вторичная должна быть как можно более равномерно распределена по периметру
магнитопровода. При необходимости поиметь двухполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной
обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий - к земле, средней точке,
общей шине, корпусу, или совсем на худой конец - к GND-у. Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины - плавками
с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства
мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ.
Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу.
vpayaem.ru Для статьи: "Двухтактный ИБП своими руками" Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или на сердечнике Сердечник трансформатора подбирается по требуемой мощности на выходе инвертора. Есть много различных формул и разных программ по расчету ферритовых трансформаторов для импульсных источников питания. Я перепробовал различные способы расчета ферритовых трансформаторов. Не буду вдаваться в их достоинства и недостатки. Каждый выбирает свой вариант расчета ферритового сердечника для импульсного блока питания. Вот некоторые мои рассуждения по этому поводу. Во первых: рекомендуемые к использованию, в результате расчетов, ферритовые сердечники (кольца, Ш-образные, броневые) не всегда имеются в наличии в торговых точках. Во вторых: тот ферритовый магнитопровод, что мы можем достать, как правило, не имеет никаких обозначений на корпусе о его магнитной проницаемости. Вот и получается, что все с таким трудом проведенные выкладки и расчеты количества витков в обмотках ферритового трансформатора, из за неопределенности в магнитной проницаемости феррита, теряют ценность. Я подошел к подбору выходного ферритового трансформатора с чисто практической стороны. Из технической литературы приведу таблицу ферритовых колец для использования в качестве высокочастотный трансформаторов. В этой таблице дан размер магнитопровода, его поперечное сечение по сердечнику, размер окна. Произведение площадей, сечения магнитопровода и окна, дает возможность определить его габаритную мощность на частоте в 20 килогерц. На другой частоте соответственно и мощности будут другие. Ферритовые сердечники будут работать и на более высокой частоте, но увеличатся потери в магнитопроводе и КПД трансформатора уменьшится. Но ничего, для нашего случая частота автогенератора не превысит 45 — 50 КГц, это нормально. В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше 20 ватт. У меня есть ферритовое кольцо снятое со старой аппаратуры вполне подходящее под наш случай. Его размер: К28×18х8 (наружний диаметр 28, внутренний 18, толщина 8 мм.). По таблице его габаритная мощность свыше 200 ватт, что более чем достаточно для данного устройства. Не нужно стремиться брать ферритовое кольцо меньших размеров, это якобы уменьшает габариты устройства. Ничего подобного. Чем больше окно кольца, тем удобнее расположить в нем витки и не нужно стеснять себя в диаметре провода. Чем больше диаметр провода в первичной и вторичной обмоток, тем меньше потерь в проводах и стабильнее выходное напряжение. К тому же, с увеличением сечения магнитопровода, уменьшается количество витков на вольт, то есть будет меньше витков во всех обмотках. Количество витков на 1 вольт у ферритового трансформатора зависит от сечения сердечника магнитопровода. Известная формула для определения количества витков на вольт при расчете обмоток трансформатора изготовленного из стальных листов и работающего на частоте 50 герц:n = 50 /SГде: n – количество витков на вольт;S – площадь поперечного сечения сердечника в см. кв. Для расчета количества витков на вольт ферритового трансформатора на частоты свыше 20 килогерц, я применяю немного видоизмененную формулу: n = 0,7 / S; где: S – площадь поперечного сечения ферритового сердечника в см. кв... Площадь поперечного сечения выбранного нами кольца К28×18х8 будет: S = (D — d) / 2 x l = (28 — 18) / 2 x 8 = 10 / 2 x 8 = 40 мм. кв. или 0,4 см. кв.. Количество витков на 1 вольт выбранного мной ферритового магнитопровода: n = 0,7 / S = 0,7 / 0,4 = 1,75 витка на 1 вольт. Тогда количество витков первичной обмотки трансформатора Тр2 будет: w1 = n x U1 = 1,75 х 145 = 253,75 витка. Примем 254 витка. Диаметр провода 0,25 — 0,35 мм. Чем больше диаметр провода, тем мощнее будет ИБП, но все должно быть в разумных пределах. Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток w2-1 и w2-2, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение. На рисунке показана последовательность намотки ферритового трансформатора. Ферритовое кольцо (рис. а) необходимо обмотать лакотканью или лучше фторопластовой лентой (рис. б). Поверх мотается первичная обмотка w1. На начало и конец провода, для жесткости, надевается хлорвиниловая трубочка и провод вместе с трубочкой закрепляется нитками. Витки обмотки необходимо равномерно распределить по всей длине кольца (рис.в). Идеальный случай, это намотать обмотку виток к витку, что вряд ли получится. Начало и конец проводов обмотки не должны касаться друг друга, между ними надо сохранить промежуток в 2-3 мм... Это делается для избежания пробоя между витками начала и конца первичной обмотки. Намотка на кольцо производится с помощью самодельного челнока, который можно изготовить из медной проволоки, по форме как на рисунке. УДАЧИ ВАМ!!!! domasniyelektromaster.ru Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итогеРасчет и изготовление «сердца» ИИП — импульсный трансформатор. Часть 2. Мощность ферритового трансформатора
Силовой трансформатор на феррите | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Чтобы намотать импульсный выходной трансформатор на ферритовом сердечнике на любую мощность, необходимо провести предварительный, прикидочный расчет. Сначала нужно определиться с мощностью, которую необходимо получить на выходе трансформатора. Обратимся к таблице параметров ферритовых магнитопроводов, в ней указаны размеры, площадь сечения магнитопровода, площадь окна и мощность, которую «теоретически» можно получить от сердечника. Эту таблицу я «откопал» еще в «советской технической литературе» по электротехнике и не один раз убедился в ее верности. 
Ферритовые кольца на разные размеры по позициям №1 — №16 имеют рабочую мощность Рвт, от 9 до 951 и более, ватт. Нетрудно заметить, что начиная с позиции №6, даже незначительное увеличение размеров ферритового кольца, приводит к резкому увеличению «пропускаемой» мощности Р вт. Кольцо К18,5×11х6,5 (Наруж. диам. х Внутр. диам. х Ширина кольца, в миллиметрах) соответствует мощности 70 ватт. Кольцо К28×16х9 уже 232 ватта. И так далее... 
Чем больше мощность трансформатора, тем диаметр провода обмоток должен быть выше. Чем меньше поперечное сечение феррита, тем больше число витков в обмотках (выше количество витков, приходящееся на один вольт). Теоретически, все кольца, начиная с позиции №7, «дадут мощность» свыше 232 ватт, что вполне достаточно для среднемощного, до 200 ватт источника питания. Но пытаться «вымучить» из него 200 ватт бесполезно, площадь окна в 202 мм.кв. для этого очень мала. Витки всех обмоток не влезут в его окно. Чтобы получить мощность 200 ватт, нужно брать больше размер кольца. Существуют также П — образные ферритовые сердечники (строчный трансформатор в телевизорах с кинескопами).
Исходя из практики, импульсные трансформаторы, выполненные на Ш — образных и П — образных ферритовых сердечниках, имеют те же свойства, что и на ферритовом кольце. Ш — образный сердечник № 17: поперечное сечение среднего стержня " "Sк"= 56 мм.кв.; площадь окна -"Sо" = 7,5 х 20 = 150 мм.кв... Ш — образный сердечник № 18 от ИБП компьютера: сечение «Sк» = 8,0 х 12,5 = 100мм.кв. = 1см.кв.; Площадь окна «Sо» = 7,5 х 19 = 142 мм.кв... Сердечник № 19: «Sк» = 10 х 10 = 100 мм.кв. = 1 см.кв.; «Sо» = 7,5 х 25 = 187 мм.кв...Из всего перечня ферритовых магнитопроводов, я использовал для построения маломощных импульсных трансформаторов кольца: № 5,№ 6, № 7. Из Ш — образных сердечников: № 17, № 18, № 19. Из П — образных, от строчных трансформаторов с «Sк»= 1,1 — 1,3 см.кв.
Основной параметр у кольца, П и Ш — сердечников, это площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк». Этот параметр определяет количество витков провода в обмотках. Чем больше площадь «Sк», тем меньше витков в обмотках. Для определения количества витков в обмотках трансформатора, необходимо определить число витков на 1 вольт, исходя из площади Sк. Для этого я постоянно использую свою простую формулу, полученную эмпирическим путем: n = 0,7/Sк где: n — количество витков на 1 вольт для данного сердечника; 0,7 — коэффициент; Sк — площадь поперечного сечения феррита в см.кв.
Разбирая старый ферритовый трансформатор, обратите внимание, есть ли немагнитный зазор в прилегающих плоскостях. Для ферритовых сердечников, применяемых в двухтактных импульсных источниках питания, такой зазор не нужен. Если зазор существует, нужно аккуратно сточить на бруске, наждачной шкурке или мелком напильнике боковые стержни сердечника таким образом, чтобы сохранялась плоскость соприкосновения. Расчет трансформатора на Ш — образном ферритовом сердечнике
Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках здесь. Теперь расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».
Выберем из таблицы ферритовых сердечников №17, Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.Окно Sо = 150 мм.кв. Расчетная мощность 200 ватт.Количество витков на 1 вольт у этого сердечника будет: n = 0,7/Sк = 0,7 / 0,56 = 1,25 витка. Количество витков в первичной обмотке трансформатора будет: w1 = n х 145 = 1,25 х 145 = 181,25. Примем 182 витка. При выборе толщины провода для обмоток, я исходил из таблицы «Диаметр провода — ток».В своем трансформаторе я применил, в первичной обмотке, провод диаметром 0,43 мм. (провод большим диаметром не умещается в окне). Он имеет площадь сечения S = 0.145 мм.кв. Допустимый ток (смотреть в таблице) I = 0,29 A.Мощность первичной обмотки будет: Р = V x I = 145 х 0,29 = 42 ватта. Поверх первичной обмотки необходимо расположить обмотку связи. Она должна выдавать напряжение v3 = 6 вольт. Количество витков ее будет: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 витка. Примем 7 витков. Диаметр провода 0,3 — 0,4 мм.Затем мотается вторичная обмотка w2. Количество витков вторичной обмотки зависит от необходимого нам напряжения. Вторичная обмотка, например на 30 вольт, состоит из двух равных полуобмоток, w3-1 и w3-2 (смотреть по схеме). Ток во вторичной обмотке, с учетом КПД (k=0,95) трансформатора: I = k xР/V = 0,95 x 42 ватта / 30 вольт = 1,33 А ; Подберем провод под этот ток. Я применил провод, нашедшийся у меня в запасе, диаметром 0,6 мм. Его площадь сечения S = 0,28 мм.кв.Допустимый ток каждой из двух полуобмоток I = 0,56 А. Так, как эти две вторичные полуобмотки работают вместе, то общий ток равен 1,12 А, что немного отличается от расчетного тока 1,33 А.Количество витков в каждой полуобмотке для напряжения 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 1,25 х 30 = 37,5 вит. Возьмем по 38 витков в каждой полуобмотке.Мощность на выходе трансформатора: Рвых = V x I = 30 В х 1,12 А = 33,6 Ватт, что с учетом потерь в проводе и сердечнике, вполне нормально. Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв. 
При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв.
Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35. Примем 92 витка.Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания
Рис.1 Мощность блока
питания, Вт
Размеры кольца, мм ;
(габаритная мощность, Вт)
Количество витков
первичной обмотки
Индуктивность
обмотки, мГн
25
R 20×12×6 2000НМ (33,8 Вт)
R 22,1×13,7×6,35 №87 (51,5 Вт)
208 (d=0,25мм)
152 (d=0,25мм)
51,9
30,9
50
R 22,1×13,7×12,5 №87 (100,1 Вт)
R 22,1×13,7×7,9 №87 (63,9 Вт)
R 27×18×6 2000НМ (85,3 Вт)
78 (d=0,35мм)
122 (d=0,35мм)
185 (d=0,35мм)
15,9
24,8
32,8
100
R 28×16×9 2000НМ (136 Вт)
R 32,0×20,0×6,0 №27 (141 Вт)
93 (d=0,5мм)
139 (d=0,5мм)
17,0
19,3
200
R 28×16×18 2000НМ (268 Вт)
R 29,5×19,0×14,9 №87 (297 Вт)
R 30,5×20,0×12,5 №87 (265 Вт)
R 34,0×20,5×10,0 №87 (294 Вт)
R 34,0×20,5×12,5 №87 (371 Вт)
R 38×24×7 2000НМ (278 Вт)
47 (d=0,7мм)
52 (d=0,7мм)
62 (d=0,7мм)
61 (d=0,7мм)
49 (d=0,7мм)
102 (d=0,7мм)
8,7
7,8
8,9
8,3
6,7
13,2
400
R 36,0×23,0×15,0 №87 (552 Вт)
R 38×24×14 2000НМ (565 Вт)
R 40×25×11 2000НМ (500 Вт)
42 (d=1,0мм)
51 (d=1,0мм)
61 (d=1,0мм)
5,2
6,6
7,6
800
R 40×25×22 2000НМ (998 Вт)
R 45×28×16 2000НМ (1036 Вт)
R 45×28×24 2000НМ (1580 Вт)
31 (d=1,6мм)
37 (d=1,6мм)
25 (d=1,6мм)
3.9
4,1
2,8
1500
R 50,0×30,0×20,0 №87 (1907 Вт)
R 58,3×32,0×18,0 №87 (2570 Вт)
21 (d=2×1,5мм)
18 (d=2×1,5мм)
2,0
1,5
Рис. 2 а)
б)
в)
г)
д)
Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода.
При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей
не должна превышать расчётную мощность трансформатора. как изготовить ферритовый трансформатор | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Трансформатор для двухтактного ИБП.
другой формы.Количество витков в каждой вторичной полуобмотке: w2-1 = w2-2 = n x U2 = 1,75 х 15 = 26,25 витка. С учетом падения напряжения на диодах Д9, Д10 количество витков во вторичной обмотке примем: w2-1 = w2-2 = 28 витков. Диаметр провода 0,6 — 0,7 мм. Напряжение обратной связи в обмотке w3 должно быть достаточным для работы генератора. Для трансформатора Тр1 оно должно быть 6,5 вольт. Количество витков в обмотке связи w3 = n x 6,5 = 1,75 x 6,5 = 11,3 витка. Примем: w3 = 12 витков. Диаметр провода 0,3 мм. Трансформатор Тр2 будем мотать на ферритовом кольце по схеме приведенной на рисунке.
Для этого нужно заранее поверхность кольца разделить на секторы. Например на четыре сектора. Тогда в каждом секторе будет по 254 витка / 4 = 63,5 витков. Равномерно и последовательно намотав один сектор, переходим ко второму, еще 63,5 витка и т.д.
Предварительно рассчитав необходимую длину провода (количество витков в обмотке умноженное на длину одного витка, плюс длину выводов) с небольшим запасом, наматываем на челнок. Закрепляем начало провода обмотки , провод вместе с трубочкой, нитками на кольце и мотаем при помощи челнока. При намотке провода на кольцо необходимо следить, чтобы провод не скручивался и не образовывались «барашки». Нужно запастись большим терпением и тогда все получится. Сначала процедура намотки кольца будет проходить с трудом, но по мере накопления опыта, работа ускорится. Поверхность намотанной первичной обмотки w1 необходимо обмотать лентой шириной 8 — 10 мм. из лакоткани или лучше фторопласта (рис. г). Далее мотается вторичная обмотка w2. Две полуобмотки w2-1 и w2-2 мотаются одновременно двумя проводами. Нужно определить длину каждого провода для w2-1 и w2-2. Предварительно измеряется длина одного витка, а затем умножается на количество витков, плюс 10 сантиметров на длину выводов, плюс запас 20 см. Провод для вторичной обмотки толстый и мотается без челнока, одновременно двумя проводами. Начала двух проводов закрепляются нитками, а затем виток за витком, двумя проводами продеваются в кольцо. Между началами и концами вторичных полуобмоток нужно оставить на кольце свободным расстояние 5-6 мм. В этот зазор разместить витки обмотки w3 Нужно стараться меньше гнуть провода и чтобы они оба не переплетались между собой. Необходимо так же равномерно распределить количество витков вторичной обмотки по всему кольцу, т.е. разбить количество витков на четыре сектора, как и в случае первичной обмотки. Необходимо мотать так, чтобы намотка уложилась в один ряд по всей длине, как на рисунке д). Конец одной полуобмотки (w2-1) спаять с началом другой полуобмотки (w2-2). Получится полная обмотка w2 с выводом посередине (рис. д). Обмотка обратной связи w3 мотается на первичную обмотку в одном слое с вторичной w2. Мотать ее поверх обмотки w2 нельзя, так как это может повлиять на режим автогенерации.Расчет и изготовление «сердца» ИИП — импульсный трансформатор. Часть 2 / Хабр
Часть 1Пролог
И все таки меня пригласили! Теперь дело со статьями пойдет более оперативно. Темой следующей части изначально я хотел сделать схемотехнику какого нибудь блока, а чего ждать? Но тут вспомнил свою школьную молодость и саму великую проблему с которой сталкивался — как изготовить неведомое для меня на тот момент зверя устройство — импульсный трансформатор. Прошло десять лет и я понимаю, что у многих (и не только начинающих) радиолюбителей, электронщиков и студентов возникают такие трудности — они попросту их боятся, а как следствие стараются избегать мощных импульсных источников питания (далее ИИП). После этих размышлений я пришел к выводу, что первая тема должна быть именно про трансформатор и ни о чем другом! Хотелось бы еще оговориться: что я подразумеваю под понятием «мощный ИИП» — это мощности от 1 кВт и выше или в случае любителей хотя бы 500 Вт.Великая битва или какой материал выбрать?
Когда-то внедрив в свой арсенал импульсную технику думал, что трансформаторы можно делать только на доступном всем феррите. Собрав первые конструкции первым делом решил выставить их на суд более опытных товарище и очень часто слышал такую фразу: «Ваш феррит гавно не самый лучший материал для импульсника». Сразу я решил узнать у них какую же альтернативу можно ему противоспоставить и мне сказали — альсифер или как его еще называют синдаст.Чем же он так хорош и действительно ли лучше феррита?
Для начала надо определиться что должен уметь почти идеальный материал для трансформатора:
1) должен быть магнитомягким, то есть легко намагничиваться и размагничиваться:
Рисунок 2 — Гистерезисные циклы ферромагнетиков: 1) жесткий цикл, 2) мягкий цикл
2) материал должен обладать как можно большей индукцией насыщения, что позволит либо уменьшить габариты сердечника, либо при их сохранение повысить мощность.
НасыщениеЯвление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется. В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.
3) материал должен иметь как можно меньшие потери на перемагничивание и токи Фуко4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности.
Теперь рассмотрим свойства феррита и насколько он соответствует предъявленным выше требованиям.
Феррит — является полупроводником, а значит обладает собственным высоким электрическим сопротивлением. Это означает, что на высоких частотах потери на вихревые токи (токи Фуко) будут достаточно низкими. Получается как минимум одно условия из списка выше у нас уже выполнено. Идем дальше… Ферриты бывают термостабильными и не стабильными, но этот параметр не является определяющим для ИИП. Важно то, что ферриты работают стабильно в температурном диапазоне от -60 и до +100 оС и это у самый простых и дешевых марок.Рисунок 3 — Кривая намагничивания на частоте 20 кГц при разных температурах
И наконец-то самый главный пункт — на графике выше мы увидели параметр, который будет определять практически все — индукция насыщения. Для феррита она обычно принимается 0,39 Тл. Стоит запомнить, что при разных условиях — этот параметр будет меняться. Он зависит как от частоты, так и от температуры работы и от других параметров, но особый акцент стоит сделать на первых двух.
Вывод: феррит ништяк! отлично подходит для наших задач.
Несколько слов об альсифере и чем он отличается
1) альсифер работает в чуть большем широком спектре температур: от -60 и до +120 оС — подходит? Еще лучше чем феррит! 2) коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов постоянный лишь в слабых полях (при малой мощности), в мощном поле они растут и очень сильно — это очень серьезный минус, особенно на мощностях более 2 кВт, так что тут проигрывает. 3) индукция насыщения до 1,2 Тл!, в 4 раза больше чем у феррита! — главный параметр и так обгоняет, но не все так просто… Конечно это достоинство никуда не уйдет, но пункт 2 ослабляет его и очень сильно — определенно плюс.Вывод: альсифер лучше чем феррит, в этом дядьке мне не соврали.
Результат битвы: любой прочитав описание выше скажет альсифер нам подавай! И правильно… но попробуйте найти сердечник из альсифера и чтобы с габаритной мощностью 10 кВт? Тут обычно человек приходит в тупик, оказывается их и нету особо в продаже, а если и есть, то на заказ напрямую у производителя и цена вас испугает. Получается используем феррит, тем более если оценивать в целом, то он проигрывает очень незначительно… феррит оценивается относительно альсифера в «8 из 10 попугаев».
Хотел я обратиться к своему любимому матану, но решил этого не делать, т.к. +10 000 знаков к статье считаю избыточным. Могу лишь посоветовать книгу с очень хорошими расчетами авторства Б. Семенова «Силовая электроника: от простому к сложному». Смысла пересказывать его выкладки с некими добавлениями смысла не вижу
Итак, приступаем к выполнению расчета и изготовлению трансформатора
Первым делом хочется сразу вспомнить очень серьезный момент — зазор в сердечнике. Он может «убить» всю мощность или добавить еще так на 30-40%. Хочу напомнить, что делаем мы трансформатор для Н-моста, а он относится к — прямоходовым преобразователям (forward по-буржуйский). Это значит, что зазор в идеале должен быть 0 мм. Как-то раз, обучаясь курсе на 2-3 решил собрать сварочный инвертор, обратился к топологии инверторов Kemppi. Там я увидел в трансформаторах зазор 0,15 мм. Стало интересно для чего же он. Подходить к преподавателям не стал, а взял и позвонил в российское представительство Kemppi! А что терять? На моей удивление меня соединили с инженером-схемотехником и он рассказал мне несколько теоретических моментов, которые позволили мне «выползти» за потолок в 1 кВт.Если в кратце — зазор в 0,1-0,2 мм просто необходим! Это увеличивает скорость размагничивания сердечника, что позволяет прокачать через трансформатор большую мощность. Максимальный эффект от такого финта ушами зазора достиг в топологии «косой мост», там введение зазор 0,15 мм дает прирост 100%! В нашем Н-мосту эта прибавка скромнее, но 40-60% думаю тоже не дурно.Для изготовления трансформатора нам понадобится вот такой набор:
а) Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87)
б) Рисукок 5 — Каркас для сердечника Е70/33/32 (тот что больше) и дроссель D46 из распыленного железа
Габаритная мощность такого трансформатора составляет 7,2 кВт. Такой запас нам нужен для обеспечения пусковых токов в 6-7 раз больше номинальных (600% по ТЗ). Такие пусковые токи правда бывают лишь у асинхронных двигателей, но учесть необходимо все! Неожиданно «всплыл» некий дроссель, он понадобится в нашей дальнейшей схеме (аж 5 штук) и поэтому решил показать как и его наматывать.
Далее необходимо посчитать параметры намотки. Я использую программу от известного в определенных кругах товарища Starichok51. Человек с огромными знаниями и всегда готовый учить и помогать, за что ему спасибо — в своей время помог встать на путь истинный. Называется программа — ExcellentIT 8.1.
Привожу пример расчета на 2 кВт:Рисунок 6 — Расчет импульсного трансформатора по мостовой схеме на 2 кВт повышающий
Как производить расчет:
1) Выделено красным. Это вводные параметры, которые обычно выставляются по умолчанию: а) максимальная индукция. Помните для феррита она 0,39 Тл, но у нас трансформатор работает на достаточно высокой частоте, поэтому программа выставляет 0,186 сама. Это индукция насыщения в саааамых плохих условиях, включая нагрев до 125 градусов б) частота преобразования, она задается нами и чем она определяется на схеме будет в следующих статьях. Частота эта должна быть от 20 до 120 кГц. Если меньше — мы будет слышать работу транса и свист, если выше, то наши ключи (транзисторы) будут иметь большие динамические потери. А IGBT ключи даже дорогие работают до 150 кГц в) коэф. заполнения окна — важный параметр, ибо место на каркасе и сердечнике ограничено, не стоит его делать больше 0,35 иначе обмотки не влезут г) плотность тока — этот параметр может быть до 10 А/мм2. Это максимальный ток, который может протекать через проводник. Оптимальное значение 5-6 А/мм2 — в условиях жесткой эксплуатации: плохое охлаждение, постоянная работа на предельной нагрузке и прочее. 8-10 А/мм2 — можно ставить если у вас устройство идеально вентилируется и стоит over 9000 несколько куллеров. д) питание на входе. Т.к. мы рассчитываем трансформатор для DC->DC 48В в 400В, то ставим входное напряжение как в расчете. Откуда цифра взялась. В разряженном состоянии аккумулятор отдает 10.5В, дальше разряжать — снижать срок службы, умножаем на количество батарей (4 шт) и получаем 42В. Возьмем с запасом 40В. 48В берется из произведения 12В * 4 шт. 58В берется из соображения, что в заряженном состоянии батарея имеет напряжение 14,2-14,4В и по аналогии умножаем на 4.2) Выделено синим. а) ставим 400В, т.к. это запас для обратной связи по напряжению и для нарезки синуса необходимо минимум 342В б) номинальный ток. Выбираем из соображения 2400 Вт / 220(230) В = 12А. Как видите везде я беру запас не менее 20%. Так поступает любой уважающий себя производитель качественной техники. В СССР такой запас был эталонный 25% даже для самых сложных условий. Почему 220(230)В — это напряжение на выходе уже чистого синуса. в) минимальный ток. Выбирается из реальных условий, этот параметр влияет на размер выходного дросселя, поэтому чем больше минимальный ток, тем меньше дроссель, а значит и дешевле устройство. Я опять же выбрал худший вариант 1А, это ток на 2-3 лампочки или 3-4 роутеров. г) падение на диодах. Т.к. у нас на выходе будут диоды быстродействующие (ultra-fast), то падение на них 0.6В в худших условиях (превышена температура). д) диаметр провода. У меня некогда купленная катушка меди 20 кг на такой случай и как раз с диаметром 1 мм. Тут ставим тот, который у вас есть. Только более 1,18 мм ставить не советую, т.к. начнет сказываться скин-эффект
Скин-эффектСкин-эффект — эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое. Если говорить не как гугл, а моим колхозным языком, то если взять проводник большого сечения, то он не будет использоваться полностью, т.к. токи на большей частоте протекают по поверхности, а центр проводника будет «пустой»
3) Выделено зеленым. Тут все просто — топология у нас планируется «полный мост» и выбираем ее.
4) Выделено оранжевым. Происходит процесс выбора сердечника, все интуитивно понятно. Большое количество стандартных сердечников уже есть в библиотеки, как и наш, но если что можно и добавить путем ввода габаритов.
5) Выделено фиолетовым. Выходные параметры с расчетами. Отдельным окном выделил коэф. заполнения окна, помните — не более 0,35, а лучше не более 0,3. Так же даны все необходимые значения: количество витков для первичной и вторичной обмотки, количество проводов ранее заданного диаметра в «косе» для намотки. Так же даны параметры для дальнейшего расчета выходного дросселя: индуктивность и пульсации напряжения.
Теперь необходимо рассчитать выходной дроссель. Нужен он чтобы сгладить пульсации, а так же чтобы создать «равномерный» ток. Расчет проводится в программе того же автора и называется она DrosselRing 5.0. Расчет для нашего трансформатора приведу:Рисунок 7 — Расчет выходного дросселя для повышающего DC-DC преобразователя
В данном расчете все проще и понятнее, работает по тому же принципу, выходные данные: количество витков и количество проводов в косе.
Стадии изготовления
Теперь у нас есть все данные для изготовления трансформатора и дросселя. Главное правило намотки импульсного трансформатора — все без исключения обмотки должны быть намотаны в одну сторону!Стадия 1:Рисунок 8 — Процесс намотки вторичной (высоковольтной) обмоткиМотаем на каркас необходимое число витков в 2 провода диаметром 1 мм. Запоминаем направление намотки, а лучше отмечаем маркером на каркасе.
Стадия 2:Рисунок 9 — Изолируем вторичную обмотку
Изолируем вторичную обмотку фторопластовой лентой толщиной 1 мм, такая изоляция выдерживает не менее 1000 В. Так же дополнительно пропитываем лаком, это еще +600В к изоляции. Если нету фторопластовой ленты, то изолируем обычным сантехническим фумом в 4-6 слоев. Это тот же фторопласт, только 150-200 мкм толщиной.
Стадия 3:Рисунок 10 — Начинаем мотать первичную обмотку, распаиваем провода на каркасНамотку проводим в одну сторону со вторичной обмоткой!
Стадия 4:Рисунок 11 — Выводим хвост первичной обмотки
Доматывает обмотку, изолируем ее так же фторопластовой лентой. Желательно еще и пропитать лаком.
Стадия 5:Рисунок 12 — Пропитываем лаком и распаиваем «хвост». Намотка обмоток оконченаСтадия 6:Рисунок 13 — Завершаем намотку и изоляцию трансформатора киперной лентой с окончательной пропиткой в лаке
Киперная лентаКиперная лента — хлопчатобумажная (реже шёлковая или полушелковая) тесьма из киперной ткани шириной от 8 до 50 мм, саржевого или диагонального переплетения; суровая, отбельная или гладкокрашеная. Материал ленты отличается высокой плотностью за счет переплетения, он толще, чем у своего ближайшего аналога — миткалевой ленты — из-за использования более толстых нитей. Спасибо википедии.
Стадия 7:Рисунок 14 — Так выглядит законченный вариант трансформатора
Зазор 0,15 мм устанавливается в процессе склеивания, путем вкладывания между половинками сердечника подходящей пленки. Лучший вариант — пленка для печати. Сердечник склеивается клеем моментом (хорошим) или эпоксидной смолой. 1-й вариант на века, 2-й позволяет в случае чего разобрать трансформатор без повреждений, например, если понадобится домотать еще обмотку или добавить витков.
Намотка дросселя
Теперь по аналогии необходимо намотать дроссель, конечно мотать на тороидальном сердечнике сложнее, но такой вариант будет компактнее. Все данные у нас имеются из программы, материал сердечника распыленное железо или пермаллой. Индукция насыщения у данного материала 0,55 Тл.
Стадия 1:Рисунок 15 — Обматываем кольцо фторопластовой лентой
Эта операция позволяет избежать случая с пробоем обмотки на сердечник, это бывает редко, но мы же за качество и делаем для себя!
Стадия 2:Рисунок 16 — Наматываем нужное количество витков и изолируем
В данном случае количество витков не уместится в один слой намотки, поэтому необходимо после намотки первого слоя произолировать и намотать второй слой с последующей изоляцией.
Стадия 3:Рисунок 17 — Изолируем после второго слоя и пропитываем лаком
Эпилог
Надеюсь моя статья научит вас процессу расчету и изготовлению импульсного трансформатора, а так же даст вам некоторые теоретические понятия о его работе и материалах из которого он изготавливается. Постарался не нагружать данную часть излишней теорией, все на минимуму и сосредоточиться исключительно на практических моментах. И самое главное на ключевых особенностях, которые влияют на работоспособность, таких как зазор, направления намотки и прочее. Продолжение следует...
Часть 3Часть 4.1Часть 4.2Часть 5Часть 6
habr.com
Расчет и намотка импульсного трансформатора
Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.
Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.
Расчет импульсного трансформатора.
Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT и запускаем её.
Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт” схема преобразования –полумостовая.
Напряжение питания указываем постоянное. Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.
Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.
Стабилизации выходов – нет.Принудительное охлаждение – нет.
Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.
Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.
Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.
Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.
Далее выбираем параметры сердечника, в моем случае это “R” – тороидальный сердечник, с размерами 40-24-20 мм.
Нажимаем кнопочку “Рассчитать!”. В результате получаем количество витков и количество жил первичной и вторичной обмоток.
Намотка импульсного трансформатора.
Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.
Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.
Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.
Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.
Далее мотаем первичку, в моем случае 33 витка проводом диаметра 0,85мм двумя жилами (это я перестраховался). Мотайте по часовой стрелке, как показано на картинке ниже.
Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.
Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.
Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.
Теперь начинаются самые "непонятки" и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?
В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.
Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.
Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.
Соединили начало одного провода с концом другого. Залудили. Надели термоусадку. Далее вновь обмотаем лавсановой пленкой.
Напомню, что мне нужно было две вторичных обмотки, если вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой, то на этом этапе финиш. Вторую вторичную обмотку мотаем аналогично.
После чего сверху опять обматываем лавсановой пленкой, чтобы крайняя обмотка плотно прилегала и не разматывалась.
В результате получили вот такой аккуратный бублик.
Таким образом, можно рассчитать и намотать любой трансформатор, с двумя или одной вторичной обмоткой, с отводом или без отвода от середины.
Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT СКАЧАТЬ
Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.
Похожие статьи
audio-cxem.ru
Импульсные источники питания | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Здравствуйте уважаемые коллеги!!
Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках здесь. Теперь расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».
Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора, напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.Смотреть схему ИБП здесь.
Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора. Магнитопровод с зазором используется только в однотактных ИБП.
Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки. Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример.
Первый пример.Выберем из таблицы ферритовых сердечников №17, Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.Окно Sо = 150 мм.кв. Расчетная мощность 200 ватт.Количество витков на 1 вольт у этого сердечника будет: n = 0,7/Sк = 0,7 / 0,56 = 1,25 витка. Количество витков в первичной обмотке трансформатора будет: w1 = n х 145 = 1,25 х 145 = 181,25. Примем 182 витка. При выборе толщины провода для обмоток, я исходил из таблицы «Диаметр провода — ток».В своем трансформаторе я применил, в первичной обмотке, провод диаметром 0,43 мм. (провод большим диаметром не умещается в окне). Он имеет площадь сечения S = 0.145 мм.кв. Допустимый ток (смотреть в таблице) I = 0,29 A.Мощность первичной обмотки будет: Р = V x I = 145 х 0,29 = 42 ватта. Поверх первичной обмотки необходимо расположить обмотку связи. Она должна выдавать напряжение v3 = 6 вольт. Количество витков ее будет: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 витка. Примем 7 витков. Диаметр провода 0,3 — 0,4 мм.Затем мотается вторичная обмотка w2. Количество витков вторичной обмотки зависит от необходимого нам напряжения. Вторичная обмотка, например на 30 вольт, состоит из двух равных полуобмоток, w3-1 и w3-2 (смотреть по схеме). Ток во вторичной обмотке, с учетом КПД (k=0,95) трансформатора: I = k xР/V = 0,95 x 42 ватта / 30 вольт = 1,33 А ; Подберем провод под этот ток. Я применил провод, нашедшийся у меня в запасе, диаметром 0,6 мм. Его площадь сечения S = 0,28 мм.кв.Допустимый ток каждой из двух полуобмоток I = 0,56 А. Так, как эти две вторичные полуобмотки работают вместе, то общий ток равен 1,12 А, что немного отличается от расчетного тока 1,33 А.Количество витков в каждой полуобмотке для напряжения 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 1,25 х 30 = 37,5 вит. Возьмем по 38 витков в каждой полуобмотке.Мощность на выходе трансформатора: Рвых = V x I = 30 В х 1,12 А = 33,6 Ватт, что с учетом потерь в проводе и сердечнике, вполне нормально.
Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв.
Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности.
Второй пример. Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17, Ш 7,5 х 7,5 .
При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв. Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35. Примем 92 витка.
В обмотке обратной связи w3, для 6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка. Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19 витков.Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв., ток 0,56 А. С этим проводом мощность первичной обмотки будет: Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. Сечением 0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера. Для двух полуобмоток ток во вторичной обмотке равен 2,72 ампера.Мощность вторичной обмотки Р2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 ватт.Провод диаметром 0,9 мм. немного великоват, подходит с большим запасом, это не плохо.
Провод для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм.кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток. Общий вывод из этих расчетов таков:- при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк» в два раза при той же площади окна «Sо». - число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется. - первичная обмотка w1 с 182 витков уменьшается до 92 витка; - вторичная обмотка w2 с 38 витков уменьшается до 19 витков.
Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза.
Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас.
Нужно иметь в виду, что трансформаторы, по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт. ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение.
Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником и пример-2, с двумя сложенными сердечниками. Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно.
Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам. Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему ИБП смотрите здесь.Выходное напряжение (а следовательно и выходная мощность) зависят от многих причин: - емкости сетевого электролитического конденсатора С1, - емкостей С4 и С5, - падения мощности в проводах обмоток и в самом ферритовом сердечнике; - падения мощности на ключевых транзисторах в генераторе и на выходных выпрямительных диодах.Общий коэффициент полезного действия «k» таких импульсных блоков питания около 85%.Этот показатель все же лучше, чем у выпрямителя с трансформатором на стальном сердечнике, где k = 60%. При том, что размеры и вес ИБП на феррите существенно меньше.
Порядок сборки ферритового Ш — трансформатора.
Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.Как изготовить «Каркас для Ш — образного трансформатора» смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю. Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную. На каркас сначала мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д. На начало и конец провода надевается тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился. Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи w3. Обмотка w3 имеет мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки. Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания. Намотка ведется сразу двумя проводами (две полуобмотки), виток к витку в ряд, затем слой бумаги или скотч и второй ряд двух проводов. ПВХ трубку на концы провода можно не надевать, т.к. провод толстый и ломаться не будет. Готовый каркас снимается с оправки и надевается на ферритовый сердечник. Предварительно проверьте сердечник на отсутствие зазора. Если каркас туго одевается на сердечник, будьте очень осторожны, феррит очень легко ломается. Сломанный сердечник можно склеить. Я клею клеем ПВА, с последующей просушкой. Собранный ферритовый трансформатор, для крепости, стягивается по торцу скотчем. Нужно проследить, чтобы торцы половинок сердечника совпали без зазора и сдвига.
domasniyelektromaster.ru
Поделиться с друзьями: