Правила расчета и намотки импульсного трансформатора своими руками

Импульсный преобразователь напряжения позволяет в современных реалиях обеспечивать человека многими автоматизированными бытовыми и производственными нуждами, питая их в составе стабильного высокопроизводительного ИИП. Расчет и проектирование импульсного трансформатора, создание новинок – важное направление электроники, как науки и отрасли.

Содержание

Импульсные источники питания (ИИП) используются практически во всех сферах современной жизни человека. Сложная бытовая техника, мультимедийная электроника питает микросхемы встроенными импульсными источниками питания. Импульсный трансформатор – одна из основных частей любого блока питания инверторного или конверторного типа. Произвести расчет трансформатора импульсного напряжения совсем непросто, как покажется на первый взгляд.

Для качества и верности расчетов потребуются многие знания, математические формулы, нужны в этом и навыки работы с электронными компонентами и оборудованием. Для радиолюбителей, промышленных специалистов необходимы знания правильного расчета импульсных трансформаторов.

Эти устройства входят в состав высокопроизводительных, стабильных, малогабаритных ИИП.  Уверенно применять теоретический опыт на практике для качества сборки подобных устройств продуктивное желание для любого техника. Обзор статьи призван помочь осветить нюансы таких расчетов, разобрать внутреннее устройство, понять принципы работы импульсного трансформатора. Как раз об этом подробные детали ниже.

Импульсный источник питания

Устройство и принцип работы

ИИП в отличии от громоздких менее эффективных блоков на основе линейных ферромагнитных питающих преобразователей напряжения по своим техническим характеристикам значительно опережают их.

Плюсы ИИП: компактные габариты, стабильное выходное напряжение, увеличенный срок эксплуатации в составе сложных электронных бытовых или промышленных устройств.

Войдя в двадцать первый век, импульсные электронные устройства уверенно шагают по пути прогрессивного развития. Сегодня ИИП установленны в корпусах бытовой технике и призводственных станках. Они питают компьютеры, телевизоры, многие кухонные принадлежности, имеющие программируемый модуль и функций. Ресурсы заводов и мощности фабрик сейчас не мыслят себя без станков, роботизированных систем конвейерной сборки с компьютерным электронным управлением.

Однако все высокоточные системы электроники могут стать обычным бесполезным куском железа, пластика, собранного в различные корпуса, если им не обеспечить питание стабильным напряжением компактным устройством в оптимальных габаритных размерах. С это функцией прекрасно справляются нынешние ИИП, немаловажным компонентом, которых является импульсный трансформатор напряжения.

Чтобы производить его правильный расчет для дальнейшей сборки стоит предварительно погрузится в сами основы устройства импульсного оборудования трансформации напряжения, понять его главный принцип работы.

Предназначение

Система электронных элементов в импульсном блоке питания представляет собой инверторную высокоточную структуру с входом, выпрямителем, фильтром синусоиды переменного тока, модулей управления в виде транзисторов, автогенераторов, транзисторные комбинации оптрона импульсных трансформаторов напряжения, при наличии гальванической развязки в BBG.

Импульсный трансформатор или ИТ предназначен для преобразования одной величины напряжения в другую, выполнять функции защиты от токов КЗ весь ИИТ, отсекать на выходе чрезмерно высокие величины напряжения, уменьшая нагрев корпуса модуля питания.

Но главной задачей импульсного трансформатора в системе ИИП является стабилизация величины выходного напряжения, позволяющая плавную, надежную и долгую работу любой электроники для дома или производства, без помех и сбоев.

Особенности

Существенная разница в структуре ИТ и обычного трансформатора в разнице намотки обмоток. Трансформатор импульсного типа имеет намотку двух катушек первичной и вторичной обмоток, связанных между собой магнитопроводом. От количества намотанных витков на этих обмоток зависит выходная мощность импульсного трансформатора.

Взаимодействуя с остальными электронными элементами, получая величины напряжения повышенной частоты от них его эффективность работы в составе блока питания увеличивается, плюс в этом случае возможна реализация трансформатора в гораздо меньших размерах нежели в линейных типах источников питания.

За счет высокой частоты сердечники ИТ изготавливают из ферромагнитных материалов, которые более эффективны в действиях трансформации величин электроэнергии, по сравнению с сердечниками, выполненными из обычной электротехнической стали.

Импульсный источник питания

Разновидности

Трансформаторы импульсного действия для всех источников питания того же типа делятся в зависимости от геометрии размещения катушек в своих сердечниках, форм сердечников и кратко делятся следующий модельный ряд:

  • Стержневая форма;
  • Броневая форма;
  • Тороидальная форма;
  • Бронестержневая компоновка.

Конструкция

В каждом сердечнике имеется уникально расположенные, основные части ИТ:

  1. Контур замкнутого типа магнитопровода – выполняется прямоугольного или круглого сечения. Изготавливается во всех выше приведенных форма (кроме тороидальной) из трансформаторной стали холодного или горячего металлопроката. Материал для тороидальной формы выполняется из феррита;
  2. Катушка электрическая –находится как правило внутри замкнутого контура, необходима создания для электромагнитных процессов ИТ, изготавливается из изолирующих материалов.

Конструктивно различается по нескольким типам:

  • Спиральные – за счет малой силы намагничивания применение получили при сборке автотрансформаторов (другое название латров);
  • Цилиндрические – конструкция катушек несет в себе средне низкое рассеивание импульсной индуктивности. Относится к простой конструкции;
  • Конические – сильно уменьшается рассеивание индуктивности в таком формате катушек. Емкостное значение обмоток в этот момент слабо увеличивается. Изоляция слоев конических катушек прямо пропорциональна напряжению между первичными витками ИТ;
  • Проводники для связной индуктивности – обеспечивают как правило индуктивную связь контура с катушкой.

Импульсный источник

Плюсы и минусы

Если добавить еще несколько слов касающихся форм катушек ИТ стоит заметить, что от конструкции их выполнения существует прямые зависимости важных параметров трансформатора в целом. От них варьируются его масса, габаритные размеры, мощностной номинал устройства. Так же влияние формы обмоточной намотки ИТ есть и в значениях напряжения на входе и выходе трансформатора. Проектируя и проводя расчет импульсного трансформатора в системе ИИП обязательно учитываются такие зависимости и ведут корректировки относительно их величин.

Существенный минус импульсных трансформаторов, понимая их принцип действия и проанализировав набор всех преимуществ, является знание о появлении в цепях трансформаторов высокочастотных помех, которые негативно отражаются на работе многих точных электронно-цифровых приборов. С ними ведется борьба многими методами, но в тех приборах, где это невозможно, установку импульсных трансформаторов не производят.

Импульсный источник питания

Обмотки

Чтобы простым языком озвучить принцип действия ИТ стоит рассмотреть преобразования величины напряжения, к примеру с 12В до 220В:

Первичная обмотка ИТ получает сигнал-импульс, прямоугольной формы (оперируя языком временных диаграмм трансформатора). После чего происходит повышение индуктивности в интервале времени, с последующим его спадом, через определенный лимитированный период. Вторичная обмотка ИТ в эти моменты получает определенный уровень напряжения с обратным выбросом.

Начинается появление перепадов индуктивности в ходе всех внутренних процессов элементов трансформатора импульсного типа. Импульсные перепады напряжения отражаются на вторичной обмотке ИТ, появляются на выходе оборудования – эта функция является главной для работы импульсного преобразователя напряжения.

Выбор типа магнитопровода

Чтобы сделать такой выбор необходимо остановится еще на нескольких понятиях в устройстве импульсных трансформаторов. Они бывают двух типов по преобразованию электрических величин:

  • Инвертор двухтактного преобразования напряжения – когда импульсное устройство способно преобразовывать значения постоянной напряжения в величину переменного;
  • Конвектор однотактового типа – принцип этого преобразователя позволяет трансформировать величины постоянного напряжения из одной в другую.

Магнитопровод трансформатора

Исходя из этого деления внутренние схемы ИТ имеют три основных типа:

  • Со средней точкой;
  • Полу мостового соединения;
  • Мостового соединения.

В первой и последней схемах (со средней точкой и мостовой схеме) ИТ нагружается на выпрямитель, подмагничивание сердечника у него отсутствует лишь в идеальном состоянии.

В полу мостовой схеме соединения первичная обмотка ИТ подключена через емкости – нет величины тока на ней в номинальном режиме работы схемы и любое подмагничивание сердечника отсутствует.

Обладая такой информацией, к тому учитывая, что сердечник преобразователя работает в нормальных условиях внутри сильных магнитных полей, при большой величине магнитной индукции для магнитопровода выбирается материал вида марганцево-цинковых ферритов.

Внимание! Выбор порошковых магнитных материалов для изготовления магнитопровода делать нельзя. Эти материалы обладают низкой магнитной проницаемостью, к тому же сильно удорожают всю конструкцию изделия.

Далее следует процесс определения типа магнитопровода для импульсного трансформатора. Наиболее приемлемым типом в таком выборе признан Ш-образный сердечник броневой конструкции. Его свойства позволяют использовать чашеобразную конструкцию сердечника практически в любом блоке питания импульсного типа (ИБП).

Достоинства и недостатки

Преобразователи инверторного типа двухтактного типа могут быть воссозданы на практически любом типе магнитопровода. Применяют к ним стержневые конструкции, броневые формы, но лучшими показателями обладает конструкция магнитопровода кольцевого торроидного типа. Достоинства в таком конструктивном исполнении получаются в виде:

  • Минимума рассеивания магнитной индукции,
  • Отсутствия создания помех,
  • Малой величины выходного сопротивления.
  • Экономичной составляющей.

Недостатки типа присутствуют хоть и в малом объеме относительно плюсов конструкции, но проявляются в виде:

  • Трудоемкости проведения процесса намотки обмоток на кольцевой магнитопровод;
  • Необходимость выполнения изоляции сердечника.

Магнитопроводы трансформаторов

Как правильно выбрать

Выбор кольцевых магнитопроводов по техническим справочникам проходит из идентификации на практике трех значений размеров магнитопровода и их сравнения с опубликованными в литературе:

  • Внешний диаметр магнитопровода;
  • Высота кольца;
  • Внутренний диаметр магнитопровода.

Однотактные конвекторы – имеют оптимальный выбор в виде разъемных типов магнитопровода или же стержневой, броневой конструкции.

Получение исходных данных для изготовления

Это контрольный и ответственный процесс для расчета и дальнейшего производства импульсного трансформатора для включения его в состав ИБП.

Насколько верные будут исходные данные и их расчет – настолько правильно сделан будет фактически сам преобразователь.

Рассмотрение исходников, их подбор и расчет для понимания всего процесса и его систематики разбирается на примере все того же кольцевого двухтактного инвертора. Для него необходимо иметь данные:

  • Значение напряжения питания ИТ – берется как правило не его номинал, а величина с запасом +10%;
  • Допуск на повышение напряжения питания – параметр рассчитывается исходя из величины питающего напряжения;
  • Индукция насыщения магнитопровода – берется из технической литературе согласно параметрам тороида трансформатора, его параметрическим свойствам и типу магнитопровода;
  • Оптимум магнитной проницаемости сердечника – расчетом через формулы или из справочной литературы по тому же принципу;
  • Частота преобразования;
  • Значение напряжение подводимого к нагрузке на выходе ИТ;
  • Номинальное значение потребляемого подключаемой к нагрузке тока;
  • Габаритные размеры в трех плоскостях – внешний и внутренний диаметр сердечника, высота кольца сердечника.

Импульсный трансформатор

При расчете импульсного преобразователя часть данных известно, исходя из практической информации оборудования, на котором он будет использоваться, часть получается справочным путем, часть через справочные формулы простым расчетом. К тому же компьютер и интернет сейчас предлагают различный программный софт, в котором возможно оптимально, удобно и быстро произвести нужные и все расчеты по трансформатору целиком.

Импульсный трансформатор желтый

Виды сердечников

Как уже отмечалось в части обзора по устройству и принципу действия импульсного трансформатора, их сердечники по своей форме разнообразны. Стоит шире рассмотреть каждый из них. Описать особенности, плюсы и недостатки, сферы применения. Это позволит удобнее взглянуть на расчет ИТ в целом.

Стержневой

ИТ в таком конструктивном исполнении обмотками как бы охватывает магнитопровод. Эта форма позволяет легко изолировать изделие. Эксплуатация и обслуживание обмоток в простом формате, конструктивно обеспечивается процесс хорошего естественного охлаждения обмоток и сердечника. Но при всех положительных свойствах подобное строение магнитопровода лишь усложняет конструктив самого трансформатора импульсного типа. Широкого применения за счет чего не имеет на практике, но применимы для трансформаторов большей или средней мощности.

Стержневой сердечник трансформатора

Броневой

Магнитопровод охватывается обмотками, образуя так называемую схожесть с «броней». Модель конструктивно популярна для установки в состав маломощных устройств и приборов минимум мощностных характеристик в тоже время дает небольшое количество проводников в намотке обмоток трансформатора. Относительно стержневой конструкции трансформаторы с «броневыми» магнитопроводами используются чаще. А вот если нужен элемент преобразования напряжения с малым выходом помех – такой магнитопровод не сможет соответствовать нужным требованиям в этом процессе.

Броневой сердечник трансформатора

Тороидальный

С первых строк покажется – эффективно выгодный и приоритетный конструктив магнитопровода импульсного преобразователя в связи с малой стоимостью материала, обеспечению высоких выходных параметров по току и напряжению, степени их стабильности и уровню фильтрации, отсутствию потерь мощности, малой долей рассеивания индукции, однако все перевешивает объем трудозатрат и сложности при намотке обмоток такой конструкции магнитопровода, необходимости изоляции обмоток. Широкого распространения в современности получить не смогли. Сердечники выполняют из феррита в большинстве случаев.

Тороидальный сердечник трансформатора

Бронестержневой

Среднее образование по конструкции магнитопровода между вышеописанными типами. Свойства и характеристики такого конструктива сердечника ИТ в двойном формате тоже включаются в бронестержневую форму. По своему гибридному конструктивному исполнению, включая весь набор характеристик и возможностей двух форм сердечников – бронестержневой формат довольно эффективен и востребован при производстве преобразователей.

Основной сегмент теории о импульсных источниках питания в общем, и подробности по импульсным трансформаторам в их составе озвучен. Теперь стоит перейти к нескольким ответам на вопросы при выполнении расчетов, проектировании ИТ на практике.

Бронестержневой сердечник трансформатора

Как правильно выбрать ферритовый кольцевой сердечник

Рассчитать правильно, быстро и качественно кольцевой сердечник на феррите в ручном режиме конечно же возможно. Для этого понадобится иметь под рукой несколько электротехнических справочников, литературу по материалам и их свойствам, калькулятор, исходные данные расчетной установки.

Правильный, удобный расчет в бытовых условиях и на уровне проектных институтов по выбору ферритовых кольцевых сердечников производят автоматизировано при помощи специальных расчетных программ (в качестве примера название одного из обеспечения звучит «Coil32»). Их функционал позволяет вести основные исходные данные и получить полный перечень параметров по импульсным преобразователям, включая любые формы магнитопроводов.

Шаги

Шаги в проектно-ручном расчете по выбору ферритного кольца следующие:

  • Для получения данных по выбору ферритового кольца необходимо на руках иметь данные – магнитной проницаемости «Мпрониц», длину средней линии «Lсред», площадь сечения «Sсеч», индукцию насыщения «Бнасыщ». Если первые параметрические данные легко получаются из исходного устройства или расчетов ранее, то магнитная индукция насыщения феррита, уточняя его марку материала, определяется техническом справочнике;
  • Выясняется необходимой индуктивностью кольцевого ИТ – «Lиндук», исходя из таблиц справочников и расчетов формул;
  • Определяется из исходных материалов потребителя, или по части параметрам, руководствуясь формулами законов Ома определим токовое выходное значение – «Iпотреб», к нему добавляем, как минимум 15% запас по величине выходного тока;
  • Текущим шагом по формулам из нормативных документов, используя величину проницаемости, среднюю длину, сечение, количество витков и потребляемый ток производится расчет индукции внутри феррита;
  • Анализ полученного значения феррита путем сравнения с формулой значения
  • 0,8*«Бнасыщ» – исходя из следующей оценки расчета: если расчетное значение больше, чем это произведение индукции насыщения и корректирующего коэффициента – вывод:
  • взятый диаметр внутреннего кольца выбран неправильно – начинается подбор кольца большего размера и повторения расчетных значений и аналитики;
  • если значение не превышает произведения – то выбор совершен правильно и можно двигаться в расчетах далее.

Даже в таких условиях ручной человеческий труд способен сделать ошибку, которая будет после слишком трудоемкой для устранения.

ферритовый кольцевой сердечник

Как рассчитать число витков первичной обмотки

Провести опытный расчет по числу витков первичной обмотки несколько проще с учетом наличия справочных и части уже посчитанных данных.

Расчет числа витков производится все того кольцевого импульсного преобразователя. Для этого необходимо обратится к соотношению значений:

Vвитки1 = (0,25 * 104 * Uвх1) / (f * Бнасыщ* Sсеч), где:
  • Vвитки1 – искомое число витков первичной обмотки ИТ, в штуках;
  • 0,25 * 104 – числовой коэффициент для правильности расчета и единиц измерения расчетной величины;
  • Uвх1 – номинальное значение входного напряжения ИТ, в вольтах с учетом 15% запаса по величине;
  • f – подаваемая внутри ИТ частота импульсов, измеряется в Герцах;
  • Бнасыщ – магнитная индукция насыщения сердечника;
  • Sсеч – значение сечения используемых в первичной обмотки ИТ в квадратных сантиметрах.

Проведя мониторинг указанных в расчетной формуле значений, выясняется наличие всех в практическом проекте расчета витков обмотки входа ИТ. После полученного минимального количества витков первичной обмотки трансформатора, зафиксировав его значение двигаются дальше в расчетной работе.

Но через существующее сейчас программное обеспечение, позволяющее оптимизировать и упростить описанный выше расчетный труд гораздо эффективнее и качественнее при проекте расчете и производстве тороидального импульсного преобразователя.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток

Метод расчета основывается на вычислении значений напряжения, тока, максимальной мощности первичной и вторичной обмотки по справочным формулам и используя техническую справочную литературу:

1 этап

  • Определяется ток первичной обмотки Iob1 по формуле отношения максимальной Pmax мощности к значению эффективного напряжения на первичной стороне ИТ Ueff:
Iob1 = Pmax / Ueff
Iob2 = Pmax2 / Ueff2

По той же формуле рассчитывается значения тока вторичной обмотки для определения диаметров проводников обоих обмоток. Но если с мощностью и током обмоток ИТ все понятно, то что такое эффективное напряжение и, где взять его значение становится не сразу ясно.

2 этап

  • Вторым шагом расчета диаметра высчитываются эффективные напряжения обоих обмоток:
Ueff = Uном1*0,707
Ueff2 = Uном2*0,707, где
  • Ueff, Ueff2 – требуемое для расчета диаметра эффективное напряжение обмоток первичной и вторичной;
  • Uном, Uном2 – максимальные значение напряжения обмоток;
  • 0,707 – числовой расчетный коэффициент для правильности расчета;

3 этап

  • Третий шаг, он же заключительный для расчета диаметров проводников обмоток импульсных трансформаторов проводив по формулам:
Dp1 = 1.13 * √ (I1/ Jа)
Dp2 = 1.13 * √ (I1/ Jа), где

Ну в этих формулах уже все прозрачно и просто.

  • Единственное значение Jа – ранее не было озвучено или известно. Это значение плотности тока в А/мм2. Его значение зависимо от потребляемой мощности расчетного ИТ, других опытных параметров оборудования, но чтобы не погружаться в физические процессы трансформации энерго агрегата, значение плотности опубликовано в справочной литературе вместе с номиналами мощности.
  • Dp2 – расчетный диаметр проводников обмоток;
  • I1 – расчетный ток обмоток по максимальному значению

Числовые коэффициенты и квадратные корни в формуле после подстановки значений дают величины диаметром проводников по первичные и вторичные обмотки импульсного преобразователя.

Как правильно намотать импульсный трансформатор своими руками

Если есть желание сделать своими руками импульсный трансформатор, а может быть и весь импульсный источник питания, лучше всего провести тренировку по этой затеи попробовав правильно намотать обмотку трансформатора с кольцевым сердечником.

Если с помощью электротехнической компьютерной программы в несколько минут удается получить точные значения величин, параметров, позволяющих правильно собрать импульсное преобразующее и питающее оборудования, то возможность проведения расчетов в ручную, по формулам и техническим справочникам увеличивает время получения результата значительно, плюс в момент расчета, самостоятельного получения информации электронного оборудования с большой вероятностью может привезти к совершению мелкой неточности или ошибки, которая в итоге приведет к полной неработоспособности ИИП. Получается автоматизация подобных процессов делает их проще, точнее, а главное исключает погрешность человеческого фактора в электронике.

К намотке обмоток импульсного трансформатора своими руками не стоит подходить легкомысленно. В этом процессе нет ничего сложного, но в нем нельзя допустить неравномерного распределения проводников обмотки, что в результате приведет или к снижению мощностных характеристик трансформатора, или к его полному выходу из строя. Прежде, чем начать проводить намотку стоит ознакомится с теорией намотки провода, технологии расчета и выбора материалов обмотки и сердечника, а после учитывать их для всех типов сердечников ИТ.

Простая намотка

Простая намотка обмоток импульсного трансформатора в бытовых условиях своими руками имеет название «виток-к-витку». Ее вполне можно применять для двух обмоточных (первичная и вторичная обмотка в одном варианте) трансформаторов с ферритным кольцевым, стержневым сердечником. В эти устройствах явно выделена первичная обмотка, а вторичная не имеет средней точки, исполнена в единственном экземпляре, без подключения дополнительных устройств.

Сложные модели

Более сложные модели преобразователей имеют подключение выпрямительных мостов к контактам вторичной обмотки или две вторичные обмотки, среднюю точку в сердечниках таких устройств и требуют к себе более сложной технологии бытовой намотки провода обмоток.

Трансформатор своими руками

Характеристика процесса

Проводить намотку провода обмоток своими руками не так уж и сложно, но потребует большого терпения, усидчивости, настойчивости и немалой аккуратности. Прежде чем уверенно наматывать проводники первичной и вторичной обмоток ИТ потребуется несколько длительных по времени практических тренировок наматывания провода на корпус сердечника.

Ведь процесс намотки сопровождается не только необходимостью поддерживания техники наматывания проводника, но и контролем значения количества витков в реальной намотке обмоток ИТ, изолирование магнитопровода от проводников обмотки, соблюдение умеренного давления провода на материал изоляции без допуска ее прорыва и повреждений.

Самым лучшим практическим опытом, который позволяет уверенно производить намотку проводника обмоток ИТ своими руками – это проектирование, расчет и сборка кольцевых импульсных трансформаторов.

Сложность выполнения намотки провода обмотки тороидального трансформатора обеспечивает получение уверенного навыка намоточного процесса хотя бы в один слой и виток к витку. Значение количества намоточных витков на практике не должно превышать расчетную величину витков обмотки, полученное по формуле из справочной информации. Однако для бытового ИТ и намотки его проводников обмоток допускается выдерживать дельту в этих величинах до 20%, которая позволяет уверенно вести процесс создания импульсного устройства радиолюбителям в бытовых условиях, работающего корректно в составе источника питания.

На ферритное кольцо импульсного трансформатора перед наматыванием провода обмотки устанавливается изоляционное кольцо, тем самым предотвращающее пробой электричества между первичной и вторичной обмотками и магнитопроводом устройства.

Схема импульсного трансформатора для сборки своими руками

Необходимые материалы

В качестве материалов изоляции сердечников при намотке провода в быту рекомендуется использовать:

  • Пленку из лавсана, электротехнический картон, плотную бумагу;
  • Многие стеклоткани, лакоткань.

Если мощностные параметры ИТ диктуют исполнение проводка обмотки в диаметре не меньше 2 миллиметров и выше, для его изоляции от сердечника преобразователя успешно применяют киперную ленту.

Важно! Процесс намотки провода обмоток импульсного кольцевого трансформатора своими руками необходимо вести так, чтобы каждый последующий намоточный виток ложился внахлест предыдущего с наружи сердечника.

Многие радиолюбители-самоделкины любят использовать в виде изоляционного материала сантехническую ФУМ ленту (фторопластовый материал). Свойства диэлектрика у нее хорошие бесспорно, стоимость экономически оправдана больше, чем у ленты киперного типа, но один недостаток такого материала может целиком весь процесс намотки проводника обмотки трансформатора – дело в том, что при большим мощностях, с повышенным  диаметром, в намоточном состоянии проводник может испытывать сильное давление на фум-изоляцию и повредить ее на отдельных участках. Избежать такого позволит подкладка между лентой фторопласта и магнитопроводом электрокартона или плотной бумаги.

Намотка проводников обмотки может производится на специальных самодельных станках или с применением непрофессионального инвентаря, который тем не менее способен ускорить и упростить процесс намотки обмоток. Такой инструмент зовется «кольцо-крючок». Изготавливается ручным методом из жесткой стальной проволоки, с одного конца которого сгибается полукольцо крюк, а другой кончик несколько заостряется.

Бытовая намотка двух полярных инверторов, где вторичные обмотки, имеют среднюю точку в конструктивном исполнении, увеличенную сложность расчета и изготовления в кустарных условиях рассмотрению в этом обзоре не будем. Это тема отдельной статьи.

Как рассчитать Ш – образный сердечник

Сердечник импульсного трансформатора Ш-образной формы, аналогично П-образному представляет собой разборную конструкцию из ферромагнитной спрессованной, шихтованной стали. Видовое разнообразие делит Ш-образную конструкцию магнитопровода по типу сечения его средней точки:

С прямоугольным сечением

Сердечники прямоугольной формы используются в трансформаторах импульсного напряжения высокочастотного типа – пределы рабочей частоты в них достигают значения 100 кГц

Минимум витков проводника, большое полное сопротивление в обмотке преобразователя этого типа, действуют совокупно на уменьшение потери мощности устройства и индуктивности рассеяния.

Прямоугольный магнитопровод имеет в составе конструкции две Ш-образные части и одну замыкающую часть – пластину. Для расчета величин прямоугольного трансформатора можно пойти долгим лабораторно-математическим методом, выясняя величины сечения всех трех частей магнитопровода, линии магнитной длины, выполняя расчет индуктивности катушки сердечника из формул технических справочников,  а возможно использовать программные сервисы расчетов, ранее созданные компетентными техническими специалистами и позволяющими по трех габаритным размерам и виду сердечника трансформатора произвести расчеты остальных величин.

Ш - образный сердечник

Кто не доверяет высоким технологиям программного обеспечения может идти любой дорогой в этом формате, но ручной расчет трудоемок, продолжителен и подвержен мелким возможным ошибкам, которые могут испортить основы расчета импульсных трансформаторов.

А применяя программу расчета преобразователей импульсного напряжения в процессах проектного расчета ИТ сократится время математического расчета, оптимизируется выбор материалов, других данных, улучшится общий тонус всех проектных работ в этой теме. К тому же использование нескольких аналогичных программ под один исходник позволит убедится в верности величин расчетов магнитопровода.

С круговым сечением

Такое формирование центрального керна магнитопровода определяет его конструктив в виде двух одинаковых половинок сердечника, с одинаковой средней точкой цилиндрической формации. Применение этой формы и сечения в ИИП в качестве питания промышленных приборов релейной защиты и автоматики, строчных трансформаторов с пределами частот от 1 до 100 кГц. Тоже являются высокочастотными устройствами преобразования энергии.

Правильный и оптимальный расчет Ш-образного сердечника как круглого сечения, так и любого другого, но Ш-образной формы состоит в деление силовой линии магнитного поля на линейные и угловые участки с размерами в сантиметрах. Далее расчеты идут врозь:

  • Ручной расчет по полученным данным или добытым данным путем проведения замеров, расчетов по формулам, сравнением с значениями из справочников, аналитика разночтений и применение вывода в зависимости от результата;

Ш-образный сердечник с круговым сечением

  • Автоматизированный расчет типа сердечника, зная три величины исходных данных преобразователя. Программа качается или устанавливается на ПК или ноутбук и в оффлайн режиме помогает провести методику тестов и испытаний электроустановок в значительно короткие сроки, аналитику выслать тут же с предварительным выводом действий. Один софт может вызывать подозрения сказочности программы, но Расчетная программа импульсных источников питания/Трансформаторов и другое любой фирмы или производителя, совместно с парой аналогов таких расчетов дадут понимание о правильности действий, решений, выводов.

То есть теперь возможно легко и просто рассчитать любой Ш-образный сердечник, зная габаритные типа-размеры сердечников по длине, ширине и высоте, какие объекты он будет запитывать – резонно так или иначе задается в момент обсуждения и покупки оборудования.

Оптимизированные расчеты улучшать работу проектных расчетных отделов, без потери качества продаж для них, условившись – софт сторонний, и точный автор разработки его неизвестен.

Как перемотать готовый высоковольтный трансформатор

Устройство высоковольтного преобразования класса напряжения импульсного типа по своему устройству, принципу работы недалеко ушло от силового трансформатора напряжения, который используется в энерго системах в качестве понижающего узла величины напряжения в конкретно установленных номиналов в зависимости от территориальных условий.

Высоковольтный трансформатор (ВВ) производит работу по преобразованию высоковольтного напряжения в низковольтное, с целью обеспечения электропитанием всех зафиксированных документально бытовых и производственных объектов. Режимы работы ВВ трансформатора импульсного напряжения при необходимости выполняет функции преобразования энергии в обратной последовательности (из НН сделать ВН), штатно обеспечивая питание электроприборам и механизмам. Универсальность трансформации положительный момент в работе агрегата в целом.

Его уникальным фактором становится величина объема намотанного проводника на первичной обмотке, и обратная конструкция обмоток если требуется обратное преобразование напряжения из НН сделать ВН.

Деление ВВ устройств преобразования

Оно проводится по:

  • Количеству фаз в целом по электроустановке (220В и 380В);
  • Допуску погрешностей установленного норматива для всех актов и официальных ведений рекламаций;
  • Основному способу установки (внутренний или наружный монтаж);
  • Количеству обмоток внутри ВВ преобразователя (2-х/3 -х/ 4-х);
  • Основное назначение устройства трансформации (общего назначения / специального назначения).

ВВ трансформатор

ВВ трансформаторы специального назначения нашли широкое применение во многих популярных бытовых приборах, вида:

  • Телевизоры и радиоприемники стационарно-бытового типа;
  • Мобильная связь автономного типа, мощных радиостанций;
  • Приборы быта (управляемые системы освещения и прочий быт)

Технический анализ характеристик ВВ трансформаторов представлены в значении маломощные электротехнические устройства, промышленной частоты в 50%, свойств установки.

Изоляция частей трансформатора высоковольтного напряжения обеспечивается компаундной заливкой эпоксидной смолой. В зависимости от того, где находит применение такое преобразовательное устройство высокого напряжения, у него меняется количество намоток проводников первичной и вторичной обмоток.

Узнав краткую информацию о новом импульсном трансформаторе высоковольтного класса напряжения, стоит вернутся к основному вопросу обсуждения этого устройства – возможно ли перемотать готовый трансформатор ВВ, как мотать проводники обмоток такого ИТ правильно и безопасно, и существует ли определенная методика таких действий. Все части вопроса в лаконичных шагах.

Предварительная подготовка

Прежде, чем приступить к решению задачи по перемотки обмоток трансформатора необходимо:

Провести измерение величины напряжения в сети 220 В, зафиксировать полученное значение из замера в рабочую тетрадь, далее произвести замер напряжения вторичных обмоток преобразовательного устройства. Полученные величины напряжения необходимы для мониторинга дельты между этими значениями, в связи с их прямой взаимосвязью. При низком напряжении основной сети будут происходить определенные процессы понижения величины напряжения вторичных обмоток, что в новом перемотанного устройстве сможет привести к необходимости усложнения его схемы, удорожания электрооборудования, повышения трудоемкости.

ТБ

Следующим шагом выступает принятие мер техники безопасности и защиты электросети и ее электропотребителей разного рода в зоне проведения перемотки обмоток трансформатора ВВ. Необходимо обеспечить наличие между сетевой вилкой и трансформирующим устройством некоего предохранителя в разрыве цепи питания. Простейшим устройством защиты от возможного возникновения самого опасного режима аварии – короткого замыкания, бросок величины тока которого в доли секунд может вывести из строя дорогостоящие энерго потребителей, может стать обычная лампочка на напряжение 70-90 вольт.

Лампочку накаливания необходимо подключить в разрыв провода цепи сетевой вилки и трансформатора ВВ. В случае, если после перемотки обмоток была допущена ошибка в коммутации обмоток энерго узла импульсного типа, при его подключении в бытовую сеть лампочка, играющая роль предохранителя, весь удар от КЗ будет принимать на себя, тем самым защитив остальные электроприемник (ЭП). В случае правильности сборки и перемотки ИТ – лампочка просто пропустить через свою цепь энергию от сети к трансформатору. Если перемотка обмоток преобразователя ВВ ведется на уровне производства – реализация предохранителя проходит в более профессиональном, лабораторно-стендовом подключении к защищенной сети тестируемого оборудования.

измерение величины напряжения в сети 220 В

Проверка обмотки

Проверка наличия намотки объемов проводника на первичной обмотке оборудования от заводов производителей. С целью экономической выгоды, экономии затраченных средств, поставщик преобразующего энерго узла часто уменьшает нормативное количество витков провода на первичной обмотке трансформатора. Такой подход повышает индукцию сердечника устройства, перенасыщает его магнитным полем, что вызывает побочные эффекты при номинальной эксплуатации преобразователя.

Гудение, сильный нагрев элементов корпуса и внутренних узлов, большой ток холостого хода оказывают отрицательное влияние на величину выходного напряжения трансформатора, снижает качество его функционала. Отсюда при выполнении перемотки следует устранять нехватку провода на первичной обмотке устройства, обеспечив ему оптимальные условия работы.

Изолирование

В обязательном порядке после перемотки обмоток, в момент сборки трансформатора необходимо изолировать диэлектриками все стяжные и крепежные элементы энерго агрегата ВВ от пластин магнитопровода. Необходимость выполнения обусловлена исключением пробоя между двумя токопроводящими частями оборудования. В формате этих же действий стоит провести плотную сборку пластин сердечника, чтобы не допустить зазоров между ними. При неправильных действия разборки и сборки пластин и частей магнитопровода возникает главный негатив – сбой работы конечного электропотребителя, подвергают опасности человеческие жизни персонала.

Проверка наличия намотки объемов проводника на первичной обмотке оборудования от заводов производителей.

Разборка и сборка

Важным и ответственным действием является сам процесс перемотки обмотки готового трансформатора высокого напряжения. Стоит обращать повышенное внимание на текущий уровень заполненности магнитопровода витками провода на обмотке. Как можно точно оценить количество витков на обмотках, диаметр и сечение проводника. От этих данных подбирать магнитопровод для перемотки таким образом, чтобы все витки со старого сердечника поместились на новом.

Разборка и сборка корпуса оборудования и его сердечника тоже должна проходить безопасно, плавно и аккуратно. Если разбор магнитопровода не сможет за собой повлечь негативные последствия дальнейшей работы энерго установки, то сборка нового магнитопровода внесут серьезные негативные изменения. Проведение непрофессиональной сборки трансформатора, или без ответственные действия по техники безопасности в этот момент прежде всего ставят под угрозу человеческую жизнь. К тому же в таких режимах возможно увеличение вихревых токов в элементах трансформатора высокого напряжения, рост тока холостого хода оборудования, а он прямо пропорционален потери мощности на выходе трансформатора ВВ. Итого очевиден – неподготовленные, неправильные

Витки

Количество витков вторичной обмотки узнается, не разбирая трансформатор. Такой процесс меняет свой функционал от типа сердечника. В тороидальном трансформаторе посчитать количество витков наиболее просто. Изолированный проводник наматывается на кольцо тороида поверх всех обмоток в несколько витков, подключается питание и с помощью мультиметра производится замер величины напряжения этих витков. Значение витков на вольт получаются математическим делением и сведением числа витков к 1 вольту.

После значение витков на единицу вольта умножается на требуемое напряжение вторичной обмотки – получается искомое количество витков для перемотки на новый сердечник. Ш-образный сердечник аналогичный вариант подсчета сможет применить, если будет иметь зазор между сердечником и катушкой. В него и после вокруг катушки обматывается изолированный провод и в том же формате считается значение.

Проведя дополнительную работу с определением, точным определением первичной обмотки, получению величины ее напряжения, обнаружение контактных выводов на перематываемых трансформаторах, проведя весь процесс подготовки, разборки, перемотки, обратной сборки элементов вторичной обмотки можно получить навык подбора трансформатора в любых технических параметрах и единицах.

Простой онлайн-калькулятор

Расчеты многих значений и величин импульсных трансформаторов, их анализ, использование величин в расчетных формулах, получении выводов в ручных режимах носит трудоемкий характер выполнения. Особенно, если это уже не самообучения с интересом и энтузиазмом выполнения нужных процессов, а необходимая рутинная работа в большом количестве – стоит быстро задуматься над решением проблемы.

Таким решением многие публичные площадки по электронике и радиолюбительским собраниям выбрали самый простой, но автоматически выдающий значения заданных параметров калькулятор онлайн. Принцип его действия в самой простоте и предоставлении максимально быстро нужных данных.

В сети оффлайн программ электротехнического типа очень много, онлайн формата в свободном доступе поменьше, но оптимальный по скорости отклика, простоте задания исходных данных, снятия полученных величин, калькулятор онлайн доступа.

Доступ к авто расчетам идет по ссылкам в онлайн режиме, как и получение данных, а примерный внешний вид выглядит следующим образом:

Схема

Визуально это табличная программа со всеми подобранными величинами ИТ помогающая быстро и качественно провести расчет импульсного трансформатора. Как один из примеров для понимания сетевого сервиса работы является один из многочисленных онлайн калькуляторов расчета преобразователей напряжения: «Простой калькулятор онлайн».

Дополнительные формулы параметров

Иногда расчет импульсного трансформатора необходимо, а основные значения и величины для этого недоступны по множеству причин, большая из которых не подлежит восстановлению. В таком случае рассчитать ИТ возможно если задействовать значения дополнительных параметров преобразователя в текущий расчет. Рассмотреть хочется два самых популярных дополнительных параметра с расчетными формулами:

Габаритная мощность

Понятие заключается в определении электрической величины мощности импульсного трансформатора из значений габаритных параметров. Узнать мощность ИТ достаточно просто по величине сечения магнитопровода. Даже если все главные параметры получить не удается в силу невозможности проведения измерений, отсутствия технической документации и прочих проблем, но при этом знать величину мощности трансформатора необходимо – обращаются к значениям и размерам сечения сердечника ИТ. Ошибочная погрешность в определении данных электрической мощности достигает уровня 55%.

Процент очень высокий, спору нет, но в критических случаях и такие данные смогут оказать действенный результат на продолжение расчета и проектирования, сборки импульсного энерго агрегата. Погрешность велика еще потому что мощность преобразователя зависима от громадного количества электротехнических, магнитных, размерных и других величин и параметров: сечение провода намотки, окно сердечника, индуктивность магнитопровода, токи номинальные, токи холостого хода, величина напряжение сетевого и вторичной обмотки, конструктивная разница сердечников разных типов, материалы магнитопроводов, помехи, вихревые токи. Перечисление всех параметров займет большое количество времени, которое не стоит того.

Снижение величины габаритной мощности происходит с уменьшением величины стоимости самого трансформатора. Следовательно основная формула для определения величины мощности по минимальным параметрам магнитопровода строится как отношение:

Pгаб = Bx*S2 / 1.69

Где:

Pгаб – величина габаритной мощности оборудования;

Bx – индукция, в Тесла – справочное значение;

S2 – сечение магнитопровода в см2;

1.69 – расчетная величина коэффициента.

Значение индукции всегда можно найти в справочной литературе, зная материал магнитопровода или несколько других параметров, сечение замеряется от реального на руках трансформатора.  Пользуясь этой формулой, можно искать значения и параметры в обратном порядке. К примеру, если мощность, наоборот известна, и нет полного понимания о магнитопроводе, его частях и прочих моментах, воспользовавшись школьной программой проводят расчет величины сечения магнитопровода.

Эффективный ток

Электроэнергетика энергоэффективным током называет – установленное действующее значение переменного тока.

Преобразователь напряжения импульсного типа в своем составе имеет первичную и вторичную обмотку. Ведя диалог о величине эффективного тока этих обмоток, стоит начать с понимания формул номинального тока каждой из них:

I1 = P2 / U1
I2 = P2 / U2

Где:

  • I1 – значение тока первичной обмотки ИТ, А
  • I2 – значение тока вторичной обмотки ИТ, А
  • P2 –значение мощности вторичной обмотки в момент прохождения импульса, Вт
  • U2 – значение напряжения вторичной обмотки в момент прохождения импульса, В
  • U1 – значение напряжения вторичной обмотки в момент прохождения импульса, В

Выходит, что значения тока определяются исходя из условия, что потери в проводниках этих обмоток при протекании через них коротких импульсов тока обусловлены не только значением обмоточного сопротивления, но и подвержены эффекту слияния токов наводки в них. Такие значения токов в обмотках ИТ называются эффективными значениями тока или действующими номиналами в них. Токи первичной и вторичной обмотки в момент импульса равны между собой.

Для первичной и вторичной обмотки

С учетом вышесказанного, а также оценив, рассмотрев многие процессы импульсного источника питания, эффективные токи первичной и вторичной обмотки ИТ могут быть представлены в расчет следующей формулой:

IЭФ1 = I1* √ (F1* ty * KH * KП1)
IЭФ2 = I2* √ (F1* ty * KH * KП2)

Где:

  • IЭФ1, IЭФ2 – значения эффективного тока первичной и вторичной обмотки трансформатора;
  • I1, I2 – значения тока первичной, вторичной обмотки, А;
  • F1 – частота с которой движется импульс, Гц;
  • ty – время прохождения импульса, с;
  • KHкоэффициент токовых наводок в проводниках обмоток для прямоугольных импульсов. Для ИТ равен = 2,8;
  • KП1 и KП2 – коэффициенты эффекта слияния токов наводки в проводниках первичной и вторичной обмотки;

Для первичной обмотки значение 1,6;

Для вторичной обмотки значение 1,4.

Ток импульса и накала

Есть случаи, когда вторичная обмотка ИТ пропускает через себя одновременно и величину импульсного тока, и ток накала. Сумма токов импульса и накала во вторичной обмотке в таком случае рассчитывается по формуле уравнению:

IЭФОБЩ=√I2ЭФ1 + I2ЭФ2

Объемный обзор коснулся многих разделов импульсных преобразователей и источников питания, стараясь рассказать не только о расчете трансформирующих устройств, а смог осветить доступным языком устройство, основные принципы работы электронного оборудования, коснулся частично проектирования, создания и сборки блоков питания импульсного типа.

Целью статьи были не сухие формулы и цифры, а передача содержательного, структурированного массива информации из электронной науки.

Добавить комментарий
Adblock
detector