Импульсный мощный трансформатор: . . . . Online. -. . .

Содержание

принцип работы, виды и расчёт

Импульсные трансформаторы (ИТ) являются востребованным прибором в хозяйственной деятельности. Часто  устанавливают в блоки питания бытовой, компьютерной, специальной техники. Импульсный трансформатор своими руками создают мастера с минимальным опытом работы в области радиотехники. Что это за устройство, а также принцип работы будут рассмотрены далее.

Область применения

Задача импульсного трансформатора заключается в защите электрического прибора от короткого замыкания, чрезмерного увеличения значения напряжения, нагрева корпуса. Стабильность блоков питания обеспечена импульсными трансформаторами. Подобные схемы применяются в триодных генераторах, магнетронах. Импульсник применяется при работе инвертора, газового лазера. Данные приборы устанавливают в схемах в качестве дифференцирующего трансформатора.

Радиоэлектронная аппаратура основана на трансформаторной способности импульсных преобразователей. При использовании импульсного блока питания организовывается работа цветного телевизора, обычного компьютерного монитора и т.

д. Помимо обеспечения потребителя током требуемой мощности и частоты, трансформатором выполняется стабилизация значения напряжения при работе оборудования.

Видео: Как работает импульсный трансформатор?

Требования к приборам

Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.

Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.

Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.

Принцип работы

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

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

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

  • Тороидальный.
  • Броневой.
  • Стержневой.
  • Бронестержневой.

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

  • Спиральные.
  • Цилиндрические.
  • Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Преимущества

Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.

Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:

  1. Малый вес.
  2. Низкая цена.
  3. Повышенный уровень КПД.
  4. Расширенный диапазон напряжения.
  5. Возможность встроить защиту.

Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.

Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.

Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками. Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.

Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.

Разновидности материалов

Представленное оборудование изготавливается из различных материалов. Создавая блоки питания представленного типа, потребуется рассмотреть все возможные варианты. Применяются следующие материалы:

  1. Электротехническая сталь.
  2. Пермаллой.
  3. Феррит.

Одним из лучших вариантов является альсифер. Однако его практически не найти в свободной продаже. Поэтому, желая создать оборудование самостоятельно, его не рассматривают в качестве возможного варианта.

Чаще всего для создания сердечника применяется электротехническая сталь марок 3421-3425, 3405-3408. Магнитно-мягкими характеристиками известен пермаллой. Это сплав, который состоит из никеля и железа. Его легируют в процессе обработки.

Для импульсов, интервал которых находится в пределах наносекунды, используется феррит. Этот материал имеет высокое удельное сопротивление.

Расчет

Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.

Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:

П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².

Далее можно просчитать минимальное количество витков:

На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:

Д = 78/181 = 0,43 мм.

Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:

ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.

На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.

Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.

От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.

Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.

cxema.org — Мощный импульсный блок питания 12В 40А

Такое устройство недавно заказали из местного магазина. Устройство предназначено для запитки стенда сразу с 30- ю автомобильными магнитолами. Ясное дело, если прикинуть, то одна магнитола будет потреблять порядка 1 Ампер тока, это просто если она включена, но если запустить на полную громкость, то потребление одной магнитолы будет в районе 7-8 Ампер.

30 магнитол по 1 А это уже 30 Ампер, а при напряжении 12 Вольт мощность блока питания должна быть не менее 350-400 ватт. Поскольку финансы были ограничены, то собрать такое дело с сетевым трансформатором на 400 ватт крайне не выгодно, вот и решил замутить импульсную схему. Одна из самых простых вариантов построена на высоковольтном полумостовом драйвере IR2153, не смотря на простоту сборки, такой блок питания может обеспечить заданную мощность. 

Затраты на компоненты не превосходят 10$, при этом блок получился минимальных размеров.

На входе питания построен сетевой фильтр, предохранитель. Термистор сохраняет полевики от бросков напряжения во время подачи питания. Диодный мост построен на 4-х выпрямителях 1N5408, это 3-х Амперный диод с обратным напряжением 1000 Вольт. Конденсаторы 200В 470мкФ — сняты от компьютерного блока питания. Заменой емкости можно поднять или снизить мощность блока питания в целом. Не смотря на то, что нагружал блок питания почти до максимума, но ключи были полностью холодными за 3 минуты работы.

Сами ключи через изоляции укреплены на общий теплоотвод небольших размеров. Отдув осуществляется кулером, который питает отдельный бп на 3 ватта, такой блок был снят из светодиодного светильника. Такое решение обусловлено тем, что в случае запитки кулера от общей шины 12 Вольт, может образоваться фон, а это в свою очередь приводит к искажениям, если к блоку подключена автомагнитола. 
Трансформатор пришлось мотать с нуля.

Сердечник был взят из компьютерного блока питания. Все промышленные обмотки нужно убрать и мотать свою. Сетевая обмотка состоит из 40 витков провода 0,8мм. Вторичная обмотка намотана шиной из 7жил провода 0,8 мм, обмотка состоит из 2х3 витков. На выходе стоит сдвоенный диод шоттки 2х30А, теплоотводом для него служит корпус блока питания, а сам корпус был взят из компового БП.

Ограничительный резистор для запитки микросхемы нужен мощный (2 ватт) в процессе работы он может немножко перегреваться, номинал может отклониться в ту или иную сторону на 10%.  

В итоге получился очень мощный блок питания, который уже неделю питает стенд с автомагнитолами, работает 12 часов в сутки без перерывов. 

С уважением — АКА КАСЬЯН

Намотка импульсного трансформатора своими руками

Часть 1

Пролог

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. Рисунок 1 — Вот такой трансформатор на 2 кВт для Н-моста у нас получится в итоге

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.

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 Фуко 4) свойства материала не должны сильно изменяться при внешнем воздействии: механические усилия (сжатие или растяжение), изменение температуры и влажности. 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.

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 кратцезазор 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: Рисунок 4 — Ферритовый сердечник Е70/33/32 из материала 3С90 (чуть лучший аналог N87) 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) обмотки

Мотаем 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 каркас Намотку 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 окончена Стадия 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 3

Источник: https://habr.com/post/358318/

Небольшой ликбез по намотке импульсных трансформаторов. — Лада 2109, 1.6 л., 1988 года на DRIVE2

Как видно из пред идущего блога я собираю слабенький усилитель на 100ват, и многие просили поподробнее рассказать как мотать эти трансформаторы)Обьект намотки кольца 45х28х8 проницаемость Н1500М в моем случае 4ре штуки.

Обьясняю почему… Забиваем в программу кольцо 45х28х8 и видим что габаритная мощность его одного всего 500 жалких ничтожных ватт… а выход прост берем 2 кольца притираем их друг к другу чтоб небыло зазоров и без клея скремляем их вкруговую изолентой.ВСЕ!Далее в проге вбиваем уже кольцо 45х28х16 и видим габаритную мощность 1000ватт.

Далее пишем проге че хотим то собственно от него в моем случае хочу 85 вольт и 1кВт.Выбираем как будет выпрямляться под свои нужды и тыкаем рассчитать.

  • Получаем резззззз и собственно берем проволку медную и вперед к намотке смотрим ниже=)

Затарился кольцами и деталями на пн

Вот так они будут располагаться

Притираем 2 кольца и скрепляем изолентой без клея!

Обматываем кольца (кто чем хочет хоть скотчем) в моем случае стекловолокно

По программе нам нужно 4 витка первичной обмотки. Берем кусок проволоки наматываем 4ре витка отмеряем длинну выводов отрезаем сматываем и по этой длинне наматываем на каком либо каркасе нужное нам число жил

отрезал померял

для каждоко кольца наматывал на оправку по две косы по 26 жил в каждой. Далее снимаем 26 жил с оправки немножко их скручиваем и матаем 4ре витка одной и рядышком 4ре витка другой

Сново обматываем туалетной бумагой

в итоге получаем такую картину намотана первичка епли 2 часа

Далее по верх мотаем вторичку снача делаем один виток замеряем его длинну 8,5см умножаем на число витков в моем случае 33 делаем оправку на 2,8 метра длинной в моем случае это 2 самореза между столами.

наматываем сразу 6 жил потом мультиком сфазируем. Делим 33 на 4 и примерно чюхаем на четверть кольца запихиваем 8 витков. наматываем 33 витка скрепляем в конце кто соплями кто приморозит я стекловолокном.

Источник: https://www.drive2.ru/l/6421531/

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.

  1. 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.

  1. Намотка импульсного трансформатора.
  2. 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.

  1. Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.
  2. Далее надеваем сверху несколько сантиметров термоусадки и подогреваем.
  3. 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.

Источник: http://audio-cxem.ru/stati/raschet-i-namotka-impulsnogo-transformatora.html

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор?

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки.

Речь пойдёт о «ленивой намотке». Это когда лень считать витки. https://oldoctober.com/

Близкие темы.

  • Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?
  • Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
  • Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра.

Оглавление статьи.

Выбор типа магнитопровода

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. https://oldoctober.com/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

  1. На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
  2. Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
  3. D – внешний диаметр кольца.
  4. d – внутренний диаметр кольца.
  5. H – высота кольца.
  6. В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
  7. Пример: К28х16х9
  8. Вернуться наверх к меню.

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

  • Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:
  • 242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
  • 341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).
  • Индукция.
  • Определяем примерную величину индукции по таблице.
  • Пример: М2000НМ – 0,39Тл.
  • Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты

Параметр Марка феррита
6000НМ 4000НМ 3000НМ 2000НМ 1500НМ 1000НМ
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,005 0,1 0,2 0,45 0,6 1,0
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл 0,35 0,36 0,38 0,39 0,35 0,35

Никель-цинкове ферриты

Параметр Марка феррита
200НН 1000НН 600НН 400НН 200НН 100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,02 0,4 1,2 2,0 3,0 30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл 0,25 0,32 0,31 0,23 0,17 0,44

Вернуться наверх к меню.

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации.

Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях.

Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Вернуться наверх к меню.

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?

Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален «Используемой мощности трансформатора».

Вернуться наверх к меню.

Особенности намотки импульсных трансформаторов

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

  1. Что для этого нужно?
  2. Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.
  3. Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.
  4. Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.
  5. 1 – кольцевой сердечник.
  6. 2 — прокладка.
  7. 3 – витки обмотки.
  8. D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

  • Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.
  • По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.
  • Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.
  • w = π(D – 10S – 4d) / d, где:
  • w – число витков первичной обмотки,
  • π – 3,1416,
  • D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
  • S – толщина изолирующей прокладки,
  • d – диаметр провода с изоляцией,
  • / – дробная черта.
  • Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.
  • Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?
  • Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.
  • ● Мощность – 50 Ватт.
  • Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
  • Провод – Ø0,35мм.
  • D = 16мм.
  • S = 0,1мм.
  • d = 0,39мм.
  • w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).
  • Реально поместилось – 114 витков.
  • ● Мощность – 20 Ватт.
  • Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
  • Провод – Ø0,23мм.
  • D = 16мм.
  • S = 0,1мм.
  • d = 0,25мм.
  • w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).
  • Реально поместилось – 176 витков.
  • ● Мощность – 200 Ватт.
  • Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.
  • Провод – Ø1,0мм.
  • D = 24.
  • S = 0,1мм.
  • d = 1,07мм.
  • w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).
  • Реально поместилось 58 витков.
  • В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.

Вернуться наверх к меню.

Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.

  1. При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.
  2. То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.
  3. Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.
  4. В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.
  5. При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.
  6. Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.
  7. Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.
  8. Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.
  9. При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.
  10. Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.

Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

Пример

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

Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!

Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.

Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.

Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.

Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.

Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).

Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.

Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.

Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток.

Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток.

Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.

  • Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.
  • На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.
  • Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы

Вернуться наверх к меню.

21 Март, 2011 (11:33) в Измерения, Источники питания, Сделай сам

Источник: https://oldoctober.com/ru/pulse_transformer/

Сборка и наладка импульсного блока питания на ir2153 ir2155 своими руками

СБОРКА И НАЛАДКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА IR2153 IR2155

    Практическую часть статьи рассмотрим на примере схемы №2 первой части сатьи и чтобы не перепрыгивать туда-сюда расположим здесь принципиальную схему данного блока питания:

Принципиальная схема импульсного блока питания на микросхеме IR2153 (IR2155)

    Начинать сборку все равно с чего — либо с монтажа элементов на плату, либо с изготовления моточных деталей. Мы начнем с монтажа, поэтому лучше изучить чертеж расположения деталей повнимательней, к тому же некоторые элементы отличаются от предложенных на принципиальной схеме.     Например номиналы резисторов R16 и R18 отличаются чуть ли не в полтора раза.

В данном случае номиналя этих резисторов не принципиальны и могут располоагаться в пределах от 33 кОм до 100 кОм, поскольку служать прежде всего для разрядки конденсатора С4 при снятии напряжения питания. Второстепенную роль, которую они выполняют, это формировании виртуального нуля, т.е.

создания половины первичного напряжения, что немного предпочтительней простого соеднинения С13 и С14 с шинами питания.

    Резисторы R14 и R17 — формируют небольшую задержку немного увеличивая время реакции системы защиты. Номиналы этих резисторов могут располагаться от 33 Ом до 180 Ом.

Расположение деталей импульсного блока питания

        С13 и С14 — предназначены для развязки по постоянному напряжению обмотки трансформатора, на схеме 1 мкФ, на плате 2,2 мкФ.

При частоте преобразования 60 кГц реактивное сопротивление конденсатора на 1 мкФ будет составлять Хс = 1 / 2пFC = 5,3 Ома, учитывая то, что по «схемному» вариант по переменному напряжению получается паралельное соединение, т.е. получается 2 мкФ, то реактивное сопротивление составит 2,7 Ома.

При протекании через это сопротивление тока в 2 А на конднесаторе будет условное «падение» напряжения всего в 2,7 Ома х 2 А = 5,4 В, что составляет 1,8 %. Другими словами выходное напряжение блока питания будет изменяться менее чем на 2 % под нагрузкой и без нее за счет реактивного сопротивление конденсаторов.

При использовании конденсаторов на 2,2 мкФ в качестве С13 и С14 реактивное сопротивление составляет 1,2 Ома и под нагрузкой оно изменится на 0,8 %.

Учитывая то, что напряжениесети может колебаться до 7% и это считается нормой изменения в 0,8 — 2 % врядли кто заметит, поэтому можно использовать конденсаторы от 1 мкФ до 4,7 мкФ, правда в эту плату габариты емкостей на 4,7 мкФ уже не будут слишком велики.     Сопротивление R20 может колебаться в гораздо бОльших пределах, поскольку его номинал зависит от потребляемого вентилятором принудительного охлажедения и полученным в конечном итоге выходного напряжения.

    Сомнения в итоговом напряжении не напрасны, поскольку силовой трансформатор высокочастотный и имеет небольшое количество витков, а мотать дробные части витка довольно проблематично. Для примера рассмотрим случай, когда первичная обмотка составляет 17 витков.

Прилагаемое к ней напряжение равно 155 В (после выпрямителя на VD1 получается 310 В, следовательно половина напряжение питания и есть 155 В).

Воспользуемся пропорцией Uперв / Qперв = Uвтор / Qвтор, где Uперв — напряжение на первичной обмотке, Qперв — количество витков первичной обмотки, Uвтор — напряжение вторичной обмотки, Qвтор — количество витков вторичной обмотки и выясним, какие вторичные напряжения мы можем получить:

    155 / 17 = ? / 5, где «?» — выходное напряжение. Если во вторичной обмотке у нас будет 5 витков, то выходное напряжение будет составлять 45 В, если вторичка будет 4 витка, то выходное напряжение трансформатора составит 36 В.     Как видите получить напряжение ровно 40 вольт уже проблематично — нужно мотать 4,4 витка, а реальность показывает, что использовать обмотки не кратные половине витка довольно рискованно — можно намагнитить трансформатор и потерять силовые транзисторы.

    В конечном итоге после монтажа компонентов печатная плата блока питания приобретет следующий вид:

    На плате пока нет диодных мостов, силовых транзисторов, радиатров и моточных деталей, о которых сейчас и поговорим. При изготовлении импульсных блоков питания не стоит забывать о скин эффекте, который проявляется при протекании через проводник высокочастотного сигнала.

Смысл этого эффекта заключается в том, что чем выше частота переменного напряжениея, тем меньше протекает ток через середину проводника, т.е. ток как будто стремится выйти на поверхность. Отсюда и название SKIN -кожа, шкура.

По этому для высокочастотных трансформаторов необходимое от протекающего тока сечение получают методом сложения в жгут нескольких проводников меньшего диаметра, тем самым существенно снижая скин эффект и увеличивая КПД преобразователя.     Самым популярным способом сложения проводников является витой жгут.

Определившись с длиной провода, необходимого для обмотки (одинарным проводм мотают необходимое количество витков и добавляют к полученной длине еще 15-20%) необходмое количество проводов растягиваю на эту длину а затем при помощи дрели и воротка свивают в один жгут:

    Изготовление ленточного жгута более трудоемко — провода растягивают в непосредственной близости другу к другу и склеивают полиуритановым клеем, типа «МОМЕНТ КРИСТАЛЛ». В результате получается гибкая лента, намоитка которой позоволяет добится наибольшей плотности намотки:

    Перед намоткой ферритовое кольцо следует подготовить. Прежде всего необходимо закруглить углы, поскольку они с легкостью повреждают лак на обмоточном проводе:

    Затем необходимо кольцо изолировать, поскольку феррит имеет достаточно низкое сопротивление и в случае повреждения лака на обмоточном проводе может произойти межвиитковое замыкание. В середине, на азднем плане кольцо обмотано обычной бумагой для принтера, справа — бумага пропитана эпоксидным клеем, в середине спереди — наиболее предпочтительный материал — фторопластовая пленка:

    Так же кольца можно обматывать матерчатой изолентой, но она довольно толстая и существенно сокращает размер окна, а это не очень хорошо.

    Используя в качестве сердечника ферритовое кольцо обмотку необходимо равномерно распределить по всему сердечнику, что довольно существенно увеличивает магнитную связь обмоток и уменьшает создаваемые импульсным трансформатором электро-магнитные помехи:

    Осталось выяснить каким именно проводом нужно мотать, точнее какое должно быть сечение. В обычном трансформаторе напряженность в проводнике не должна превышать 2-2,5 Ампера на 1 квадратный милиметр сечения. Если середечник тороидальный, то это значение можно увеличить до трех ампер.

Импульные трансформаторы гораздо меньше своих пятидесяти Герцовых собратьев, у них лучше охлаждение, поэтому напряженность можно увеличить до 4-5 Ампер на квадратный милиметр сечения.

Однако данный совет актуален, и то весьма условно, для стабилизированных импульсных блоков питания, поскольку в не стабилизированном варианте уже начнет сказываться падение напряжения на обмотке под нагрузкой.

    Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что оптимальным вариантом напряженности получается 3-4 Ампера на 1 мм кв — и греется не сильно и падение на нем не слишком большое.     Для тех, кто запамятовал напоминалка:

    Площадь круга равна произведению числа Пи на квардрат радиуса, т.е. S = п • R • R. Для примера расчитаем какое нужно сечение при протекании тока через проводник величиной 7 А.

    В наличии имеется обмоточный провод диаметром 0,8 мм, 0,5 мм и 0,35 мм. Частота преобразования равна 70 кГц.

    В таблице смотрим, какой провод лучше использовать для данной частоты:

ЧАСТОТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР ОДНОГО ПРОВОДА ДЛЯ СБОРКИ ЖГУТА
40 кГц 0,65 мм
50 кГц 0,6 мм
60 кГц 0,55 мм
70 кГц 0,5 мм
80 кГц 0,45 мм
90 кГц 0,4 мм

    Согласно таблицы провод диаметром 0,8 мм отпадает, а вот 0,5 мм и 0,35 мм можно использовать. Сечение для первого провода получаем 0,2 мм кв, для второго 0,01 мм кв, следовательно через первый провод можно пропускать 0,6…0,8 А, а через второй 0,3…

0,4 А (умножаем площадь на выбранную напряженость).     Для выяснения количества проводов делим предполагаемый ток нагрузки в 7 А на максимальный ток одного провода и получаем 7 / 0,6…0,8 = 9…12 проводов диаметром 0,5 мм и 7 / 0,3…

0,4

Источник: http://soundbarrel.ru/pitanie/IR2153_03.html

Импульсный трансформатор, что это такое? Полное описание

Кратковременный импульсный режим работы некоторых электрических устройств служит для обеспечения генерирования больших величин мощности, а ее использование  в течение короткого промежутка времени называется импульсным режимом.

Мощные импульсные трансформаторы ТПИ, применяемые  для импульсных питающих источников служат для подачи электроэнергии во вторичные цепи.  Они выполняют функцию согласующего элемента между генератором первичной сети и потребителем импульсного напряжения. ИТ изменяет уровень и полярность формируемого импульса.

Они служат для создания обратной связи в контурах импульсного устройства, применяются для изменения импульса и формирования его в прямоугольную форму, обладающую величиной напряжения с постоянным периодом действия и наиболее крутым фронтом, что соответствует более широкой сфере применения.

Распределение электрических цепей в зависимости от постоянного и переменного значения тока.

Сфера применения импульсных трансформаторов

Основное предназначение ИТ – работа в импульсных устройствах – это: генераторы на триодах, магнетроны, газовые лазеры и прочая устройства. ИТ также используются в качестве дифференцирующих трансформаторов.

Сфера применения ИТ – это практически вся радиоэлектронная аппаратура, включая телевизоры и компьютерные мониторы, они обязательны для блоков питания импульсного типа. Одна из важных функций – применение для стабилизации выходного напряжения в режиме работы устройств.

Они служат для осуществления защиты от короткого замыкания потребителей в режиме ХХ (холостого хода) и защищают устройство от превышения значения напряжения или при перегреве корпуса прибора.

Основные требования
  1. Функциональность – определение значений всех электрических параметров (мощность, напряжение и вид импульса)
  2. Эксплуатационные требования – надежность и высокая перегрузочная способность, стойкость к механическим повреждениям и климатическому состоянию, повышенная электрическая прочность.
  3. Технико-экономические требования – малые габариты и небольшие потери, трудозатраты при изготовлении зависят от свойств, предъявляемых к сфере использования.

Общие конструктивные схемы и типы импульсных трансформаторов

Различие конструктивных форм продиктовано широким диапазоном использования, зависит от мощности, напряжения и вида форм протяженности импульса, предназначения и эксплуатационных требований.

Основные типы обмоток и импульсных трансформаторов – это:

  1. Стержневой ИТ.
  2. Броневой.
  3. Бронестержневой.
  4. Тороидальный.

Основной тип форм поперечного сечения – круговая или прямоугольная, аналогичная силовым трансформаторам.

Обозначения в схемах:

l – длина магнитной линии средней величины;

l1, l2– внутренняя и наружная протяженность (длина) короткой и длинной линии;

h– длины обмоток, цифровой индекс обозначает катушку,

h0 – ширина окна для стержневых и броневых схем и длина ярма для тороидальных МС.

Δ – толщина катушки, с цифровым индексом – толщина изоляционного материала между двумя обмотками.

А1, А2 толщина обмоток;

a, b, c – стороны сечения прямоугольного МС и диаметр круглого МС;

S и S1–геометрическая и рабочая площадь сечений МС;

ka – коэффициент наполнения сечения электротехнической листовой или ленточной сталью;

w – витки обмотки;

n–коэффициент трансформации;

λ – коэффициент использования протяженности МС.

 

Рис. №1. Конструктивная схема стержневого импульсного трансформатора.

Главная особенность импульсного трансформатора– небольшое количество витков в обмотках. Самыми экономичными считаются тороидальные ИТ, а менее всего – бронестержневые ИТ

 

Рис. №2. Схема обмотки броневого ИТ.

 

Рис. №3. Схема обмотки бронестержневого ИТ.

 

 

Рис. №4. Конструктивная схема ИТв виде торроида.

 

Рис. №5. Прямоугольное сечение ИТ поперечного плана.

 

Рис. №6. Поперечное сечение ИТ кругового типа.

 

Характерная особенность конструкции импульсного трансформатора

Основное свойство цилиндрической обмотки – невысокая индуктивность рассеяния. Обмотки отличаются простотой конструкции и прекрасной технологичностью. Они могут иметь различное число и расположение слоев и секций, отличаются схемами соединений. В конструкции используется трансформаторное и автотрансформаторное подключение обмоток.

Схема автотрансформаторного подключения используется в случаях, когда нужно снизить индуктивность рассеяния ИТ. Конструкция обмоток может состоять из нескольких слоев, они могут быть однос, и находиться на одном или на двух стержнях МС. Более часты в использовании однослойные обмотки, они простые в плане конструктивного устройства, отличаются большей надежностью. Индуктивность рассеяния достигается за счет наиболее полного использования длины МС обмотки, их располагают на 2-х стержнях.

Какие бывают обмотки
  1. Спиральные обмотки – соответствуют ИТ с минимальной индуктивностью рассеяния, рекомендованы к применению при автотрансформаторном включении. Их намотка осуществляется широкой и тонкой фольгой или токопроводящей лентой.
  2. Конические обмотки – служат для значительного уменьшения индуктивного рассеяния ИТ с малым увеличением емкости обмоток. Особенность – толщина изоляционного слоя между двумя обмотками, она пропорциональна напряжению между отдельными витками «первички» и «вторички». Толщина увеличивается от начала обмоток к концу в соответствии с линейным законом.
  3. Цилиндрические обмотки – обладают невысокой индуктивностью рассеяния, отличаются простой конструкцией и технологичностью.

Что такое потери энергии импульсного трансформатора?

Уменьшение энергетических потерь и создание эффективного КПД – важный вопрос, который стоит при проектировании ИТ. Общие потери суммируются из:

  • потерь на гистерезис;
  • вихревых токов;
  • потерь, связанных с несовершенством изоляции между листами;
  • магнитной вязкости.

Помимо упрощенного расчета и завышения значений существенных потерь, что компенсирует отказ от обоснования потерь и вносит грубые просчеты в расчет, применяют высоколегированные стали и перллои. Благодаря этому, с целью снизить потери, формы петли статического гистеризаса стараются приблизить к прямоугольной форме. Подобные материалы служат для достижения больших индукционных величин.

Вихревые токи разделяют искусственно и с помощью предусмотренных в конструкции магнитной системы (МС) участков с большой, или даже максимально увеличенной магнитной проницаемостью. Таким образом0 получается более-менее удовлетворительное стабильное значение  вихревого тока в стальных листах МС.

Материалы для изготовления импульсного трансформатора

Тип магнитного материала оказывает влияние на качественные показатели и на особенности импульсного режима. Оценка материала осуществляется по величинам и показателям и включает следующие качественные показатели:

  • индукции насыщения;
  • коэрцитивная сила;
  • удельное сопротивление материалов устройства;
  • возможность использования наиболее тонких лент или листов стали.

Электротехническая сталь желательная для создания ИТ включает марки: 3405 – 3408 и 3421 – 3425. Сталь 3425 отличается самым высоким показателем индукции насыщения и малой величиной коэрцитивной силы, самый большой показатель прямоугольности петли гистерезисного цикла. Используется наиболее часто.

Пермаллой (прецизионный сплав), который обладает магнито-мягкими показателями, обычно состоит из никеля и железа, как правило, обработан легирующими компонентами.

Ферриты – еще один материал, который востребован для ИТ с небольшой длительностью трансформированных импульсов, эти МС обладают необыкновенно высоким удельным сопротивлением и полным отсутствием потерь на вихревые токи. Они используются для ИТ с диапазоном импульсов, размер которых определяется в наносекундном диапазоне времени.

Что такое критерий осуществимости импульсного трансформатора

Создание ИТ зависит от искажения изменяемого трансформатором импульса и параметров цепи трансформатора и самого ИТ. Уменьшение удлинения импульсного фронта пропорционально делает большое снижение величины напряжения на вершине импульса и в обратном порядке.

Нелинейные показатели сопротивления способствуют снижению искажений импульса по фронту и по величине, что крайне нежелательно. Искажения необходимо свети к минимуму, происходит это за счет снижения величины коэффициента рассеяния, решение подобного вопроса в выборе соответствующего ИТ с наименьшим коэффициентом рассеяния. Критерий осуществимости выводится при определении параметров цепи трансформатора. Желательно обладание трансформаторной цепью индуктивной реакцией.

Коррекция искажений формы импульса

Не всегда представляется возможным выбрать ИТ, чтобы искажение формы импульса не превышали пределов допустимых. В этом случае для коррекции формы импульса вводят корректирующие двухполюсники или демпфирующие фильтры, состоящие из низкоомных резисторов. Таким способом устраняется выброс напряжения по фронту. В этих целях возможно использование подавляющего диода, его полярность выбирается в соответствии с полярностью напряжению выброса на срезе импульса.

Импульсный трансформатор считается самым важным элементом электронной схемы и несет наибольшую ответственность за ее бесперебойную работу. Он отличается высочайшей надежностью и практически никогда не выходит из строя. Расчет трансформатора индивидуален для всех схем. Вторичная обмотка его обязательно должна быть замкнута на потребительскую нагрузку, ее разомкнутое состояние относится к опасному режиму. Действующие параметры и каскад напряжения находятся в полной зависимости от сборки трансформатора, что влияет на качество схемы радиоэлектронного устройства.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

 

Похожее

Импульсный блок питания своими руками: принцип работы, схемы

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой  пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

  1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
  2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

  • Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
  • Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
  • На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
  • Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Пример миниатюрных импульсных БП
  • Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
  • На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

  • частотно-импульсным;
  • фазо-импульсным;
  • широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется UП пилообразной формы, поступающее на вход компаратора КШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал UУС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности UП (опорное напряжение) и UРС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал UУС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (UOUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала UРС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

  • Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
  • Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
  • Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
  • Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

  • различные виды зарядных устройств; Зарядки и внешние БП
  • внешние блоки питания;
  • электронный балласт для осветительных приборов;
  • БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.
Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
  • Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
  • Транзистор VT1 – KT872A.
  • Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
  • Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
  • Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Регулируемый мощный импульсный БП на 60 В 40 А

Проект этого очень мощного импульсного источника питания давно ждал своего времени и наконец был воплощен в железе, потому что потребовался регулируемый лабораторный ИП повышенной мощности. Схема на базе линейного регулятора при мощности более 2 кВт была бы невозможна в использовании. По этой причине была выбрана топология прямого преобразователя с двумя ключами, то есть полумостовая схема. Используются IGBT-транзисторы, а роль контроллера возложена на микросхему UC3845.

Схема принципиальная ИБП на 2 кВт

Сетевое напряжение сначала проходит через фильтр помех, а затем выпрямляется и фильтруется с помощью конденсаторов C4. Для уменьшения пускового тока был последовательно подключен переключатель с Re1 и R2. Катушка реле и вентилятора (обычный, от блока питания компьютера) питаются от 12 В, получаемых путем понижения напряжения 17 В от вспомогательного источника. Резистор R1 должен быть выбран как так что напряжение на упомянутой катушке и вентиляторе составляет 12 В. Вспомогательный источник питания был построен на основе м/с TNY267. Резистор R27 реализует защиту от пониженного напряжения этого источника питания — он не запустится при напряжении ниже пика 220 В.

Контроллер UC3845 имеет сигнал 50 кГц на выходе и максимальную скважность 47%. Он питается от стабилитрона, который снижает напряжение питания на 5,6 В (с выходом 11,4 В), а также сдвигает пороги UVLO с 7,9 В (ниже) и 8,5 В (вверху) до соответственно 13,5 и 14,1 В. Следовательно, источник питания начнет работать при напряжении 14,1 В, и не будет ниже 13,5 В, благодаря чему защита IGBT была получена от работы без насыщения. Первоначально это было невозможно, потому что пороги UC3845 были слишком низкими.

Эта схема управляет MOSFET T2, который, в свою очередь, питает управляющий трансформатор Tr2. В результате были получены гальваническая развязка и плавающий контроль. Этот трансформатор, через системы формирования с T3 и T4, управляет IGBT T5 и T6 затворами. Эти транзисторы переключают выпрямленное сетевое напряжение (325 В), питая силовой трансформатор Tr1.

Напряжение от вторичной обмотки этого трансформатора затем выпрямляется с использованием выпрямителя, подключенного в транзитной системе, и сглаживается дросселем L1 и конденсаторами C17. Обратная связь по напряжению подается с выхода на вывод 2 UC3845. Напряжение можно выставить с помощью потенциометра P1. Гальваническая развязка обратной связи не требуется, поскольку контроллер был подключен к вторичной стороне напряжения и изолирован от сети. Обратная связь по току была реализована с использованием трансформатора тока Tr3 и выведена на выход 3 UC3845. Порог ограничения тока можно установить с помощью P2.


Транзисторы T5, T6, диоды D5, D5′, D6, D6′, D7, D7′ и диодный мост обязательно должны быть размещены на радиаторе. Диоды D7, конденсаторы C15 и защитные цепи R22 + D8 + C14 должны быть как можно ближе к IGBT. Светодиод 1 указывает, что устройство включено, светодиод 2 — режим ограничения тока или ошибка. Он будет светиться, когда схема не находится в режиме стабилизации напряжения. В состоянии стабилизации на выходе 1 UC3845 составляет 2,5 В, в остальных случаях около 6 В. LED сигнализация может быть убрана.

Катушки импульсного БП

Выходной трансформатор Tr1 использован от старого источника питания. Коэффициент трансформации находится в диапазоне от 3:2 до 4:3, а его сердечник — ферритовый, без зазора. Если кто-то хочет сам его намотать, используйте сердечник, похожий на сварочный аппарат инвертора или около 6,4 см2 (допустимый диапазон 6-8 см2). Первичная обмотка должна состоять из 20 витков, намотанных 20 проводами диаметром 0,5 мм, а на вторичную обмотку — 14 витков 28 проводами одинакового диаметра. Медные полоски также могут быть использованы. К сожалению, использование одного толстого провода невозможно из-за скин-эффекта.

Управляющий трансформатор Tr2 имеет три обмотки по 16 витков. Они намотаны одновременно (в трех направлениях) тремя скрученными изолированными проводами. Сердечником является EI (может быть EE) без зазора, взятый из блока питания ATX. Этот сердечник имеет поперечное сечение центральной части примерно 80..120 мм2.

Трансформатор тока Tr3 состоит из 1 катушки и 68 витков на тороидальном сердечнике. Вообще размер и количество оборотов не являются критическими. Но для другого коэффициента значение R15 должно быть скорректировано.

Трансформатор вспомогательного источника питания Tr4 был намотан на ферритовый сердечник EE с зазором и диаметром поперечного сечения основы около 16-25 мм2. Он взят от вспомогательного трансформатора инвертора вышеупомянутого источника питания ATX. Направление включения обмоток всех трансформаторов (отмечены точками) должно быть правильным.

Индуктор извлеченный из микроволновой печи можно использовать в качестве дросселя сетевого фильтра. Выходной дроссель L1, как и трансформатор, также от готового ИБП. Он состоит из двух параллельных дросселей 54 мкГн на порошковых сердечниках, и результирующая индуктивность составляет 27 мкГн. Каждый дроссель намотан двумя проводами 1,7 мм.

L1 находится на минусовой стороне, так что катоды диодов могут быть прикреплены к радиатору без изоляции. Максимальный ток источника питания составляет около 2500 Вт, а КПД при полной нагрузке превышает 90%.

Замена деталей ИБП

Здесь использовались транзисторы IGBT типа STGW30NC60W. Они могут быть заменены на IRG4PC40W, IRG4PC50W, IRG4PC50U, STGW30NC60WD или аналогичные с соответствующей мощностью и скоростью работы. Выходные диоды могут быть любого быстрого типа с достаточным рабочим током. Для верхних диодов (D5) средний ток не превышает 20 А, для нижних диодов (D6) — 40 А. Таким образом, верхние диоды могут быть выбраны на половину тока нижних. Верхними могут быть два HFA25PB60 / DSEI30-06A или один DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C. Нижние — два DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C или четыре HFA25PB60 / DSEI30-06A.

Диодный радиатор должен быть рассчитан на мощность рассеивания 60 Вт. Общая мощность тепловыделения на IGBT может достигать 50 Вт. Максимальные потери тепла в мостике составляют около 25 Вт.

Схема подачи электропитания напоминает ту, которая часто используется в сварочных аппаратах. Переключатель S1 обеспечивает аварийное отключение источника питания, поскольку не рекомендуется часто отключать источник питания с помощью переключателя питания (особенно при работе в качестве лабораторного).

Резистивная искусственная нагрузка была применена для тестирования блока питания. Этот обогреватель 220 В 2000 Вт от котла был переделан на мощность 60 В 2000 Вт.

Потребляемая мощность в выключенном состоянии составляет всего около 1 Вт. Выключатель S1 можно не ставить. Источник питания также может быть построен как источник постоянного напряжения. В этом случае было бы хорошо оптимизировать параметры трансформатора Tr1 для максимальной эффективности.

Внимание: конструкция подобного импульсного источника питания не предназначена для начинающих, поскольку большая часть его схемы подключена к сети 220 В. При небрежной конструкции на выходе может появиться сетевое напряжение! Также необходимо использовать подходящий шнур питания. Конденсаторы внутри устройства могут оставаться заряженными даже после выключения его от розетки!


Как сделать компактный и мощный импульсный паяльник

Импульсный паяльник отличается от обычного тем, что разогревается практически моментально. Им можно пользоваться уже через несколько секунд после включения в сеть. При этом импульсный вариант экономичен, обладает небольшими размерами и позволяет использовать напряжение от 6 до 12 Вольт. Подключать такой паяльник можно через блок питания, зарядное устройство телефона или от прикуривателя автомобиля.
Данный прибор выполнен по схеме «двухтактного автогенератора». Основным элементом паяльника является трансформатор, вторичная обмотка которого сделана из одного витка толстой проволоки. Концы витка замкнуты через тонкое жало, из-за чего, нагревается именно этот участок.

Для изготовления импульсного паяльника нам понадобятся:


  • ферритовый сердечник;
  • 2 резистора на 470 Ом;
  • 2 резистора на 10 кОм;
  • 2 выпрямительных диода 1N4007;
  • 2 полевых транзистора IRFZ44;
  • конденсатор 22 нФ;
  • индуктивность (дроссель) 47 мкГн;
  • кнопка включения;
  • провод медный, толщиной 2 мм;
  • разъем для блока питания;
  • металлические клемники;
  • болт, гайка,2 металлические шайбы,2 шайбы из изоляционного материала;
  • скрепка.


Приступим к сборке импульсного паяльника:



1. Сначала изготовим трансформатор. Для этого нам понадобится ферритовый сердечник и медный провод толщиной 2 мм. Делаем 12 витков проволоки.

Концы обмотки выводим и зачищаем.


2. Полевые транзисторы в данной схеме могут перегреваться.

Поэтому их необходимо соединить с теплоотводом. В качестве радиатора можно применить какую либо металлическую деталь. Для компактности устройства, теплоотвод можно использовать как скелет схемы. Вокруг него собираем основные радиодетали. Впаиваем резисторы, диоды.

3. К получившейся плате припаиваем концы обмотки трансформатора и конденсатор.

4. С обратной стороны приклеиваем кнопку включения и разъем. Затем припаиваем. Кнопка включения должна быть без фиксации. То есть, паяльник будет работать, когда кнопка удерживается во включенном положении. Делается это для того, что при длительном включении будет разогреваться весь трансформатор и удержать паяльник в руках будет проблематично.


5. Находим центр обмотки и припаиваем дроссель.



6. Собираем вторичную обмотку. Из проволоки, толщиной 2 мм, делаем два вывода.

Концы зачищаем от лака. На одной из сторон делаем кольца под диаметр болта.

7. На болт одеваем одну из проволок, затем металлическую шайбу, изоляцию. Просовываем болт в отверстие трансформатора. Одеваем изоляцию, шайбу, второй контакт. Зажимаем гайкой.


8. Скрепку обрезаем, что бы получилось удобное жало.

И подсоединяем к выводам вторичной обмотки с помощью клемников.


9. Подключаем паяльник к источнику питания. Проверяем работоспособность.


Примечание


Подключать импульсный паяльник можно от различных блоков питания напряжением до 12 Вольт. Необходимо учитывать, что чем выше напряжение блока, тем больше будет мощность прибора и тем быстрее он разогреется.
Данный паяльник можно сделать с питанием и от аккумуляторов или батареек. Для того чтобы добиться напряжения 12 Вольт, элементы питания необходимо соединить последовательно. Паяльник — прибор очень мощный, поэтому долго от батареек он не проработает. Однако в связи с быстрым нагревом для небольших объемов работ его вполне хватит. Главное не забывать отключать.


Техника безопасности


  • При подключении паяльника к источнику питания соблюдайте полярность.
  • После сборки и проверки работоспособности, схему паяльника лучше спрятать в корпус.
  • Не забывайте отключать прибор от сети после использования.

Смотрите видео


Производители импульсных трансформаторов

| Поставщик импульсных трансформаторов

Импульсные трансформаторы — Lenco Electronics, Inc.

Примером этого приложения могут быть радиолокационные передатчики, в которых обычно используется выходная силовая трубка, такая как магнетрон, требующий высокого напряжения и высокого импеданса или электрического сопротивления.

Малогабаритные версии импульсных трансформаторов создают электрические скачки, которые часто используются в телекоммуникационных и детальных логических приложениях, таких как вспышки фотокамер, радиолокационное оборудование и ускорение частиц.Импульсные трансформаторы среднего размера используются в электронных схемах. Импульсные трансформаторы используются для оцифровки компьютеров, измерительных устройств и импульсной связи. Импульсные трансформаторы большого размера используются в отрасли распределения электроэнергии, чтобы создать общую границу между низковольтными схемами управления и высоковольтными затворами силовых полупроводников.

Импульсные трансформаторы — Lenco Electronics, Inc.

Импульсные трансформаторы используются для сопряжения сети формирования импульсов (PFN) и нагрузки.Они гарантируют, что электрическое сопротивление нагрузки соответствует PFN, чтобы максимизировать эффективность передачи энергии. Сети формирования импульсов (PFN) работают, собирая электрическую энергию в течение довольно длительного периода времени, а затем быстро разряжая эту накопленную энергию в виде короткого, относительно прямоугольного импульса. Импульсные трансформаторы, обычно состоящие из входной обмотки, выходной обмотки и сердечника из ферромагнитных материалов, передают электрическую энергию в виде импульсов от PFN через входную обмотку к выходной обмотке и в нагрузку.

Силовые трансформаторы обычно работают на высоких частотах, для чего требуются сердечники с низкими потерями, сделанные из ферромагнитного материала. Существует два основных типа импульсных трансформаторов: силовые и сигнальные. Силовые импульсные трансформаторы включаются и выключаются с помощью переключающего устройства с рабочей частотой и длительностью импульса, которые обеспечивают получение импульсным трансформатором необходимого количества энергии. В результате управления мощностью также регулируется температура импульсного трансформатора. Кроме того, импульсный трансформатор обеспечивает электрическую изоляцию между входной и выходной обмотками.

Преобразователи импульсов сигнала обрабатывают относительно небольшие количества энергии и выдают серию импульсов или сигналов. Этот тип импульсного трансформатора в основном сконцентрирован на подаче сигнала на выходную обмотку. Кроме того, трансформатор сигнальных импульсов может использовать свое отношение витков для регулировки амплитуды сигнала и обеспечения электрического сопротивления между источником и нагрузкой.

Строительство, виды и применение

Импульсный трансформатор также известен как триггерный трансформатор, трансформатор управления затвором, трансформатор затвора, сигнальный трансформатор (или) широкополосный трансформатор в некоторых приложениях, a.Основная функция этого трансформатора — передача импульсов напряжения между обмотками и нагрузкой. Эти трансформаторы используются для гальванической развязки (передачи сигнала), схем управления малой мощностью и основных компонентов, используемых в мощных импульсных источниках питания. Используя этот трансформатор, можно изменять амплитуду импульса напряжения; полярность импульса можно инвертировать, соединяя различные каскады в импульсном усилителе и развязывающем трансформаторе.

Что такое импульсный трансформатор?

Определение: Трансформатор, улучшенный для генерации электрических импульсов с высокой скоростью, а также стабильной амплитудой, известен как импульсный трансформатор.Они регулярно используются при передаче цифровой информации, а также в транзисторах, в основном в схемах управления затвором.
Идеальный трансформатор должен иметь гальваническую развязку и распределенную емкость. Для защиты цепи емкость с низкой связью также жизненно важна для защиты цепи.

импульсный трансформатор

Типы сигналов импульсных трансформаторов варьируются от дополнительных логических приводов до линий передачи. Эти трансформаторы работают с меньшими порогами мощности.Некоторые такие трансформаторы служат как широкополосные трансформаторы. Для типов трансформаторов с цифровой передачей данных они улучшены, чтобы уменьшить искажения сигнала.

Соответствие сигнала и частотный диапазон можно определить по внешним характеристикам, таким как межобмоточная емкость, индивидуальная емкость каждой обмотки, а также сопротивление.

Негативные эффекты этих функций приведут к спаду, перерегулированию, обратному ходу и времени спада, а также к задержке подъема. Таким образом, импульсные трансформаторы проектируются на основе индуктивности, рабочей частоты, классов мощности, номинального напряжения, размера, диапазона частот, сопротивления и емкости обмотки.

Типы импульсных трансформаторов

Эти трансформаторы делятся на два типа, например:

  • Силовой импульсный трансформатор
  • Трансформатор импульсов сигнала
1). Силовой импульсный трансформатор

Эти трансформаторы изменяют напряжение с уровня мощности (одна конфигурация уровня / фазы) на другой. Конфигурации этих трансформаторов доступны в однофазном или трехфазном исполнении и различаются в зависимости от способа подключения обмотки.

2).Преобразователь импульсов сигнала

Эти трансформаторы представляют собой один из видов импульсных трансформаторов, в которых используется электромагнитная индукция для передачи информации одной цепи в другую. Они регулярно используются для повышения или понижения напряжения в силовом трансформаторе с одной поверхности на другую. Используя сигнальные трансформаторы, нет. передаточного числа обмоток решает изменить напряжение.

Эти трансформаторы содержат сердечники с низкими потерями, предназначенные для работы на высоких частотах. Паразитные элементы, такие как емкость обмотки и индуктивность рассеяния, можно уменьшить, разработав конфигурацию обмотки, чтобы можно было улучшить связь.

Технические характеристики

Эти трансформаторы в основном включают технические характеристики, такие как частота повторения, рабочий цикл, ширина импульса, диапазон, напряжение ввода / вывода, ток, частота и физические размеры, такие как длина (L), ширина (W) и высота (H).

Частота следования импульсов стандартная №. импульсов за каждую единицу времени в конкретный период. Ширина импульса — это период между первичным и последним случаями, когда мгновенная амплитуда достигает определенной доли пиковой амплитуды импульса.

Строительство

Конструкция трансформатора тороидальной формы показана ниже. Основная задача этого трансформатора — генерировать импульс для полупроводниковых устройств, а также обеспечивать электрическую изоляцию.

Конструкция импульсного трансформатора

На рисунке выше показан трансформатор тороидальной формы. Он включает в себя две обмотки: первичную и вторичную. Каждая обмотка включает в себя равное количество оборотов, поэтому любая из них может работать как первичная в противном случае вторичная.

Импульс на тиристор может подаваться через 1: 1, иначе импульсный трансформатор 1: 1: 1, а импульс на непрерывный тиристор может подаваться через трехобмоточный трансформатор. На приведенном выше рисунке резистор (R) должен останавливать ток удержания кремниевого управляемого выпрямителя. Основная функция диода в схеме — избежать обратного тока затвора. Импульсный трансформатор 1: 1: 1 в основном используется для создания импульса для непрерывного тиристора.

Эта конструкция трансформатора обсуждалась выше.После завершения проектирования КПД трансформатора должен быть высоким. Индуктивность первичной обмотки трансформатора должна быть высокой для уменьшения тока намагничивания. Постоянный ток подается через главную обмотку трансформатора, чтобы избежать насыщения сердечника. Между обмотками должна быть изоляция, чтобы защитить обмотку от насыщения. Требуется фиксированная связь между двумя обмотками. Паразитный сигнал дает полосу во время межфазной емкости на высокой частоте.

Преимущества и недостатки импульсного трансформатора

К достоинствам этого трансформатора можно отнести следующее.

  • Малый размер
  • Минус стоимость
  • Работает на высокой частоте
  • Высокое напряжение изоляции

К недостаткам данного трансформатора можно отнести следующее.

  • На низкой частоте формы первичного и вторичного сигналов отличаются друг от друга.
  • Ток насыщения сердечника может быть уменьшен за счет постоянного тока через первичную обмотку.

Импульсный трансформатор использует

  • Использование этого трансформатора включает следующее.
  • Сигнальные импульсные трансформаторы применяются в телекоммуникационных, цифровых схемах
  • Силовые импульсные трансформаторы используются для изоляции силовых цепей от цепи управления.
  • Высоковольтные импульсные трансформаторы используются в радиолокационных системах и в системах импульсного питания.
  • Силовая электроника
  • Радары
  • Цифровая электроника
  • Связь

Таким образом, речь идет об импульсном трансформаторе, который используется для оцифровки компьютеров, измерительных устройств, а также для импульсной связи.Некоторые виды трансформаторов используются в сфере электроснабжения, чтобы сделать частую границу между низковольтным управлением схемами и высоковольтными затворами в силовых полупроводниках. Вот вам вопрос, каковы принципы работы импульсного трансформатора ?

4 причины, по которым импульсные трансформаторы становятся популярными в различных отраслях промышленности

Импульсные трансформаторы специально разработаны для приложений с высокими нагрузками и широко используются в различных отраслях промышленности для распределения электроэнергии.Они помогают минимизировать падение напряжения, время нарастания и искажение импульсов. Импульсные трансформаторы могут работать на высоких частотах и ​​передавать большую мощность по сравнению с обычным трансформатором того же размера. Импульсные трансформаторы широко используются в цепях малой мощности, импульсных источниках питания большой мощности и при передаче сигналов. Прочтите этот пост, чтобы узнать, почему импульсные трансформаторы находят все более широкое применение в различных промышленных приложениях.

Преимущества использования импульсных трансформаторов

Ниже приведены некоторые из преимуществ импульсных трансформаторов:
  • Высокая передача энергии : Импульсные трансформаторы имеют компактные размеры и превосходную повторяемость, что обеспечивает короткое время нарастания, широкую ширину импульса и высокую эффективность передачи энергии в большинстве приложений.Кроме того, индуктивность рассеяния уменьшается из-за высокой проницаемости его ферритового сердечника, что обеспечивает высокую передачу энергии внутри трансформатора.
  • Большое количество обмоток: Импульсные трансформаторы обычно имеют более двух обмоток, которые можно использовать для одновременного управления несколькими транзисторами. Благодаря этому любые фазовые сдвиги или задержки сводятся к минимуму.
  • Гальваническая развязка: Импульсный трансформатор имеет гальваническую развязку между обмотками, которая исключает прохождение паразитных токов.Это свойство также позволяет первичной цепи управления и вторичной цепи управления работать при разных потенциалах. Изоляция может находиться в диапазоне от 4 кВ для электронных трансформаторов небольших размеров до 200 кВ для приложений с очень большой мощностью. Свойство гальванической развязки также отвечает требованиям безопасности, если одна из частей небезопасна для прикосновения из-за прохождения высокого напряжения.
  • Вакуумная заливка : Импульсные трансформаторы залиты абразивными смолами.Эти смолы помогают контролировать любое электрическое сопротивление или вибрацию трансформатора в контролируемой атмосфере. Этот процесс известен как вакуумная заливка. Термореактивные пластмассы или гели из силиконовой резины также используются для заливки внутри трансформатора. Компаунд для заливки также действует как изолятор. Кроме того, это помогает минимизировать занимаемое пространство, что приводит к лучшей изоляции.

Перечисленные выше преимущества делают импульсные трансформаторы энергоэффективным устройством, что делает их заметными в различных промышленных установках.Если вы планируете купить один из этих импульсных трансформаторов для промышленного применения, вы всегда можете положиться на такого первоклассного эксперта, как Custom Coils. Компания производит широкий спектр импульсных трансформаторов согласно промышленным требованиям. Для большей информации, пожалуйста нажмите сюда.

4 причины, по которым импульсные трансформаторы становятся популярными в различных отраслях промышленности. Последнее изменение: 13 марта 2018 г., автор: gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом, опытный в исследованиях, оценке, тестирование и поддержка различных технологий.Посвящен успеху; включая сильные аналитические, организационные и технические навыки. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Руководство по выбору импульсных трансформаторов

| Инженерное дело360

Импульсные трансформаторы служат для сопряжения сети формирования импульсов (PFN) и нагрузки. Они согласовывают импеданс нагрузки с PFN, чтобы максимизировать эффективность передачи мощности.Сети формирования импульсов (PFN) собирают электрическую энергию в течение относительно длительного периода времени, а затем быстро высвобождают эту накопленную энергию в виде короткого импульса относительно прямоугольной формы. Обычно приложения, в которых используются импульсные трансформаторы, имеют выходной импульс, пиковая мощность которого измеряется в мегаваттах (МВт) или тераваттах (ТВт). Часто комбинацию источника высокого напряжения, переключателя высокого напряжения, PFN и импульсного трансформатора называют силовым модулятором или генератором импульсов. Технологии, в которых используются импульсные трансформаторы, включают радары, медицинское оборудование и лазерные системы.

Типы

Существует два основных типа импульсных трансформаторов: силовые и сигнальные. Силовые трансформаторы преобразуют напряжения уровня мощности из одного уровня или конфигурации фазы в другой. Они доступны в однофазной или трехфазной первичной конфигурации и различаются способом подключения обмотки. Трансформаторы сигналов — это импульсные трансформаторы, которые используют электромагнитную индукцию для передачи информации от одной цепи к другой. Часто они используются для увеличения или уменьшения напряжения с одной стороны силового трансформатора на другую.В сигнальных трансформаторах соотношение витков числа обмоток определяет изменение напряжения.

Импульсные трансформаторы имеют сердечники с низкими потерями и предназначены для работы на высоких частотах. Чтобы свести к минимуму паразитные элементы, такие как индуктивность рассеяния и емкость обмотки, конфигурация обмотки предназначена для оптимизации связи. Технические характеристики импульсных трансформаторов включают диапазон, частоту повторения, ширину импульса, ток, входное напряжение, выходное напряжение, частоту, рабочий цикл и физические размеры, такие как длина, ширина и высота.Частота или частота повторения импульсов — это среднее количество импульсов в единицу времени (обычно секунды) в течение определенного периода. Ширина импульса или длина импульса — это интервал между первым и последним случаями, когда эта мгновенная амплитуда достигает заданной доли пиковой амплитуды импульса.

Сертификаты и спецификации

Импульсные трансформаторы различаются допусками. Некоторые продукты имеют товарные знаки Канадской ассоциации стандартов (CSA) или Underwriters Laboratories (UL).Другие соответствуют стандартам или спецификациям Международной электротехнической комиссии. Импульсные трансформаторы, которые продаются в Европе, должны соответствовать Директивам Европейского Союза (ЕС), таким как Ограничение использования опасных веществ (RoHS) и Отходы электрического и электронного оборудования (WEEE). Также доступны импульсные трансформаторы с маркировкой национальных европейских организаций, таких как VDE.


(PDF) Обзор конструкции импульсного трансформатора большой мощности

Чжао Чжан и Сяохуа Тан / Physics Procedure 32 (2012) 566 — 574

573

удостоверились хотя бы один раз в положительном и отрицательном магнитном насыщении сердечника соответственно.То есть намагничивание

индуктивности I

1

должно хотя бы один раз достичь минимального положительного и отрицательного значения, которое приводит к магнитному насыщению,

соответственно.

I

1

может быть получено с помощью точного неиндуктивного небольшого резистора, а интегрирование V

2

может быть выполнено с помощью интегрирующей схемы

или числовой интеграции компьютерного программного обеспечения. Петля гистерезиса может отображаться на осциллографе

в режиме отображения X-Y (обычно при использовании интегрирующей схемы) или на экране компьютера с помощью компьютерного программного обеспечения

(обычно при использовании числового интегрирования).Стимулятор может быть повторяющимся, например источником сигнала переменного тока или

, а также импульсным, например разрядом конденсатора.

4.3.3. Методы предотвращения магнитного насыщения

(A) Вставка воздушного зазора

Вставка одного или нескольких крошечных воздушных зазоров вдоль контура магнитной цепи (показанного на рис. 15) может избежать магнитного насыщения

. Известно, что относительная проницаемость воздуха очень низкая (около 1), в то время как проницаемость магнитного сердечника очень высока (1k ~ 10k), поэтому введение воздушных зазоров соответствует уменьшению эквивалентной проницаемости контура магнитной цепи, тогда

петля гистерезиса отклонена вправо, как показано на рис.16. Таким образом, значение тока намагничивания, которое раньше могло привести к насыщению

, теперь не будет. Однако введение воздушных зазоров приведет к увеличению индуктивности рассеяния. То есть

позволяет избежать магнитного насыщения за счет времени нарастания.

(B) Выбор материала сердечника с высоким B

с

Взаимосвязь между изменением плотности магнитного потока ǻB и выходным импульсным напряжением V

o

, шириной выходного импульса t

o

,

витков вторичной обмотки обмотка N

2

и площадь поперечного сечения S isB = V

o

t

o

/ N

2

S.Как правило, даны спецификации V

o

и

, таким образом, если N

2

и S правильно выбраны, чтобы убедиться, что вычисленное значение ǻB меньше, чем может обеспечить магнитопровод

, магнитопровод не будет насыщен. Очевидно, что чем больше Bs, тем больше ǻB, которое может составлять

, обеспечиваемое магнитным сердечником. Так что насыщения можно было избежать. Таким образом, выбор материала сердечника с высоким значением B

s

может избежать магнитного насыщения

.

5. Выводы

В соответствии с синтезом и сравнением показано, что импульсный трансформатор с закрытым сердечником имеет меньшее время нарастания

, более широкую ширину импульса, более высокую энергоэффективность, более качественную пульсовую волну, но относительно больший объем. Таким образом, можно сделать вывод, что

можно сделать вывод, что выбор материала сердечника с высокой проницаемостью и плотностью потока насыщения, использование закрытого сердечника

и принятие некоторых соответствующих мер по снижению индуктивности рассеяния в процессе изготовления может достичь цели

, сокращая время нарастания, расширяя ширина выходного импульса и повышение энергоэффективности.Для обеспечения надежности конструкции импульсного трансформатора

необходимо измерить соответствующие параметры магнитопровода.

6. Выражение признательности

Проект поддержан Научно-инновационным фондом Института электротехники, CAEP,

Mianyang, China.

Ссылки

[1] Дж. Манковски, М. Кристиансен. IEEE Trans. Plasma Sci. 28 (2000) 102

[2] Z.B.Zeng, X.H.Tan, et al. Техника высокого напряжения 33 (2007) 95

[3] G.Л. Джонсон. Твердотельная катушка Тесла Глава 4 (2001)

[4] Р.Х. Ван. Пресса о проектировании импульсных трансформаторов, Пекин (1996)

[5] GB / T 8554-1998.GB Государственное бюро качества и технического надзора (1998)

[6] Дж. Дж. Рохвайн, Р. Н. Лоусон и др. Конференция по импульсной энергии Sandia National Laboratories (1991) 968

[7] Дж. П. О’Луфлин, Дж. Д. Сидлер и Дж. Дж. Рохвайн. Симпозиум IEEE Power Modulator (1988) 325

[8] S.C.Kim, H.Heo. Протокол конференции 27-го Международного симпозиума по модуляторам мощности (2006) 127

[9] S.К. Ким, С. С. Парк и др. Конференция IEEE Pulsed Power (2005) 696

[10] Y.Z.Li, J.D.Zhang, et al. J. National Univ. Defense Tech. 23 (2001) 110

[11] J.L.Liu, S.Z.Li, et al. ЛАЗЕР БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ И ПУЧКИ ЧАСТИЦ 18 (2006) 1736

Индивидуальные высоковольтные импульсные модуляторы

Stangenes Industries разрабатывает и производит высоковольтные импульсные модуляторы, доступные в индивидуальных и стандартных конфигурациях для военных, медицинских и промышленных применений.Наши модуляторы управляют импульсными приложениями, такими как клистроны, магнетроны и электронные пушки, а также многие «специальные» системы. Мы предлагаем твердотельные модуляторы, работающие в импульсном режиме от нескольких кВ до более 200 кВ, шириной импульса от 200 нс до 5 мс, частотой повторения до нескольких килогерц и средней номинальной мощностью до 150 кВт.

Мы предлагаем три различных конфигурации и комбинации модулятора. Наши наиболее гибкие системы используют твердотельную конструкцию Маркса с сопряженным импульсным трансформатором или без него.Стандартная конструкция PFN (сеть формирования импульсов) также доступна с сильноточными твердотельными переключателями, управляющими импульсным трансформатором, согласованным с нагрузкой. Все наши модуляторы Маркса имеют динамически регулируемую частоту следования, ширину и амплитуду импульсов. Все конструкции доступны в виде компонентов или полных систем «под ключ» в соответствии с вашими потребностями. Для получения дополнительной информации свяжитесь с Stangenes Industries сегодня же!

Ознакомьтесь с нашими стандартными продуктами

Возможности импульсных модуляторов

Отраслевые стандарты

ISO-9001-2015
Международная организация по стандартизации

Общая информация

Stangenes Industries разрабатывает и производит импульсные модуляторы в стандартных или нестандартных конфигурациях для военных, медицинских и промышленных приложений, управляющих клистронами, магнетронами, лазерами или ускорителями.Мы предлагаем твердотельные модуляторы с диапазоном импульсов от нескольких кВ до более 250 кВ, длительностью импульса от 200 нс до 5 мс и средней номинальной мощностью до 150 кВт.

Предлагаемые конфигурации
  • Полные системы «под ключ» или отдельный компонент для вашей системы
  • Твердотельные конструкции Маркса с импульсным трансформатором или без него
  • Динамически регулируемая частота повторения, ширина и амплитуда импульса
  • Твердотельные модуляторы с неполноповоротными импульсными трансформаторами
  • Модулятор «линейный» с импульсным трансформатором и твердотельной коммутацией
  • «Конфигурация жестких трубок» с импульсным трансформатором с полупроводниковой коммутацией

A Высоковольтный импульсный трансформатор для взрывных импульсных устройств

PDF-версия также доступна для скачивания.

Кто

Люди и организации, связанные либо с созданием этой статьи, либо с ее содержанием.

Какие

Описательная информация, которая поможет идентифицировать эту статью.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие предметы в Электронной библиотеке.

Когда

Даты и периоды времени, связанные с этой статьей.

Статистика использования

Когда в последний раз использовалась эта статья?

Взаимодействовать с этой статьей

Вот несколько советов, что делать дальше.

PDF-версия также доступна для скачивания.

Ссылки, права, повторное использование

Международная структура взаимодействия изображений

Распечатать / Поделиться


Печать
Электронная почта
Twitter
Facebook
Tumblr
Reddit

Ссылки для роботов

Полезные ссылки в машиночитаемых форматах.

Ключ архивных ресурсов (ARK)

Международная структура взаимодействия изображений (IIIF)

Форматы метаданных

Изображений

URL

Статистика

Фортганг, К.; Эриксон, Г.А. И Гетти, Дж. Высоковольтный импульсный трансформатор для взрывных импульсных устройств, статья, 1 октября 1998 г .; Нью-Мексико. (https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc719916/: по состоянию на 20 июня 2021 г.), Библиотеки Университета Северного Техаса, Цифровая библиотека UNT, https://digital.library.unt.edu; кредитование Департамента государственных документов библиотек ЕНТ.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *