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Transformateur d'impulsions - types, principe de fonctionnement, formules de calcul. Calcul des transformateurs pour alimentations à découpage

Dans un convertisseur push-pull correctement conçu D.C.à travers l'enroulement et l'aimantation du noyau sont absents.
Cela vous permet d'utiliser un cycle d'inversion de magnétisation complet et d'obtenir une puissance maximale. Le transformateur ayant de nombreux paramètres interdépendants, le calcul est effectué par étapes, en précisant les données initiales si nécessaire.

1. Comment déterminer le nombre de tours et la puissance ?

La puissance globale, obtenue à partir de la condition de ne pas surchauffer le bobinage, est égale à :

Pgab = S o S c f B m / 150 (1)

Où: p gab- Puissance, W ; S c- section transversale du circuit magnétique, cm 2; Donc- surface de la fenêtre centrale, cm 2 ; F- fréquence de vibration, Hz ; Bm = 0,25 T- valeur admissible de l'induction pour les ferrites domestiques nickel-manganèse à des fréquences allant jusqu'à 100 kHz.

Nous sélectionnons la puissance maximale du transformateur à 80% de la puissance globale :

P max = 0,8 P gab (2)

Nombre minimum de tours de l'enroulement primaire n 1 déterminé par la tension maximale sur l'enroulement Euh et induction de noyau admissible Bm:

n = (0,25⋅10 4 U m) / (f B m S c) (3)

Densité de courant d'enroulement j pour les transformateurs d'une puissance jusqu'à 300 W, nous prenons 3,5 A / mm 2 (une puissance plus élevée correspond à une
sens). Le diamètre du fil en mm est calculé par la formule :

d = 1,13 (I / j) 1/2 (4)

Où je- courant d'enroulement effectif en A.

Exemple 1:

Une installation à ultrasons nécessite un transformateur élévateur de 30 à 40 W. La tension sur l'enroulement primaire est sinusoïdale, avec une valeur efficace Ueff= 100 V et une fréquence de 30 kHz.

Choisissons une bague en ferrite K28x16x9.
Sa section transversale : Sc = (D - d) h / 2 = (2,8 - 1,6) ⋅ 0,9 / 2 = 0,54 cm 2
Surface de la fenêtre : Donc = (d / 2) 2 = (1,6 / 2) 2 = 2 cm 2

Puissance globale : Pgab = 0,54 2 ⋅ 30 ⋅ 10 3 0,25 / 150 = 54 W
Puissance maximum: Pmax = 0,8 54 = 43,2 W

Tension d'enroulement maximale : Um = 1,41 100 = 141 V
Nombre de tours: n 1 = 0,25 10 4 ⋅ 141 / (30 ⋅ 10 3 ⋅ 0,25 ⋅ 0,54) = 87
Nombre de tours par volt : n 0 = 87/100 = 0,87

Courant effectif primaire : I = P / U = 40/100 = 0,4 A
Nous sélectionnons la densité de courant 5 A/mm 2. Ensuite, le diamètre du fil de cuivre : d = 1,13 (0,4 / 5) 1/2 = 0,31 mm

2. Comment clarifier la densité de courant ?

Si nous fabriquons un transformateur de faible puissance, nous pouvons alors jouer avec la densité de courant et choisir des fils plus fins sans craindre la surchauffe. La tablette suivante est donnée dans le livre d'Eranosyan :

Pourquoi la densité de courant dépend-elle de la puissance du transformateur ?
La quantité de chaleur dégagée est égale au produit des pertes spécifiques par le volume du fil. La quantité de chaleur dissipée est proportionnelle à la surface de l'enroulement et à la différence de température entre celui-ci et le milieu. Avec une augmentation de la taille du transformateur, le volume croît plus vite que la surface, et pour la même surchauffe, les pertes spécifiques et la densité de courant doivent être réduites. Pour les transformateurs d'une capacité de 4,5 kVA, la densité de courant ne dépasse pas 1,2 A/mm 2.

3. Comment spécifier le nombre de tours de l'enroulement primaire ?

Connaître le nombre de spires de l'enroulement primaire m calculer son inductance. Pour un tore, il est déterminé par la formule :

L = μ 0 μ S avec n 2 / l a (5)

Où est la région S avec donnée en m 2, longueur moyenne de la ligne magnétique l un en m, inductance en H, 0 = 4π ⋅ 10 -7 H / m - constante magnétique.

Dans une version d'ingénierie, cette formule ressemble à ceci :

L = A L n 2(5A), n = (L / A L) 1/2(5B)

Coefficient AL et paramètre de puissance S о S c pour certains types d'anneaux sont présentés dans le tableau 2 :

Pour que le transformateur fonctionne comme un appareil d'adaptation, la condition suivante doit être remplie :

L> (4 .. 10) R / (2 f min) (6)

Où L- inductance en H, R = U 2 eff / P n la résistance de charge, réduite à l'enroulement primaire, Ohm,
f min- fréquence minimale Hz.

Dans les convertisseurs clés, deux courants circulent dans l'enroulement primaire, courant de charge rectangulaire I pr = U m / R et courant triangulaire
aimantation $$ I_T = (1 \ sur L) \ int_0 ^ (T / 2) U_1 dt = (T \ sur 2L) U_m $$

Pour un fonctionnement normal, l'amplitude de la composante triangulaire ne doit pas dépasser 10 % du rectangle, c'est-à-dire

G> 5 R / f (7)

Si nécessaire, le nombre de tours est augmenté ou la ferrite avec une plus grande μ ... Il n'est pas souhaitable de surestimer le nombre de tours dans l'enroulement. En raison de l'augmentation de la capacité tour à tour, des oscillations résonantes peuvent se produire à la fréquence de fonctionnement. La ferrite sélectionnée doit avoir une induction maximale suffisante et de faibles pertes dans la plage de fréquences de fonctionnement. En règle générale, aux basses fréquences (jusqu'à 1 MHz), la ferrite avec μ = 1000 .. 6000, et aux fréquences radio, vous devez utiliser μ = 50 .. 400.

Exemple 2 :

Le transformateur de l'exemple 1 est enroulé sur un anneau K28x16x9 en ferrite nickel-manganèse 2000NM à perméabilité magnétique μ = 2000.
Puissance de charge P = 40 W, stress efficace enroulement primaire Ueff = 100 V, fréquence f = 30 kHz.
Précisons le nombre de ses tours.

Résistance de charge réduite : R = 100 2/40 = 250 Ohm
Section transversale du circuit magnétique : Sc = 0,54 cm 2 = 0,54 10 -4 m 2
Longueur moyenne de la ligne magnétique : la = (D + d) / 2 = (2,8 + 1,6) ⋅10 -2 / 2 = 6,9 ⋅ 10 -2 m
Facteur d'inductance : A L = 4 π 10 -7 2000 0,54 10 -4 / 6,9 10 -2 = 1963 nH / vit 2

Inductance primaire minimale : L = 10 250 / (2π ⋅ 3 ⋅ 10 4) = 13,3 mH
Nombre de tours: n = (13,3 10 -3 / 1,963 ⋅ 10 -6) 1/2 = 82 C'est encore moins que précédemment calculé n min = 87.
Ainsi, la condition d'inductance suffisante est satisfaite et le nombre de spires dans l'enroulement est n = 87.

4. Quelles ferrites peuvent être utilisées et pourquoi ?

Comme vous le savez, le noyau d'un transformateur agit comme un concentrateur d'énergie électromagnétique. Plus l'induction admissible est élevée B et la perméabilité magnétique , plus la densité de l'énergie transmise est grande et plus le transformateur est compact. La perméabilité magnétique la plus élevée est possédée par le soi-disant. ferromagnétiques - divers composés de fer, de nickel et d'autres métaux.

Le champ magnétique est décrit par deux grandeurs : l'intensité H (proportionnelle au courant d'enroulement) et l'induction magnétique B (caractérise l'action de force du champ dans le matériau). La relation entre B et H est appelée la courbe d'aimantation de la substance. Dans les ferroaimants, il a caractéristique intéressante- hystérésis (retard grec) - lorsque la réponse instantanée à l'impact dépend de son bruit de fond.

Après avoir quitté le point zéro (cette section est appelée courbe de magnétisation principale), les champs commencent à suivre une certaine courbe fermée (appelée boucle d'histosis). Des points caractéristiques sont marqués sur la courbe - induction à saturation B s, induction résiduelle B r et force coercitive H c.

Fig. 1. Propriétés magnétiques des ferrites. A gauche se trouve la forme de la boucle d'hystérésis et ses paramètres. A droite se trouve la courbe principale d'aimantation de la ferrite 1500NM3 à différentes températures et fréquences : 1 - 20 kHz, 2 - 50 kHz, 3 - 100 kHz.

Selon les valeurs de ces quantités, les ferroaimants sont classiquement divisés en durs et mous. Les premiers ont une boucle d'hystérésis large, presque rectangulaire et sont bons pour aimants permanents... Et des matériaux avec une boucle étroite sont utilisés dans les transformateurs. Le fait est qu'il existe deux types de pertes dans le noyau du transformateur - électriques et magnétiques. Les électriques (pour l'excitation des courants de Foucault) sont proportionnels à la conductivité du matériau et à la fréquence, mais le magnétique le moins, le moins de superficie boucles d'hystérésis.

Les ferrites sont des poudres pressées d'oxydes de fer ou d'autres ferromagnétiques frittées avec un liant céramique. Ce mélange combine deux propriétés opposées - une perméabilité magnétique élevée du fer et une mauvaise conductivité des oxydes. Cela minimise les pertes électriques et magnétiques et permet aux transformateurs de fonctionner à des fréquences élevées. Les propriétés fréquentielles des ferrites sont caractérisées par la fréquence critique f c, à laquelle la tangente de perte atteint 0,1. Thermique - Température de Curie T c, à laquelle μ diminue brusquement à 1.

Les ferrites domestiques sont marquées de chiffres indiquant la perméabilité magnétique initiale et de lettres indiquant la gamme de fréquences et le type de matériau.
La ferrite nickel-zinc basse fréquence la plus courante, désignée par les lettres НН. A une faible conductivité et une fréquence f c relativement élevée. Mais il a des pertes magnétiques importantes et une température de Curie basse.
La ferrite nickel-manganèse est désignée NM. Sa conductivité est plus élevée, donc f c est faible. Mais les pertes magnétiques sont faibles, la température de Curie est plus élevée, on craint moins les chocs mécaniques.
Parfois, dans le marquage des ferrites, ils mettent un chiffre supplémentaire 1, 2 ou 3. Habituellement, plus il est élevé, plus la ferrite est stable en température.

Quelles nuances de ferrite nous intéressent le plus ?

La ferrite thermostable 1500NM3 avec fc = 1,5 MHz, Bs = 0,35..0.4 T et Tc = 200 ℃ est bonne pour les équipements de conversion.

Pour les applications spéciales, la ferrite 2000HM3 est produite avec une désamuration normalisée (stabilité temporaire de la perméabilité magnétique). Il a fc = 0,5 MHz, Bs = 0,35..0.4 T et Tc = 200 ℃.

Les ferrites de la série HMC ont été développées pour des transformateurs puissants et compacts. Par exemple 2500НМС1 avec Bs = 0,45 T et 2500НМС2 avec Bs = 0,47 T. Leur fréquence critique est fc = 0,4 MHz, et la température de Curie Tc > 200 ℃.

Quant à l'induction admissible B m, ce paramètre est réglable et n'est pas normalisé dans la littérature. En gros, vous pouvez considérer Bm = 0,75 Vs min... Pour les ferrites nickel-manganèse, cela donne environ 0,25 Tesla. Compte tenu de la baisse de B s aux températures élevées et due au vieillissement dans les cas critiques, il vaut mieux s'assurer et réduire B m à 0,2 T.

Les principaux paramètres des ferrites courantes sont résumés dans le tableau 3.

Tableau 3. Paramètres de base de certaines ferrites

Marque	100NN	400NN	600NN	1000NN	2000NN	2000 NM	1000NM3	1500NM1	1500NM3
commencer	80..120	350..500	500..800	800..1200	1800..2400	1700..2500	800..1200	1200..1800	1200..1800
fc, MHz	7	3,5	1,5	0,4	0,1	0,5	1,8	0,7	1,5
Tc,	120	110	110	110	70	200	200	200	200
Bs, T	0,44	0,25	0,31	0,27	0,25	0,38..0,4	0,33	0,35..0,4	0,35..0,4

5. À quel point le noyau sera-t-il chaud ?

Pertes magnétiques.

À une fréquence inférieure à la fс critique, les pertes d'énergie dans un aimant sont principalement composées de pertes d'inversion d'aimantation, tandis que les pertes par courants de Foucault peuvent être négligées.
L'expérience et la théorie montrent que la perte d'énergie par unité de volume (ou de masse) dans un cycle d'inversion de magnétisation est directement proportionnelle à
la zone de la boucle d'hystérésis. Par conséquent, la puissance des pertes magnétiques :

P H = P 0 V f (8)

Où P 0- pertes spécifiques par unité de volume (mesurées à la fréquence f 0 par induction B 0) ,V Est le volume de l'échantillon.

Cependant, avec l'augmentation de la fréquence, l'induction de saturation diminue, la boucle d'hystérésis se déforme et les pertes augmentent. Pour tenir compte de ces facteurs, Steinmetz (C. P. Steinmetz, 1890-1892) a proposé une formule empirique :

P H = P 1 m ⋅ (f / f 1) α (B / B 1) β (9)

D'accord que f 1 = 1 kHz, B 1 = 1 T; grandeurs P 1, , β indiquer dans l'ouvrage de référence.

Tableau 5. Pertes spécifiques dans certaines ferrites

Marque	1500NM3	2000NM1-A, B		2000NM3	2000NM-17		3000NM-A	6000NM-1
F	-	0,4..100 kHz	0.1..1MHz	-	0,4..100 kHz	0.1..1MHz	0.4..200 kHz	20..50kHz	50..100 kHz
P 1, W / kg	23,2	32 ± 7	13 ± 3	44,6	63 ± 10	25 ± 4	48 ± 8	11 ± 2	38 ± 0,8
α	1,2	1,2	1,4	1,3	1,2	1,4	1,2	1,35	1,6
β	2,2	2,4		2,7	2,85	2,76	2,69	2,6

Perte de cuivre.

Pertes ohmiques dans l'enroulement primaire à température ambiante et sans tenir compte de l'effet de peau :

P M1 = I 2 eff (ρ / Sm) ((D - d) + 2h) n 1 (10)

Où j'eff- courant effectif, D - extérieur, d - diamètre intérieur de l'anneau, h - sa hauteur en mètres; n 1 est le nombre de tours ; SM - section transversale fils, en mm 2; = 0,018 Ohm mm 2 / m résistivité le cuivre.

Pertes totales dans tous les enroulements à des températures élevées environnement:

P M = (P M1 + P M2 + ..) (1 + 0,004 (T-25 o C)) (11)

Pertes totales dans le transformateur.

P = P H + P M (12)

Température de surchauffe estimée pendant la convection naturelle :

ΔT = P Σ / (α m École) (13)

Où m = (10..15) -4 W / cm 2 o С, École = π / 2 (D 2 - d 2) + π h (D + d)

Exemple 3 :

Trouvons les pertes dans le transformateur des exemples 1 et 2. Pour simplifier, nous supposons que les enroulements secondaire et primaire sont les mêmes. Courant efficace
enroulement primaire Ieff = 0,4 A. Pertes en cuivre de l'enroulement primaire P M1 = 0,4 2 (0,018 / 0,08) (28 - 16 + 18) ⋅ 10 -3 ⋅ 87 0,1 W.
Pertes en cuivre des deux enroulements : PM = 0,2 W.

Selon les données de référence pour la ferrite 2000NM P 1 = 32 W/kg, = 1,2, = 2,4, la masse du noyau K28x16x9 est de 20 grammes.
Perte de ferrite : P H = 32 (30/1) 1,2 (0,25 / 1) 2,4 20 ⋅ 10 -3 = 1,36 W

Pertes totales dans le transformateur : P = 1,56 W... Efficacité approximative = (40 - 1,56) / 40 ⋅ 100 % 96 %

6. Comment prendre en compte les propriétés inertielles du transformateur ?

Figure 2. montré. Il comprend la résistance de la source r je, résistance de charge réduite R = n 2 R n ou R = P n / U 2 eff, où n = U 1 / U 2- rapport de transformation, Ueff- tension efficace de l'enroulement primaire.

Figure 2. Circuit équivalent du transformateur.

Les propriétés inertielles du transformateur déterminent la faible inductance de fuite L s, inductance magnétisante L(presque égale à l'inductance primaire L 1), capacité d'enroulement parallèle Cp(capacité dite dynamique) et capacité série entre les enroulements C n.

Comment les évaluer ?

L 1 calculé par la formule (5) ou mesuré expérimentalement.
Selon l'ordre de grandeur, l'inductance de fuite est L s ~ L 1 / μ... Capacité Cp est d'environ 1 pF par tour.

Le transformateur fonctionne comme un filtre passe-bande. Aux basses fréquences, c'est un filtre passe-haut avec une fréquence de coupure n = R / L μ.
Aux hautes fréquences, les éléments L s et Cp former un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure en ≈ (L s C p) -1/2.
Capacité série C n pas génial et n'affecte pratiquement pas le travail.

Le modèle a deux résonances caractéristiques.

Basse fréquence (résonance magnétisante) dans un circuit parallèle L Cp
Sa fréquence f μ (1/2 π) ⋅ (L μ C p) -1/2, et le facteur de qualité Q (r i || R) ⋅ (L μ / C p) -1/2 (14)

Haute fréquence (résonance de diffusion) dans le circuit formé par L s et Cp.
Sa fréquence fs (1/2 ) (L s C p) -1/2, et le facteur de qualité Q s (L s / C p) 1/2 / r i. (15)

Comment ces résonances affectent-elles ?

La réponse en fréquence du transformateur est similaire à la réponse en fréquence d'un filtre passe-bande, mais à son bord supérieur il y a une résonance f s donne un pic caractéristique.
La réponse aux impulsions dépend de l'allumage de la source et des valeurs des résistances.
Avec une faible résistance interne de la source r je seule la résonance apparaît f s sous la forme d'une "sonnerie" caractéristique aux fronts d'impulsion.
Si la source est connectée via un interrupteur, alors lorsqu'elle est ouverte, des oscillations intenses avec une fréquence de f

Figure 3. Un exemple de réponse en fréquence et de processus transitoire dans un transformateur. Son circuit équivalent est illustré ci-dessous à la figure 4.

7. Mesure expérimentale des paramètres d'un transformateur d'impulsions.

Pour l'échantillon, un anneau de ferrite de 3000NM de taille K10x6x2 a été prélevé. L'enroulement primaire était de 21 tours, le secondaire était de 14, le rapport de transformation n = 1,5, la résistance de charge était de 4,7 kΩ, la source était un générateur d'impulsions rectangulaire sur des microcircuits TTL avec un niveau de 6V, une fréquence de 1 MHz et un interne la résistance r je 200 Ohm.

Calculons les paramètres théoriques :
Sc = 4 10 -6 m 2, la = 25,13 10 -3 m, Théor A L = 600 nH / vit 2 , L 1théor = 0,6 21 2 = 265 μH , Théorie Ls 265/3000 = 0,09 μH , Avec p théor 21 + 14 = 35 pF.
Résistance de charge réduite R = n 2 Rн = 2,25 4,7 ~ 10 kΩ.

Résultats des mesures d'inductances à l'aide de l'appareil AKIP-6107 :
L 1 = 269 H , L 2 = 118 H, en court-circuitant l'enroulement secondaire, on obtient 2Ls = 6,8 H, ce qui est supérieur de deux ordres de grandeur à ses théories d'estimation.

La capacité dynamique Cp peut être estimée par la formule (15) en appliquant des impulsions rectangulaires au transformateur et en mesurant avec un oscilloscope la période d'oscillation de la "sonnerie" aux fronts d'impulsion à la sortie de l'enroulement secondaire. La fréquence de sonnerie fs s'est avérée être de 18,5 MHz, ce qui donne Cp 21 pF et est en bon accord avec l'estimation théorique.
Pour comparaison avec l'expérience, le circuit équivalent avec les paramètres mesurés a été simulé dans le programme LT Spice.

Figure 4. Modèle de transformateur. Vout est la tension réduite, la tension réelle sera n fois inférieure.

Figure 5. Résultats expérimentaux. L'échelle de l'échelle verticale est de 1 volt par division.

Ainsi, le modèle construit sur la base de la mesure L , L s et C p est en bon accord avec l'expérience.
Une estimation théorique de la capacité de 1 pF par tour pour les petits anneaux est acceptable, mais l'estimation de l'inductance de fuite est de deux ordres de grandeur différente de la valeur réelle. Il est plus facile de le déterminer par l'expérience.

Annexe 1. Dérivation de la formule du nombre de tours.

Lorsque la tension est appliquée U un EMF d'induction apparaîtra sur l'enroulement en elle E : U = -E = n Sc dB / dt

Pour tension sinusoïdale avec amplitude Euh : Um = n Sc Bm

Où est le nombre de tours n = Um / (Sc Bm)

En exprimant la fréquence circulaire en termes de fréquence habituelle, et l'aire en cm 2, on obtient la formule d'ingénierie : n = 0,16 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Pour valeur de tension rectangulaire Euh : dB = dt Um / (n Sc)

En intégrant dans le temps de 0 à T/2 et en tenant compte du fait que dans la moitié de la période le champ passera de -Bm à +Bm, on obtient : 2Bm = (T / 2) Um / (n Sc)

En exprimant la période en termes de fréquence, et l'aire en cm 2, on obtient la formule d'ingénierie : n = 0,25 ⋅10 4 / (f Bm Sc)

Il convient aux deux cas.

Annexe 2. Dérivation de la formule de la puissance globale du transformateur.

Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la relation entre la tension sur la bobine et la variation de l'induction magnétique :

U dt = n Sc dB

Pendant le temps de 0 à T/2, l'induction passera de -Bm à + Bm, en intégrant dans ces limites, on obtient :

U cf = 4 n Sc Bm f

Où : $$ U_ (cp) = (2 \ sur T) \ int_0 ^ (T / 2) U dt $$

Mais les appareils ne mesurent pas la moyenne, mais la tension effective, qui équivaut à une énergie constante. Le lien entre la moyenne et l'acteur
la tension donne le rapport hauteur/largeur kf = Ueff / Ucf... Pour un méandre, c'est 1, pour un sinus 1.11.
D'où la tension effective de la bobine :

Ueff = 4 k f n Sc Bm f

Nous estimons la puissance globale à partir des considérations suivantes. La fréquence f n'est pas grande, les pertes par courants de Foucault et inversion de magnétisation sont faibles et la puissance
limitée par la surchauffe du bobinage. il est défini densité maximale courant j, le même pour les deux enroulements.
Définissons la puissance globale comme une demi-somme des puissances des enroulements primaire et secondaire.

Pgab = (P 1 + P 2) / 2 = (U eff1 I 1 + U eff2 I 2) / 2 = j (S 1 n 1 + S 2 n 2) 4 k f Sc Bm / 2 où S 1 et S 2 sont les aires de la spire des enroulements primaire et secondaire.

Cela peut être écrit en termes de surface de cuivre Sm :

Pgab = 2 k f f Sc Sm Bm j

La zone de cuivre est associée au facteur de remplissage de la fenêtre σ = Sm / S 0.
Sigma est une sorte de coefficient empirique, égal à un minimum de 0,15 pour un enroulement monocouche et un maximum de 0,4 pour un multicouche (il ne s'adaptera plus).
En conséquence, notre formule ressemble à :

Pgab = 2 k f f Sc S 0 Bm j

Toutes les quantités ici sont en SI.

Supposons que la tension ait la forme d'un méandre, k f = 1. En choisissant la densité de courant j = 2,2 A / mm 2,
le facteur de remplissage σ = 0,15, exprimant l'aire en cm 2 , Bm en T, la fréquence en Hz, on obtient la formule de calcul :

Pgab = Sc S 0 f Bm / 150

Comme vous pouvez le voir, cette formule est dérivée avec une grande marge, vous pouvez réellement obtenir plus de puissance du transformateur.

Littérature.

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Et pourtant j'étais invité ! Désormais, les articles seront traités plus rapidement. Au départ, je voulais faire le circuit d'un bloc comme sujet de la prochaine partie, mais pourquoi attendre ? Mais ensuite je me suis souvenu de ma jeunesse scolaire et du très gros problème auquel j'étais confronté - comment fabriquer un appareil qui m'était inconnu à l'époque - transformateur d'impulsions ... Dix ans se sont écoulés et je comprends que beaucoup (et pas seulement les débutants) des radioamateurs, des électroniciens et des étudiants ont de telles difficultés - ils en ont simplement peur et, par conséquent, ils essaient d'éviter les puissantes alimentations à découpage (ci-après IIP).
Après ces réflexions, je suis arrivé à la conclusion que le premier sujet devait porter sur le transformateur et rien d'autre ! Je voudrais également faire une réserve : ce que j'entends par le concept de "SMPS puissant" est une puissance à partir de 1 kW et plus, ou dans le cas des amateurs d'au moins 500 watts.

Figure 1 - Voici un tel transformateur de 2 kW pour le pont en H, nous l'obtiendrons au final

Grande bataille ou quel matériel choisir ?

Une fois, après avoir introduit la technologie des impulsions dans mon arsenal, j'ai pensé que les transformateurs ne peuvent être fabriqués qu'en ferrite à la disposition de tous. Après avoir assemblé les premiers dessins, la première chose que j'ai décidé de les présenter à la cour de camarades plus expérimentés et très souvent j'ai entendu la phrase suivante : "Votre ferrite n'est pas la meilleure meilleur matériel pour l'impulsion "... Immédiatement, j'ai décidé de leur demander quelle sorte d'alternative pourrait lui être opposée et ils m'ont dit - alsifer ou comme on l'appelle aussi Sindast.

Pourquoi est-ce si bon et est-ce vraiment mieux que la ferrite ?

Vous devez d'abord décider ce qu'un matériau presque idéal pour un transformateur devrait être capable de faire :
1) devrait être magnétiquement doux, c'est-à-dire qu'il est facile de magnétiser et de démagnétiser :

Figure 2 - Cycles d'hystérésis des ferroaimants : 1) cycle dur, 2) cycle doux

2) le matériau doit avoir l'induction de saturation la plus élevée possible, ce qui permettra soit de réduire les dimensions du noyau, soit d'augmenter la puissance tout en les maintenant.

Saturation

Le phénomène de saturation du transformateur est que, malgré l'augmentation du courant dans l'enroulement, Flux magnétique dans le noyau, ayant atteint une certaine valeur maximale, alors ne change pratiquement pas.
Dans un transformateur, le mode de saturation conduit au fait que le transfert d'énergie de l'enroulement primaire vers l'enroulement secondaire est partiellement arrêté. Le fonctionnement normal du transformateur n'est possible que lorsque le flux magnétique dans son noyau change proportionnellement à la variation du courant dans l'enroulement primaire. Pour remplir cette condition, il faut que le noyau ne soit pas dans un état de saturation, et cela n'est possible que lorsque son volume et sa section ne sont pas inférieurs à une valeur bien définie. Par conséquent, plus la puissance du transformateur est élevée, plus son noyau doit être gros.

3) le matériau doit avoir les pertes d'inversion de magnétisation et les courants de Foucault les plus faibles possibles

4) les propriétés du matériau ne doivent pas beaucoup changer sous des influences extérieures : forces mécaniques (compression ou traction), changements de température et d'humidité.

Considérons maintenant les propriétés de la ferrite et dans quelle mesure elle répond aux exigences ci-dessus.

La ferrite est un semi-conducteur, ce qui signifie qu'elle a sa propre haute résistance électrique... Cela signifie qu'aux hautes fréquences, les pertes par courants de Foucault (courants Foucault) sera assez faible. Il s'avère qu'au moins une des conditions de la liste ci-dessus est déjà remplie. Passez…
Les ferrites sont thermiquement stables et instables, mais ce paramètre n'est pas déterminant pour le SMPS. Il est important que les ferrites fonctionnent de manière stable dans la plage de température de -60 à +100 °C, et ce, pour les marques les plus simples et les moins chères.

Figure 3 - Courbe d'aimantation à une fréquence de 20 kHz à différentes températures

Et enfin, le point le plus important - sur le graphique ci-dessus, nous avons vu un paramètre qui déterminera presque tout - induction de saturation... Pour la ferrite, il est généralement pris comme 0,39 Tesla. Il vaut la peine de se rappeler que lorsque conditions différentes- ce paramètre va changer. Cela dépend à la fois de la fréquence et de la température de fonctionnement et d'autres paramètres, mais un accent particulier doit être mis sur les deux premiers.

Sortir: ferrite nishtyak ! super pour nos tâches.

Quelques mots sur alsifer et en quoi il diffère

1) alsifer fonctionne dans une plage de températures légèrement plus large : de -60 à +120 o C - est-ce adapté ? Encore mieux que la ferrite !
2) le coefficient de perte pour l'hystérésis dans alsifer n'est constant que dans les champs faibles (à faible puissance), dans un champ puissant, ils croissent et très fortement - c'est un inconvénient très grave, surtout à des puissances supérieures à 2 kW, il perd donc ici.
3) induction de saturation jusqu'à 1,2T !, 4 fois plus que la ferrite ! - paramètre principal et donc ça dépasse, mais tout n'est pas si simple ... Bien sûr cette dignité n'ira nulle part, mais le point 2 l'affaiblit et beaucoup - définitivement un plus.

Sortir: alsifer est meilleur que ferrite, ils ne m'ont pas menti à propos de ce type.

Résultat de la bataille : tous ceux qui liront la description ci-dessus nous diront alsifer, donnez-nous ! Et à juste titre... mais essayer de trouver un noyau alsifer d'une puissance globale de 10 kW ? Ici, généralement, une personne se retrouve dans une impasse, il s'avère qu'elle n'est pas vraiment en vente, et s'il y en a, alors commandez directement auprès du fabricant et le prix vous fera peur.
Il s'avère que l'on utilise de la ferrite, surtout si on l'évalue dans son ensemble, elle perd très peu... la ferrite est estimée par rapport à l'alsifer en "8 perroquets sur 10."

Je voulais me tourner vers mon matan bien-aimé, mais j'ai décidé de ne pas le faire, parce que Je pense que +10 000 caractères pour l'article sont redondants. Je ne peux que recommander un livre avec de très bons calculs de B. Semenov "L'électronique de puissance : du simple au complexe". Je ne vois pas l'intérêt de refaire ses calculs avec quelques ajouts.

On procède donc au calcul et à la fabrication du transformateur

Tout d'abord, je voudrais rappeler immédiatement un moment très grave - l'écart dans le noyau. Il peut "tuer" toute la puissance ou en ajouter 30-40% de plus. Je veux te rappeler ce que nous faisons transformateur pour pont en H, et il fait référence aux - convertisseurs directs (forward en bourgeois). Cela signifie que l'écart doit idéalement être de 0 mm.
Une fois, alors que j'étudiais un cours pour 2-3, j'ai décidé de collectionner inverseur de soudage, s'est tourné vers la topologie des onduleurs Kemppi. Là, j'ai vu un écart de 0,15 mm dans les transformateurs. Il est devenu intéressant de savoir ce pour quoi il était. Je n'ai pas approché les enseignants, mais j'ai pris et appelé le bureau de représentation russe de Kemppi ! Que perdre ? A ma grande surprise, j'ai été mis en relation avec un ingénieur circuit et il m'a expliqué quelques points théoriques qui m'ont permis de « ramper » au-delà du plafond de 1 kW.
Si en bref - un écart de 0,1-0,2 mm est indispensable ! Cela augmente la vitesse de démagnétisation du noyau, ce qui permet de pomper plus de puissance à travers le transformateur. L'effet maximum d'un tel truc avec les oreilles de l'écart atteint en topologie "Pont oblique", là l'introduction d'un écart de 0,15 mm donne une augmentation de 100% ! Dans notre pont en H cette augmentation est plus modeste, mais je pense que 40-60% n'est pas mal non plus.

Pour faire un transformateur, nous avons besoin de l'ensemble suivant :

UNE)
Figure 4 - Noyau de ferrite E70 / 33/32 en matériau 3C90 (analogue légèrement meilleur de N87)

B)
Risukok 5 - Cadre pour le noyau E70 / 33/32 (celui qui est le plus gros) et le starter D46 en fer pulvérisé

La puissance globale d'un tel transformateur est de 7,2 kW. Nous avons besoin d'une telle marge pour assurer des courants d'appel 6 à 7 fois supérieurs aux courants nominaux (600 % selon la spécification technique). De tels courants de démarrage ne sont vrais que pour moteurs asynchrones, mais tout doit être pris en compte !
Soudain, un certain starter "fait surface", il sera nécessaire dans notre schéma ultérieur (jusqu'à 5 pièces) et a donc décidé de montrer comment le remonter.

Ensuite, vous devez calculer les paramètres d'enroulement. J'utilise un programme d'un ami bien connu dans certains cercles Starichok51 ... Une personne avec de grandes connaissances et toujours prête à enseigner et à aider, pour laquelle grâce à lui - en son temps, a aidé à prendre le bon chemin. Le programme s'appelle - Excellent IT 8.1 .

Je donne un exemple de calcul pour 2 kW :

Figure 6 - Calcul d'un transformateur d'impulsions sur un circuit en pont pour un élévateur de 2 kW

Comment calculer:

1) Surligné en rouge. Voici les paramètres d'entrée qui sont généralement définis par défaut :
a) induction maximale. N'oubliez pas que pour la ferrite, c'est 0,39 T, mais notre transformateur fonctionne à une fréquence suffisamment élevée, donc le programme définit lui-même 0,186. C'est l'induction de saturation dans les pires conditions, y compris le chauffage jusqu'à 125 degrés
b) la fréquence de conversion, elle est fixée par nos soins et comment elle est déterminée sur le schéma sera dans les articles suivants. Cette fréquence doit être comprise entre 20 et 120 kHz. Si moins, nous entendrons la transe fonctionner et siffler, si supérieur puis nos clés (transistors) aura de grandes pertes dynamiques. Et même les commutateurs IGBT coûteux fonctionnent jusqu'à 150 kHz
c) coeff. le remplissage de la fenêtre est un paramètre important, car l'espace sur le cadre et le noyau est limité, vous ne devez pas le dépasser à 0,35, sinon les enroulements ne s'adapteront pas
d) densité de courant - ce paramètre peut aller jusqu'à 10 A / mm 2. C'est le courant maximum qui peut circuler dans le conducteur. La valeur optimale est de 5-6 A/mm 2 - dans des conditions de fonctionnement sévères : mauvais refroidissement, emploi permanentà pleine charge et ainsi de suite. 8-10 A / mm 2 - peut être réglé si votre appareil est idéalement ventilé et que plusieurs glacières coûtent plus de 9 000.
e) nourriture à l'entrée. Parce que nous calculons le transformateur pour DC-> DC 48V à 400V, puis nous définissons la tension d'entrée comme calculée. D'où vient le chiffre. À l'état déchargé, la batterie donne 10,5 V, décharge supplémentaire - réduisez la durée de vie, multipliez par le nombre de batteries (4 pièces) et obtenez 42 V. Prenons avec une marge de 40V. 48V est tiré du produit 12V * 4 pcs. 58V est pris en considération qu'à l'état chargé la batterie a une tension de 14,2-14,4V et, par analogie, multiplie par 4.

2) Surligné en bleu.
a) on met 400V, car c'est une réserve pour retour d'information pour la tension et pour couper le sinus, un minimum de 342V est requis
b) courant nominal. Nous choisissons parmi les considérations 2400 W / 220 (230) V = 12A. Comme vous pouvez le voir, partout je fais un stock d'au moins 20%. C'est ce que fait tout fabricant de matériel de qualité qui se respecte. En URSS, une telle réserve était une référence de 25% même pour les conditions les plus difficiles. Pourquoi 220 (230) V est la tension à la sortie d'un sinus pur.
c) courant minimal. Sélectionné dans des conditions réelles, ce paramètre affecte la taille de la self de sortie, par conséquent, plus le courant minimum est élevé, plus la self est petite, et donc moins cher l'appareil. Encore une fois, j'ai choisi la pire option 1A, c'est un courant pour 2-3 ampoules ou 3-4 routeurs.
d) chute sur les diodes. Parce que on aura des diodes ultra-rapides en sortie, alors la chute sur celles-ci est de 0,6V dans les pires conditions (la température est dépassée).
e) diamètre du fil. J'ai acheté une fois une bobine de cuivre de 20 kg pour un tel boîtier et juste avec un diamètre de 1 mm. Ici, nous mettons celui que vous avez. Seulement je vous déconseille de mettre plus de 1,18 mm, tk. l'effet de peau commencera à apparaître

Effet sur la peau

Effet de peau - l'effet de diminuer l'amplitude des ondes électromagnétiques lorsqu'elles pénètrent profondément dans le milieu conducteur. En raison de cet effet, par exemple, courant alternatif la haute fréquence, lorsqu'elle traverse le conducteur, n'est pas répartie uniformément sur la section, mais principalement dans la couche de surface.
Si nous ne parlons pas comme Google, mais dans ma langue de ferme collective, alors si nous prenons un conducteur de grande section, il ne sera pas pleinement utilisé, car des courants à une fréquence plus élevée circulent sur la surface, et le centre du conducteur sera "vide"

3) Surligné en vert. Tout est simple ici - nous prévoyons d'avoir une topologie "full bridge" et de la choisir.

4) Surligné en orange. Il y a un processus de choix d'un noyau, tout est intuitif. Un grand nombre de les noyaux standard sont déjà dans la bibliothèque, comme la nôtre, mais si cela peut être ajouté en entrant les dimensions.

5) Surligné en violet. Paramètres de sortie avec calculs. J'ai surligné le coefficient dans une fenêtre séparée. remplissez la fenêtre, rappelez-vous - pas plus de 0,35, et de préférence pas plus de 0,3. Toutes les valeurs nécessaires sont également données: le nombre de tours pour les enroulements primaire et secondaire, le nombre de fils d'un diamètre préalablement spécifié dans la "tresse" pour l'enroulement.
Les paramètres pour le calcul ultérieur de la self de sortie sont également indiqués : inductance et ondulation de tension.

Maintenant, vous devez calculer la self de sortie. Il est nécessaire pour lisser l'ondulation, ainsi que pour créer un courant "uniforme". Le calcul est effectué dans le programme du même auteur et il s'appelle DrosselRing 5.0... Je vais donner un calcul pour notre transformateur :

Figure 7 - Calcul de la self de sortie pour le convertisseur DC-DC boost

Dans ce calcul, tout est plus simple et plus clair, il fonctionne selon le même principe que les données de sortie : le nombre de spires et le nombre de fils dans la tresse.

Étapes de fabrication

Maintenant, nous avons toutes les données pour fabriquer un transformateur et un starter.
La règle principale de l'enroulement d'un transformateur d'impulsions est que tous les enroulements, sans exception, doivent être enroulés dans un seul sens !

Étape 1:

Figure 8 - Le processus d'enroulement de l'enroulement secondaire (haute tension)

Nous enroulons sur le cadre le nombre de tours requis en 2 fils d'un diamètre de 1 mm. Nous nous souvenons du sens de l'enroulement, ou mieux, nous le marquons avec un marqueur sur le cadre.

Étape 2 :

Figure 9 - On isole l'enroulement secondaire

Nous isolons l'enroulement secondaire avec un ruban en plastique fluoré de 1 mm d'épaisseur, un tel isolant résiste à au moins 1000 V. Nous l'imprégnons également de vernis, c'est + 600 V à l'isolant. S'il n'y a pas de ruban fluoroplastique, nous l'isolons avec la fumée de plomberie habituelle en 4 à 6 couches. C'est le même fluoroplastique, seulement 150-200 microns d'épaisseur.

Étape 3 :

Figure 10 - On commence à enrouler le bobinage primaire, on soude les fils au châssis
Nous enroulons l'enroulement dans un sens avec l'enroulement secondaire !

Étape 4 :

Figure 11 - On fait ressortir la queue du bobinage primaire

Serrez l'enroulement, isolez-le également avec du ruban fluoroplastique. Il est également conseillé de les imbiber de vernis.

Étape 5 :

Figure 12 - Saturer de vernis et souder la "queue". Le bobinage est terminé.
Étape 6 :

Figure 13 - Nous complétons le bobinage et l'isolation du transformateur avec du ruban de maintien avec imprégnation finale en vernis

Bande de maintien

Ruban de maintien - tresse en coton (moins souvent en soie ou semi-soie) en tissu de maintien d'une largeur de 8 à 50 mm, sergé ou tissage en diagonale; durs, blanchissants ou teints unis. Le matériau du ruban est différent haute densité en raison du tissage, il est plus épais que celui de son analogue le plus proche - le ruban uni - en raison de l'utilisation de fils plus épais.
Merci Wikipédia.

Étape 7 :

Figure 14 - Voici à quoi ressemble la version finie du transformateur

Un écart de 0,15 mm est établi pendant le processus de collage en insérant un film approprié entre les moitiés du noyau. La meilleure voie- film pour impression. Le noyau est collé avec de la colle (bonne) ou une résine époxy... La 1ère option est depuis des siècles, la 2ème permet, si quelque chose arrive, de démonter le transformateur sans l'endommager, par exemple, si vous avez besoin d'enrouler plus de bobinage ou d'ajouter des spires.

Bobinage de starter

Maintenant, par analogie, il est nécessaire d'enrouler le starter, bien sûr, l'enroulement sur le noyau toroïdal est plus difficile, mais cette option sera plus compacte. Toutes les données que nous avons du programme, le matériau de base est du fer pulvérisé ou permalloy. L'induction de saturation pour ce matériau est de 0,55 T.

Étape 1:

Figure 15 - Enveloppez l'anneau avec du ruban adhésif fluoré

Cette opération permet d'éviter le cas avec une panne du bobinage sur le noyau, c'est rare, mais nous le faisons nous-mêmes pour la qualité !

Étape 2 :

Figure 16 - Nous enroulons le nombre de tours requis et isolons

Dans ce cas, le nombre de tours ne rentre pas dans une couche d'enroulement. Par conséquent, après avoir enroulé la première couche, il est nécessaire de polir et d'enrouler la deuxième couche, suivie de l'isolation.

Étape 3 :

Figure 17 - Isoler après la deuxième couche et imbiber de vernis

Épilogue

J'espère que mon article vous apprendra le processus de calcul et de fabrication d'un transformateur d'impulsions, ainsi que quelques concepts théoriques sur son fonctionnement et les matériaux à partir desquels il est fabriqué. J'ai essayé de ne pas alourdir cette partie de théorie inutile, tout est réduit au minimum et me concentre exclusivement sur des points pratiques. Et plus important encore, sur les caractéristiques clés qui affectent les performances, telles que le jeu, les directions d'enroulement, etc.
À suivre...

Balises : ajouter des balises

Les alimentations à découpage, de plus en plus courantes dans la pratique radioamateur en raison de leur coefficient élevé action utile, de petites dimensions et poids, nécessitent généralement le calcul d'un ou plusieurs (par le nombre d'étages) transformateurs. Ceci est dicté par le fait que les valeurs du nombre de spires, leur diamètre, données dans la littérature, ne coïncident souvent pas avec les données de sortie souhaitées de la source d'alimentation assemblée ou projetée, ou des anneaux de ferrite ou des transistors disponibles pour les radioamateurs ne correspondent pas à ceux donnés dans le circuit.
La littérature propose une méthode simplifiée de calcul des transformateurs pour les alimentations à découpage. Commande générale le calcul du transformateur d'une alimentation à découpage est le suivant :
1. Calculer (en W) la puissance utilisée du transformateur
Risp. = 1, ЗРн, où Рн - puissance consommée par la charge.
2. Sélectionnez un noyau magnétique toroïdal en ferrite qui satisfait la condition Pgab> Pisp., Where Pgab. - puissance globale du transformateur, W, calculée comme :

Où d - diamètre extérieur anneau de ferrite, cm; d — diamètre intérieur ; h est la hauteur de l'anneau ; f est la fréquence du convertisseur, Hz ; Bmax est la valeur maximale de l'induction (en Tesla), qui dépend du grade de ferrite et est déterminée à partir de l'ouvrage de référence.
3. Réglage de la tension sur l'enroulement primaire du transformateur
U1 est déterminé avec arrondi.
le nombre de ses tours :

Pour un convertisseur demi-pont U1 = Upit / 2-UKEnas, où Upit est la tension d'alimentation du convertisseur, UKEnas est la tension de saturation du collecteur-émetteur des transistors VT1, VT2.
4. Déterminer le courant maximal de l'enroulement primaire (en A) :

Où est le rendement du transformateur (généralement 0,8).
5. Déterminer le diamètre du fil de bobinage primaire (en mm) :

6. Trouvez le nombre de tours et le diamètre du fil de l'enroulement de sortie (secondaire) :

M.A. Choustov ; « Circuits pratiques. Convertisseurs de tension " ; Altex-A, 2002

Divers types d'équipements de transformation sont utilisés dans les circuits électroniques et électriques, qui sont en demande dans de nombreux domaines. activité économique... Par exemple, les transformateurs d'impulsions (ci-après dénommés IT) sont un élément important installé dans presque toutes les alimentations électriques modernes.

Conception (types) de transformateurs d'impulsions

En fonction de la forme du noyau et de l'emplacement des bobines dessus, l'informatique est produite dans les conceptions suivantes :

Les chiffres indiquent :

A - circuit conducteur magnétique constitué de nuances d'acier de transformateur, réalisé par la technologie des métaux laminés à froid ou à chaud (à l'exception d'un noyau toroïdal, il est en ferrite);
B - bobine en matériau isolant
C - fils qui créent un couplage inductif.

Notez que l'acier électrique contient peu d'additifs de silicium, car il provoque une perte de puissance sous l'effet des courants de Foucault sur le circuit magnétique. Dans la conception toroïdale IT, le noyau peut être en bobine ou en acier ferrimagnétique.

Les plaques pour l'ensemble du noyau électromagnétique sont choisies en épaisseur en fonction de la fréquence. Avec une augmentation de ce paramètre, il est nécessaire d'installer des plaques avec une épaisseur plus faible.

Principe d'opération

La principale caractéristique des transformateurs d'impulsions (ci-après dénommés IT) est qu'ils sont alimentés en impulsions unipolaires avec une composante de courant constante, et donc le circuit magnétique est dans un état de magnétisation constante. Vous trouverez ci-dessous un schéma de principe de la connexion d'un tel appareil.

Schéma : connexion d'un transformateur d'impulsions

Comme vous pouvez le voir, le schéma de câblage est presque identique aux transformateurs conventionnels, ce qui ne peut pas être dit sur le chronogramme.

L'enroulement primaire reçoit des signaux impulsionnels de forme rectangulaire e (t) dont l'intervalle de temps est assez court. Cela provoque une augmentation de l'inductance pendant l'intervalle t u, après quoi sa diminution est observée dans l'intervalle (T-t u).

Les fluctuations de l'induction se produisent à un taux qui peut être exprimé en termes de constante de temps par la formule : τ p = L 0 / R n

Le coefficient décrivant la différence entre la chute inductive est déterminé comme suit : ∆В = В max - В r

B max est le niveau de la valeur d'induction maximale ;
B r est résiduel.

Plus clairement, la différence des inductions est représentée sur la figure montrant le déplacement du point de fonctionnement dans le circuit magnétique de l'IT.

Comme on peut le voir sur le chronogramme, la bobine secondaire a un niveau de tension U 2 , dans lequel il y a des rétro-alimentations. C'est ainsi que se manifeste l'énergie accumulée dans le circuit magnétique, qui dépend de l'aimantation (paramètre i u).

Les impulsions de courant traversant la bobine primaire sont de forme trapézoïdale, car les courants de charge et les courants linéaires (causés par l'aimantation du noyau) sont combinés.

Le niveau de tension dans la plage de 0 à t u reste inchangé, sa valeur e t = U m. Quant à la tension sur la bobine secondaire, elle peut être calculée à l'aide de la formule :

où:

Ψ - paramètre de liaison de flux ;
S est une valeur représentant la section transversale du noyau magnétique.

Considérant que la dérivée caractérisant les variations du courant traversant la bobine primaire est une valeur constante, l'augmentation du niveau d'induction dans le circuit magnétique se produit de manière linéaire. Sur cette base, il est permis, au lieu de la dérivée, d'introduire la différence d'indicateurs effectuée après un certain intervalle de temps, ce qui vous permet d'apporter des modifications à la formule:

dans ce cas, t sera identifié avec le paramètre t u, qui caractérise la durée de circulation de l'impulsion de tension d'entrée.

Pour calculer la surface de l'impulsion avec laquelle la tension est générée dans l'enroulement secondaire de l'IT, il est nécessaire de multiplier les deux parties de la formule précédente par t u. En conséquence, nous arriverons à une expression qui nous permet d'obtenir le paramètre informatique principal :

U m x t u = S x W 1 x

Notez que la valeur de la zone d'impulsion est directement proportionnelle au paramètre .

La deuxième valeur la plus importante qui caractérise le fonctionnement de l'IT est la chute d'induction, elle est influencée par des paramètres tels que la section transversale et la perméabilité du noyau magnétique, ainsi que le nombre de tours de la bobine :

Ici:

L 0 - chute d'induction;
µ a est la perméabilité magnétique du noyau ;
W 1 - le nombre de tours de l'enroulement primaire;
S est la section transversale du noyau ;
l cр - longueur (périmètre) du noyau (circuit magnétique)
Dans r - la valeur de l'induction résiduelle;
In max - le niveau de la valeur d'induction maximale.
Hm - Tension champ magnétique(maximum).

Considérant que le paramètre de l'inductance IT dépend entièrement de la perméabilité magnétique du noyau, lors du calcul, il est nécessaire de partir de la valeur maximale de µ a, qui est représentée par la courbe de magnétisation. Ainsi, dans le matériau constitutif du noyau, le niveau du paramètre B r, représentatif de l'induction résiduelle, doit être minimal.

Vidéo: Description détaillée le principe de fonctionnement d'un transformateur d'impulsions

Sur cette base, un ruban en acier de transformateur convient parfaitement au rôle de matériau de noyau informatique. Vous pouvez également utiliser du permalloy, qui a un facteur d'équerrage minimum.

Les noyaux en alliage de ferrite sont idéaux pour l'informatique haute fréquence car ce matériau a de faibles pertes dynamiques. Mais à cause de sa faible inductance, il est nécessaire de la rendre grande.

Calcul du transformateur d'impulsions

Considérons comment il est nécessaire de calculer IT. A noter que l'efficacité de l'appareil est directement liée à la précision des calculs. A titre d'exemple, prenons un circuit convertisseur classique dans lequel un IT toroïdal est utilisé.

Tout d'abord, nous devons calculer le niveau de puissance informatique, pour cela nous utilisons la formule : P = 1,3 x P n.

La valeur P n affiche la puissance consommée par la charge. Après cela, nous calculons la puissance globale (R gb), elle ne doit pas être inférieure à la puissance de charge :

Paramètres nécessaires au calcul :

S c - affiche la section transversale du noyau toroïdal;
S 0 - la zone de sa fenêtre (comme il semble, cette valeur et la précédente sont indiquées sur la figure);

B max est le pic d'induction maximal, il dépend de la nuance de matériau ferromagnétique utilisée (la valeur de référence est tirée de sources décrivant les caractéristiques des nuances de ferrite) ;
f est un paramètre caractérisant la fréquence à laquelle la tension est convertie.

L'étape suivante consiste à déterminer le nombre de spires de l'enroulement primaire Tr2 :

(le résultat est arrondi)

La valeur de U I est déterminée par l'expression :

U I = U / 2-U e (U est la tension alimentant le convertisseur ; U e est le niveau de tension fourni aux émetteurs des éléments transistorisés V1 et V2).

Nous procédons au calcul du courant maximal traversant l'enroulement primaire de l'IT:

Le paramètre est de 0,8, c'est l'efficacité avec laquelle notre convertisseur devrait fonctionner.

Le diamètre du fil utilisé dans le bobinage est calculé par la formule :

Si vous rencontrez des problèmes pour déterminer les principaux paramètres de l'informatique, vous pouvez trouver sur Internet des sites thématiques qui vous permettent de mode en ligne calculer tous les transformateurs d'impulsions.

Logiciel de calcul transformateurs d'impulsions convertisseurs de tension d'alimentation push-pull push-pull, pont et demi-pont.

Parmi les principaux avantages de Lite-CalcIT, il convient de noter une interface graphique pratique et compréhensible, le contrôle et la prise en compte de diverses caractéristiques des dispositifs électromagnétiques considérés, ainsi que la formation de résultats assez fiables.

Le logiciel considéré permet de calculer les diamètres fils de bobinage(en tenant compte de l'effet de peau - la profondeur de pénétration du courant dans le réseau de conducteurs à une certaine fréquence), les pertes de puissance dans le circuit magnétique, le nombre de tours dans les enroulements du transformateur et sa puissance globale, le courant magnétisant de l'enroulement primaire et son inductance, la surchauffe du circuit magnétique, et bien plus encore. Une caractéristique importante de Lite-CalcIT est la possibilité de sélectionner un circuit de redressement et la présence différentes options Contrôleurs PWM : TL494, SG3525, IR2153 et similaires. Il existe également deux manières de refroidir le transformateur : forcée et naturelle. La forme du noyau peut être de type E, ER, EI, ETD ou R, et la base du noyau est rechargeable. Les données sur les produits d'autres échantillons doivent être saisies indépendamment conformément à la documentation du fabricant. Lorsqu'un nouveau noyau est ajouté à la zone de liste déroulante, le programme ajoute automatiquement le préfixe de forme et le nom du matériau à son nom. Lite-CalcIT propose de calculer jusqu'à quatre enroulements secondaires d'un transformateur, et pour chaque enroulement secondaire, conformément aux figures, son propre circuit de redressement est indiqué. Lors de l'affichage des résultats du travail, ce logiciel donne non seulement les diamètres des fils, mais aussi le nombre de noyaux qui doivent être enroulés avec ces fils. En présence d'une alimentation bipolaire avec un point milieu, le nombre de tours pour chaque bras sera indiqué par le signe "+".

Des conseils contextuels sont placés sur les résultats de calcul individuels et les champs de saisie. De plus, si un certain nombre de paramètres dépassent les limites raisonnables (par exemple, le chauffage du noyau), ce logiciel en avertira l'utilisateur et limitera indépendamment un certain nombre de valeurs définies. Toutes les données du calcul précédent sont enregistrées au redémarrage du programme.

Ce logiciel est une version simplifiée du programme ExcellentIT et convient à ceux qui ne veulent pas bricoler avec un grand nombre de paramètres spécifiques différents (qui sont pris en moyenne par défaut). Cependant, cela entraîne une erreur de calcul plus élevée. Les principales différences par rapport version complète- impossibilité de calculer l'inductance de l'inductance de sortie, ainsi que d'enregistrer, de charger et d'imprimer les résultats du travail. Lorsque vous travaillez avec Lite-CalcIT, gardez à l'esprit que le diamètre du fil par vernis sera supérieur au diamètre entré par le cuivre.

L'auteur de ce logiciel est le programmeur domestique Vladimir Denisenko, qui vit dans la ville de Pskov. En plus d'ExcellentIT et de Lite-CalcIT, il a écrit plusieurs autres programmes pour déterminer les composants des bobines. divers appareils: Booster (sur mesure pour le calcul des régulateurs à découpage abaisseurs et élévateurs), Forward (transformateurs pour convertisseurs asymétriques directs) et Flyback (transformateurs d'arrêt pour convertisseurs flyback). L'auteur suit les souhaits des utilisateurs et améliore constamment le logiciel ci-dessus. Ses programmes sont devenus célèbres non seulement dans les pays l'ex-URSS mais aussi à l'étranger.

Lite-CalcIT est absolument gratuit. L'installation n'est pas requise pendant l'installation.

La langue d'interface du calculateur de transformateur d'impulsions considéré est le russe.

La taille du programme est inférieure à 1 Mo. Plateforme de travail - Système d'exploitation Microsoft Windows XP, Vista et 7 (testé en versions 32 et 64 bits). Lite-CalcIT fonctionne également sous Linux lorsqu'il est exécuté sous Wine.

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Diffusion du programme :libre

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