Как рассчитать импульсный трансформатор

Расчет импульсного трансформатора  тороидального типа

Они отличаются меньшими весом и размерами, чем аналогичные устройства, например, трансформатора с сердечником броневого типа. Для тороидальных трансформаторов характерно лучшее охлаждение и высокий КПД. Периметр сердечника позволяет распределить проводник обмотки более равномерно, что способствует уменьшению влияния  поля рассеяния, благодаря этому отпадает необходимость создания экранирования импульсного трансформатора.

Для расчета тороидального импульсного трансформатора с целью ускорить процесс и исключить случайную ошибку используют специально разработанную таблицу. Она, кстати, явилась прототипом автоматической программной версии расчета. Использование табличного расчета позволяет ускорить процесс и дает представление обо всех происходящих в работе импульсного трансформатора процессах. Расчет аналогичен расчету ИТ с броневым и бронестержневым Ш-образным сердечником.

Рис. №1. Таблица основных расчетов тороидальных импульсных трансформаторов,

Где:

  • Рr — габаритная мощность;
  • w1 – число витков на вольт для сердечника из сталей марки Э310, Э320;
  • w2 – число витков на 1 вольт на стальной сердечник марки Э340; Э350; Э360;
  • S – площадь поперечного сечения провода;
  • Δ – разрешенная плотность тока в катушке;
  • η – КПД тр-ра.

Первое действие проектирования импульсного трансформатора – выбор материала. Для большинства импульсных трансформаторов используется холоднокатаное стальное железо: Э310; Э320; Э380 с лентой толщиной до 0,5 мм. Если толщина ленты до 0,1 мм выбирается сталь Э340; Э350; Э360

Для намотки трансформаторов допускается использовать изоляцию снаружи и между обмоток. Изоляция, расположенная между слоями позволяет сделать укладку проводника ровным слоем, повышает толщину намотки в диаметре внутри сердечника.

 А – Магнитопроводный сердечник; С – Проводник для индуктивной связи.
Рис. №2.Форма конструкции сердечника тороидального импульсного трансформатора А – Магнитопроводный сердечник; С – Проводник для индуктивной связи.

Проводник должен быть выбран с высокой степенью прочности изоляции к механическим и электрическим воздействиям марок (ПЭЛШО; ПЭШО или провод ПЭВ-2). Для изоляции выбирается лакоткань, фторопластовая пленка (ПЭТФ) и батистовая лента.

Расчет импульсного трансформатора
Исходные параметры, необходимые для выполнения расчетов импульсных трансформаторов: Р2 (Вт) – импульсная мощность; U1 (В) – импульсное напряжение; Rи (Ом) – сопротивление источника; tи  (с) – время продолжительности импульса; fn (Гц) – частота движения импульсов; λ = 0,04 коэффициент искажения верхней, прямой части прямоугольного импульса

Пример расчета трансформатора

Если известно напряжение питания Uc = 220B; напряжение выхода Uв = 24В; Iн = 1,8А

действием определяем мощность «вторички»:
Р = Uв * Iн = 24 * 1,8 = 43,2 Вт

действие. Высчитывает габаритную мощность тр-ов:
Рг = Р/ η 43,2 / 0,92 = 48Вт; показатель КПД выбираем из табличного значения в ряду габаритных значений мощностей.

Рассчитываем   г /1,2 = 1,2 = 5,8см2
Выбираем габариты сердечника Dc; dc; hс
S = Dc – dc /2 * hс

Наиболее вероятный, приближенный тип сердечника – ОЛ50/80 – 40; площадь его сечения равна (8 – 5)/ 2 * 4 = 6 см2 (около расчетной)

Находим внутренний диаметр сердечника, здесь справедливо утверждение dc  ≥ d/с
d/с =  =  = 3,8 см, что означает 5  3,8,

Предположительно выбираем сердечник стали Э320, количество витков определяем, как:
w1 = 33.3/S = 33.3/6 = 5.55 витков на 1 вольт

Находим допустимое число витков «первички» и «вторички»:
W1-1 = w1 * Uс – 5.55 * 220 = 1221 виток; W1-2 = w1 * Uн = 5,55 * 24 = 133 витка.

Ввиду того, что в трансформаторах с тороидальным сердечником наблюдается малый магнитный поток рассеяния, падение напряжения в обмотках определяется с помощью активного сопротивления. Значение падения напряжения в катушках трансформатора тороидального типа  намного меньше, чем этот параметр для бронестержневых трансформаторов. Для того, чтобы компенсировать потери во вторичной обмотке увеличивают число витков на 3%.

W1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков

Находим диаметр провода для обмотки
d1 = 1.33 , I1 – ток в «первичке» трансформатора, определяется по формуле: I1 = 1,1 (Pг/Uc) = 1,1 * 48/220 = 0,24а

d1 = 1,33  = 0,299мм

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

d2 – 1,33  = 1,19  = 0,8 мм.

Расчет произведенный по табличной методике, испытан, трансформаторы спроектированные по ней дают отличные результаты. Совершенствование методик расчета не стоит на месте и постоянно совершенствуется, сделать импульсный трансформатор самому вполне реально, он будет работать, и показывать хорошие результаты.

Видео: Импульсный Блок Питания: расчет элементов схемы

Намотка импульсного трансформатора

При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях – его выход из строя.

В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков.

Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными.

Разница между данными калькулятора и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков.

Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D – 10S – 4d) / d, в которой

  • W–является количеством витков в первичной обмотке, n – постоянная величина, равная 3,1416,
  • D – внутренний диаметр кольца магнитопровода,
  • S – толщина изоляционной прокладки,
  • d – диаметр изолированного провода.

Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов.

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. То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.

 

Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать:

  • лакоткань,
  • стеклолакоткань,
  • киперную ленту,
  • лавсановую плёнку или даже бумагу.

При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.

киперная лентаИногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.

фторопластовая лента
фторопластовая лента

Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.

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

монтажный крючок
монтажный крючок

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.

самодельный челнок для намотки трансформаторов

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.

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.

Видео: Импульсный трансформатор — Как намотать трансформатор

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

три × 5 =