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Vários tipos de transformadores são amplamente utilizados em eletrônica e engenharia elétrica. Isso possibilita a utilização de sistemas eletrônicos em diversas áreas da produção e da atividade econômica. Portanto, junto com os cálculos básicos, o cálculo de um transformador de pulso é de grande importância. Esses dispositivos são elementos importantes usados ​​em todos os circuitos de fontes de alimentação modernas.

Finalidade e operação de um transformador de pulso

Os transformadores de pulso são usados ​​em sistemas de comunicação e vários dispositivos automáticos. Sua principal função é fazer alterações na amplitude e polaridade dos pulsos. A principal condição para o funcionamento normal desses dispositivos é a distorção mínima dos sinais que transmitem.

O princípio de funcionamento de um transformador de pulso é o seguinte: quando pulsos de tensão retangulares com um determinado valor são recebidos em sua entrada, uma corrente elétrica aparece gradativamente no enrolamento primário e sua intensidade aumenta ainda mais. Tal estado, por sua vez, leva a uma mudança no campo magnético no enrolamento secundário e ao aparecimento de uma força eletromotriz. Nesse caso, o sinal praticamente não fica distorcido e pequenas perdas de corrente não afetam em nada.

Quando o transformador atinge sua potência projetada, necessariamente aparece a parte negativa do pulso. Seu impacto pode ser minimizado com a instalação de um diodo simples no enrolamento secundário. Como resultado, neste local o impulso também se aproximará da configuração retangular o mais próximo possível.

A principal diferença entre um transformador de pulso e outros sistemas técnicos semelhantes é o seu modo de operação extremamente insaturado. Para a fabricação do circuito magnético é utilizada uma liga especial, que proporciona um alto rendimento do campo magnético.

Cálculo dos dados iniciais e seleção dos elementos do dispositivo

Em primeiro lugar, é necessário escolher corretamente o circuito magnético mais adequado. Os designs universais incluem núcleos de armadura com configurações em forma de W e em forma de copo. Definir a folga necessária entre as partes do núcleo torna possível usá-las em qualquer fonte de alimentação chaveada. No entanto, se um conversor push-pull de meia ponte for montado, um circuito magnético de anel convencional pode ser dispensado. No cálculo é necessário levar em consideração o diâmetro externo do anel (D), o diâmetro interno do anel (d) e a altura do anel (H).

Existem livros de referência especiais sobre circuitos magnéticos, onde as dimensões do anel são apresentadas no formato KDxdxH.

Antes de calcular um transformador de pulso, é necessário obter um determinado conjunto de dados iniciais. Primeiro você precisa decidir sobre a tensão de alimentação. Existem algumas dificuldades aqui, em relação ao possível. Portanto, para os cálculos, é considerado o valor máximo de 220 V + 10%, ao qual são aplicados coeficientes especiais:

• O valor da amplitude é: 242 V x 1,41 = 341,22 V.
• Além disso 341,22 - 0,8 x 2 \u003d 340 V menos a queda de tensão no retificador.

O valor da indução e frequência é determinado usando tabelas:

1. Ferrites de manganês-zinco.

Opções	Grau de ferrita

2. Ferrites de níquel-zinco.

Opções	Grau de ferrita
Frequência de corte em tgδ ≤ 0,1, MHz
Indução magnética B em Hm = 800 A/m, T

Enrolamento de transformadores de pulso

Ao enrolar transformadores de pulso, é necessário levar em consideração as características desses dispositivos. Em primeiro lugar, deve-se prestar atenção à distribuição uniforme do enrolamento em todo o perímetro do circuito magnético. Caso contrário, haverá uma diminuição significativa na potência do dispositivo e, em alguns casos, sua falha.

No caso de enrolamento do fio com as próprias mãos, utiliza-se um enrolamento “volta a volta”, feito em uma camada. Com base nesta característica técnica, o transformador de pulso também é calculado em termos de determinação do número necessário de voltas. O diâmetro do fio utilizado para o enrolamento deve ser selecionado de forma que todo o fio caiba exatamente em uma camada, e o número de voltas neste caso coincidirá com os dados calculados. A diferença entre e o resultado obtido pela fórmula pode ser de 10 a 20%, o que permite fazer um enrolamento sem prestar atenção ao número exato de voltas.

Para realizar cálculos, existe uma fórmula: C = n(D - 10 S - 4 d) / d, em que Cé o número de voltas no enrolamento primário, n- valor constante igual a 3,1416, D- diâmetro interno do anel do circuito magnético, S- espessura da junta isolante, d- diâmetro do fio isolado. A tolerância máxima ao erro de cálculo é de -5 a +10% dependendo da densidade do fio.

Como calcular e enrolar um transformador de pulso para uma fonte de alimentação meia ponte?

É sobre "enrolamento preguiçoso". É quando você tem preguiça de contar as voltas. https://site/

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A escolha do tipo de circuito magnético.

Os núcleos magnéticos mais versáteis são os núcleos blindados em forma de W e em forma de copo. Eles podem ser usados ​​em qualquer fonte de alimentação chaveada, graças à capacidade de definir a distância entre as partes do núcleo. Mas, vamos enrolar um transformador de pulso para um conversor meia ponte push-pull, cujo núcleo não precisa de folga e, portanto, um circuito magnético em anel se encaixará perfeitamente. https://site/

Para o núcleo do anel não é necessário fazer uma moldura e fazer um dispositivo de enrolamento. A única coisa que você precisa fazer é fazer uma lançadeira simples.

A imagem mostra o núcleo magnético de ferrite M2000NM.

É possível identificar o tamanho padrão do circuito magnético do anel pelos seguintes parâmetros.

D é o diâmetro externo do anel.

d é o diâmetro interno do anel.

Obtenção de dados iniciais para um cálculo simples de um transformador de pulso.

Tensão de alimentação.

Lembro-me de quando os estrangeiros ainda não tinham privatizado as nossas redes eléctricas, eu estava a construir uma fonte de alimentação chaveada. O trabalho se arrastou noite adentro. Durante os últimos testes, descobriu-se repentinamente que os transistores principais começaram a ficar muito quentes. Acontece que a tensão da rede aumentou para 256 volts à noite!

Claro, 256 Volts é demais, mas você também não deve se concentrar em GOST 220 + 5% -10%. Se você escolher a tensão máxima da rede 220 Volts + 10%, então:

242*1,41=341,22 V(consideramos o valor da amplitude).

341,22 - 0,8 * 2 ≈ 340V(subtraia a queda no retificador).

Indução.

Determinamos o valor aproximado da indução de acordo com a tabela.

Exemplo: M2000NM - 0,39T.

Frequência.

A frequência de geração de um conversor com autoexcitação depende de muitos fatores, incluindo a magnitude da carga. Se você escolher 20-30 kHz, é improvável que cometa um grande erro.

Frequências limite e valores de indução de ferritas generalizadas.

Ferrites de manganês-zinco.

Parâmetro	Grau de ferrita
	6.000 nm	4000nm	3000nm	2.000 nm	1500nm	1000nm
	0,005	0,1	0,2	0,45	0,6	1,0
	0,35	0,36	0,38	0,39	0,35	0,35

Ferrites de níquel-zinco.

Parâmetro	Grau de ferrita
	200NN	1000NN	600NN	400NN	200NN	100NN
Frequência de corte em tg δ ≤ 0,1, MHz	0,02	0,4	1,2	2,0	3,0	30
Indução magnética B em Hm = 800 A/m, T	0,25	0,32	0,31	0,23	0,17	0,44

Como escolher um núcleo de anel de ferrite?

Você pode escolher o tamanho aproximado do anel de ferrite usando uma calculadora para calcular transformadores de pulso e um guia para núcleos magnéticos de ferrite. Ambos podem ser encontrados em .

Inserimos os dados do circuito magnético proposto e os dados obtidos no parágrafo anterior no formulário da calculadora para determinar a potência geral do núcleo.

Não se deve escolher as dimensões do anel próximas da potência máxima de carga. Não é tão conveniente dar corda em anéis pequenos e você terá que dar muito mais voltas.

Se houver espaço livre suficiente no corpo do design futuro, você poderá escolher um anel com uma potência geral obviamente maior.

À minha disposição estava o anel M2000NM, tamanho K28x16x9mm. Insirai os dados de entrada no formulário da calculadora e obtive uma potência total de 87 watts. Isso é mais que suficiente para minha fonte de alimentação de 50 watts.

Execute o programa. Selecione "Cálculo do conversor meia ponte do transformador com oscilador mestre".

Para evitar que a calculadora “xingue”, preencha com zeros as janelas que não são utilizadas para calcular os enrolamentos secundários.

Como calcular o número de voltas do enrolamento primário?

Inserimos os dados iniciais obtidos nos parágrafos anteriores na forma de uma calculadora e obtemos o número de voltas do enrolamento primário. Alterando o tamanho do anel, a marca da ferrite e a frequência de geração do conversor, é possível alterar o número de voltas do enrolamento primário.

Deve-se notar que este é um cálculo muito simplificado de um transformador de pulso.

Porém, as propriedades de nossa maravilhosa fonte de alimentação autoexcitada são tais que o próprio conversor se adapta aos parâmetros do transformador e da carga, alterando a frequência de geração. Assim, com o aumento da carga e a tentativa do transformador entrar em saturação, a frequência de geração aumenta e o trabalho se normaliza. Da mesma forma, pequenos erros nos nossos cálculos são compensados. Tentei alterar o número de voltas do mesmo transformador em mais de uma vez e meia, o que se reflete nos exemplos abaixo, mas não consegui encontrar nenhuma alteração significativa no funcionamento da PSU, exceto uma alteração no frequência de geração.

Como calcular o diâmetro do fio para enrolamentos primários e secundários?

O diâmetro do fio dos enrolamentos primário e secundário depende dos parâmetros da PSU inseridos no formulário. Quanto maior for a corrente do enrolamento, maior será o diâmetro do fio necessário. A corrente primária é proporcional à “Potência Útil do Transformador”.

Características dos transformadores de pulso de enrolamento.

O enrolamento de transformadores de pulso, e especialmente de transformadores em núcleos magnéticos anulares e toroidais, possui algumas características.

O fato é que se qualquer enrolamento do transformador não estiver distribuído uniformemente ao longo do perímetro do circuito magnético, então seções individuais do circuito magnético podem entrar em saturação, o que pode levar a uma diminuição significativa na potência da PSU e até mesmo levar a seu fracasso.

Estamos tentando dar corda ao “enrolamento preguiçoso”. E neste caso, a maneira mais fácil é enrolar um enrolamento de camada única “bobina a bobina”.

O que é necessário para isso?

É necessário selecionar um fio com diâmetro tal que caiba “volta a volta”, em uma camada, na janela do núcleo do anel existente, e mesmo assim que o número de voltas do enrolamento primário não difira muito de o calculado.

Se o número de voltas obtido na calculadora não diferir em mais de 10-20% do número obtido na fórmula de cálculo do assentamento, então você pode enrolar o enrolamento com segurança, sem contar as voltas.

É verdade que para tal enrolamento, muito provavelmente, será necessário escolher um circuito magnético com uma potência total um pouco superestimada, que já aconselhei acima.

1 - núcleo do anel.

2 - junta.

3 - voltas sinuosas.

A imagem mostra que ao enrolar “bobina a bobina”, o perímetro calculado será muito menor que o diâmetro interno do anel de ferrite. Isso se deve ao diâmetro do próprio fio e à espessura da gaxeta.

Na verdade, o perímetro real que será preenchido com arame será ainda menor. Isso se deve ao fato do fio do enrolamento não aderir à superfície interna do anel, formando uma folga. Além disso, existe uma relação direta entre o diâmetro do fio e o tamanho dessa folga.

Não é necessário aumentar a tensão do fio durante o enrolamento para diminuir essa folga, pois isso pode danificar o isolamento e o próprio fio.

Usando a fórmula empírica abaixo, você pode calcular o número de voltas, com base no diâmetro do fio existente e no diâmetro da janela central.

O erro máximo de cálculo é de aproximadamente -5% + 10% e depende da densidade da colocação do fio.

C = π(D - 10S - 4d) / d, Onde:

c- o número de voltas do enrolamento primário,

π – 3,1416,

Dé o diâmetro interno do circuito magnético anular,

S- a espessura da junta isolante,

d- diâmetro do fio com isolamento,

/ - linha fracionária.

Como medir o diâmetro do fio e determinar a espessura do isolamento - contado.

Para facilitar, confira este link:

Vários exemplos de cálculo de transformadores reais.

● Potência - 50 watts.

Circuito magnético - K28 x 16 x 9.

Fio - Ø0,35mm.

w \u003d π (16 - 10 * 0,1 - 4 * 0,39) / 0,39 ≈ 108 (voltas).

Realmente em forma - 114 voltas.

● Potência - 20 watts.

Circuito magnético - K28 x 16 x 9.

Fio - Ø0,23mm.

w \u003d π (16 - 10 * 0,1 - 4 * 0,25) / 0,25 ≈ 176 (voltas).

Realmente em forma - 176 voltas.

● Potência - 200 Watts.

Circuito magnético - dois anéis K38 x 24 x 7.

Fio - Ø1,0mm.

w \u003d π (24 - 10 * 0,1 - 4 * 1,07) / 1,07 ≈ 55 (voltas).

Realmente cabem 58 voltas.

Na prática de um radioamador, raramente é possível escolher o diâmetro do fio enrolado com a precisão necessária.

Se o fio for muito fino para enrolar "volta a volta", e isso geralmente acontece ao enrolar enrolamentos secundários, você sempre pode esticar levemente o enrolamento, separando as voltas. E se não houver seção transversal de fio suficiente, o enrolamento pode ser enrolado em vários fios ao mesmo tempo.

Como enrolar um transformador de pulso?

Primeiro você precisa preparar o anel de ferrite.

Para que o fio não corte a junta isolante e não se danifique, é aconselhável embotar as arestas vivas do núcleo de ferrite. Porém, isso não é necessário, especialmente se o fio for fino ou se for usada uma gaxeta confiável. Por alguma razão, eu sempre faço isso.

Usando uma lixa, arredonde as bordas afiadas externas.

Fazemos o mesmo com as faces internas do anel.

Para evitar ruptura entre o enrolamento primário e o núcleo, uma junta isolante deve ser enrolada ao redor do anel.

Como material isolante, você pode escolher tecido envernizado, fibra de vidro, fita adesiva, filme lavsan ou até papel.

Ao enrolar anéis grandes usando um fio com espessura superior a 1-2 mm, é conveniente usar uma fita adesiva.

Às vezes, na fabricação de transformadores de pulso caseiros, os rádios amadores usam fita fluoroplástica - FUM, que é usada em encanamentos.

É conveniente trabalhar com esta fita, mas os fluoroplastos têm fluidez a frio e a pressão do fio na área das arestas vivas do anel pode ser significativa.

De qualquer forma, se for usar fita FUM, coloque uma tira de papelão elétrico ou papel comum ao longo da borda do anel.

Ao enrolar a gaxeta em anéis pequenos, é muito conveniente usar um gancho de montagem.

O gancho de montagem pode ser feito de um pedaço de fio de aço ou de um raio de bicicleta.

Enrolamos cuidadosamente a fita isolante ao redor do anel para que cada volta seguinte se sobreponha à anterior na parte externa do anel. Assim, o isolamento externo do anel passa a ser de duas camadas e no interior - quatro ou cinco camadas.

Para enrolar o enrolamento primário, precisamos de uma lançadeira. Pode ser facilmente feito com dois pedaços de fio de cobre grosso.

É muito fácil determinar o comprimento necessário do fio do enrolamento. Basta medir o comprimento de uma volta e multiplicar esse valor pelo número de voltas necessárias. Uma pequena margem para conclusões e um erro de cálculo também não fazem mal.

34 (milímetros) * 120 (voltas) * 1,1 (vezes) = 4488 (milímetros)

Se um fio mais fino que 0,1 mm for usado para enrolar, remover o isolamento com um bisturi pode reduzir a confiabilidade do transformador. É melhor remover o isolamento desse fio com um ferro de solda e um comprimido de aspirina (ácido acetilsalicílico).

Tome cuidado! Ao derreter o ácido acetilsalicílico, são liberados vapores tóxicos!

Se um fio com diâmetro inferior a 0,5 mm for usado para qualquer enrolamento, é melhor fazer os condutores com um fio trançado. Soldamos um pedaço de fio isolado trançado no início do enrolamento primário.

Isolamos o local da soldagem com um pequeno pedaço de papelão elétrico ou papel comum com espessura de 0,05 ... 0,1 mm.

Enrolamos o início do enrolamento para fixar com segurança a junção.

Realizamos as mesmas operações com a saída da ponta do enrolamento, só que desta vez fixamos a junção com fios de algodão. Para que a tensão do fio não diminua ao dar o nó, prendemos as pontas do fio com uma gota de colofónia derretida.

Se for utilizado um fio com espessura superior a 0,5 mm para o enrolamento, as conclusões podem ser feitas com o mesmo fio. Nas pontas é necessário colocar pedaços de PVC ou outro tubo (cambraia).

Em seguida, as conclusões junto com o tubo devem ser fixadas com fio de algodão.

Sobre o enrolamento primário enrolamos duas camadas de tecido envernizado ou outra fita isolante. Esta junta de enrolamento é necessária para um isolamento confiável dos circuitos secundários da fonte de alimentação da rede de iluminação. Se for usado um fio com diâmetro superior a 1 milímetro, é uma boa ideia usar fita adesiva como gaxeta.

Se for usar, você pode enrolar o enrolamento secundário em dois fios. Isso garantirá a simetria completa dos enrolamentos. As voltas dos enrolamentos secundários também devem ser distribuídas uniformemente ao longo do perímetro do núcleo. Isto é especialmente verdadeiro para os enrolamentos mais potentes em termos de tomada de força. Os enrolamentos secundários, que selecionam uma potência pequena em comparação com a potência total, podem ser enrolados aleatoriamente.

Se não houver fio de seção transversal suficiente disponível, você poderá enrolar o enrolamento com vários fios conectados em paralelo.

Na foto, o enrolamento secundário está enrolado em quatro fios.

E ainda assim fui convidado! Agora o trabalho com os artigos será mais rápido. Inicialmente queria fazer do circuito uma espécie de bloco o tema da próxima parte, mas o que esperar? Mas então ele se lembrou de sua juventude escolar e do grande problema que enfrentou - como fazer um dispositivo desconhecido para mim naquela época da fera - transformador de pulso . Dez anos se passaram e eu entendo que muitos (e não apenas iniciantes) rádios amadores, engenheiros eletrônicos e estudantes têm essas dificuldades - eles simplesmente têm medo deles e, como resultado, tentam evitar fontes de alimentação comutadas poderosas (mais PII).
Após essas reflexões cheguei à conclusão que o primeiro tópico deveria ser sobre o transformador e nada mais! Gostaria também de fazer uma ressalva: o que quero dizer com o conceito de “SMPS potentes” - são potências a partir de 1 kW ou mais, ou no caso dos amantes, pelo menos 500 watts.

Figura 1 - Aqui está um transformador de 2 kW para a ponte H, terminaremos com

Grande batalha ou que material escolher?

Certa vez, tendo introduzido a tecnologia de impulso em meu arsenal, pensei que os transformadores só poderiam ser feitos em ferrite acessível a todos. Tendo recolhido os primeiros desenhos, a primeira coisa que decidi submetê-los ao julgamento de camaradas mais experientes e muitas vezes ouvi a seguinte frase: "Sua ferrite é uma merda, não é o melhor material para um pulsador". Imediatamente decidi descobrir com eles qual alternativa poderia se opor a ele e eles me disseram - Alsifer ou como é chamado sindasto.

Por que é tão bom e é realmente melhor que ferrite?

Primeiro você precisa decidir o que um material quase ideal para um transformador deve ser capaz de fazer:
1) deve ser magnético suave, ou seja, é fácil magnetizar e desmagnetizar:

Figura 2 - Ciclos de histerese de ferromagnetos: 1) ciclo duro, 2) ciclo suave

2) o material deve ter a maior indução de saturação possível, o que reduzirá as dimensões do núcleo ou, mantendo-as, aumentará a potência.

Saturação

O fenômeno da saturação do transformador é que, apesar do aumento da corrente no enrolamento, o fluxo magnético no núcleo, tendo atingido um determinado valor máximo, praticamente não se altera.
Em um transformador, o modo de saturação faz com que a transferência de energia do enrolamento primário para o secundário seja parcialmente interrompida. A operação normal do transformador só é possível quando o fluxo magnético em seu núcleo muda proporcionalmente à mudança na corrente no enrolamento primário. Para cumprir esta condição é necessário que o núcleo não esteja em estado de saturação, e isso só é possível quando seu volume e seção transversal não forem inferiores a um valor bem definido. Portanto, quanto maior a potência do transformador, maior deve ser o seu núcleo.

3) o material deve ter o mínimo possível de perdas por reversão de magnetização e correntes de Foucault

4) as propriedades do material não devem mudar significativamente sob influências externas: forças mecânicas (compressão ou tensão), mudanças de temperatura e umidade.

Agora considere as propriedades da ferrita e como ela atende aos requisitos acima.

A ferrita é um semicondutor, o que significa que possui alta resistência elétrica própria. Isso significa que em altas frequências, as perdas por correntes parasitas (correntes Foucault) será bastante baixo. Acontece que pelo menos uma das condições da lista acima já foi atendida. Vá em frente…
As ferritas são termicamente estáveis ​​e não estáveis, mas este parâmetro não é decisivo para o SMPS. É importante que as ferritas funcionem de forma estável na faixa de temperatura de -60 a +100°C, e este é o caso das marcas mais simples e baratas.

Figura 3 - Curva de magnetização na frequência de 20 kHz em diferentes temperaturas

E por fim, o ponto mais importante - no gráfico acima, vimos um parâmetro que vai determinar quase tudo - indução de saturação. Para ferrita, geralmente é considerado 0,39 T. Vale lembrar que sob diferentes condições este parâmetro mudará. Depende tanto da frequência como da temperatura de funcionamento e de outros parâmetros, mas deve ser dada especial ênfase aos dois primeiros.

Conclusão: ferrite nishtyak! perfeito para nossos propósitos.

Algumas palavras sobre alsifera e como ela difere

1) alsifer funciona em uma faixa de temperatura um pouco maior: de -60 a +120 ° C - é adequado? Ainda melhor que ferrite!
2) o coeficiente de perda por histerese dos alsifers é constante apenas em campos fracos (em baixa potência), em um campo poderoso eles crescem e muito fortemente - este é um sinal de menos muito sério, especialmente em potências superiores a 2 kW, então perde aqui .
3) indução de saturação até 1,2 T!, 4 vezes mais que ferrite! - o parâmetro principal já é a ultrapassagem, mas nem tudo é tão simples... Claro que essa vantagem não vai a lugar nenhum, mas o ponto 2 a enfraquece e muito - definitivamente uma vantagem.

Conclusão: alsifer é melhor que ferrite, eles não mentiram para mim nesse tio.

Resultado da batalha: qualquer pessoa que leia a descrição acima dirá que alsifer nos dá! E com razão... mas tentar encontrar um núcleo alsifer com potência total de 10 kW? Aqui, geralmente uma pessoa fica paralisada, acontece que eles não estão particularmente à venda e, se houver, faça o pedido diretamente ao fabricante e o preço vai te assustar.
Acontece que usamos ferrita, principalmente se avaliarmos como um todo, então ela perde muito pouco... a ferrita é avaliada em relação ao alsifer em "8 em cada 10 papagaios."

Queria recorrer ao meu querido matan, mas decidi não fazer isso, porque. Acho que +10.000 caracteres no artigo são redundantes. Só posso recomendar um livro com cálculos muito bons de B. Semenov "Eletrônica de Potência: Do Simples ao Complexo". Não vejo sentido em recontar seus cálculos com alguns acréscimos.

Então, procedemos ao cálculo e fabricação do transformador

Em primeiro lugar, quero recordar imediatamente um momento muito sério - a lacuna no núcleo. Ele pode "matar" todo o poder ou adicionar outros 30-40%. Quero lembrá-lo do que fazemos Transformador ponte H, e se refere a - conversores forward (forward em burguês). Isto significa que a folga deve ser idealmente de 0 mm.
Certa vez, enquanto cursava o curso 2-3, resolvi montar um inversor de soldagem, voltado para a topologia dos inversores Kemppi. Lá vi uma folga de 0,15 mm nos transformadores. Eu me perguntei para que ele servia. Não abordei os professores, mas peguei e liguei para o escritório de representação russo da Kemppi! O que perder? Para minha surpresa, fui conectado a um engenheiro de circuito e ele me contou alguns pontos teóricos que me permitiram “rastejar” além do teto de 1 kW.
Se em resumo - uma folga de 0,1-0,2 mm é obrigatória! Isto aumenta a taxa de desmagnetização do núcleo, permitindo que mais energia seja bombeada através do transformador. O efeito máximo de tal finta com os ouvidos da lacuna foi alcançado na topologia "ponte oblíqua", onde a introdução de uma folga de 0,15 mm dá um aumento de 100%! Na nossa Ponte H este aumento é mais modesto, mas penso que 40-60% também não é mau.

Para fazer um transformador, precisamos do seguinte conjunto:

A)
Figura 4 - Núcleo de ferrite E70/33/32 feito de material 3C90 (um análogo um pouco melhor do N87)

B)
Figura 5 - Estrutura para núcleo E70/33/32 (o que for maior) e bobina de ferro pulverizado D46

A potência total desse transformador é de 7,2 kW. Precisamos dessa margem para fornecer correntes de partida 6 a 7 vezes maiores que as nominais (600% conforme especificação). Tais correntes de partida são válidas apenas para motores assíncronos, mas tudo deve ser levado em consideração!
De repente, um certo acelerador “apareceu”, será necessário em nosso próximo esquema (até 5 peças) e por isso resolvi mostrar como dar corda nele.

Em seguida, você precisa calcular os parâmetros do enrolamento. Eu uso um programa de um amigo conhecido em determinados círculos Starichok51 . Um homem com muito conhecimento e sempre pronto a ensinar e ajudar, pelo que lhe agradeço - uma vez ajudou a trilhar o caminho certo. O programa é chamado Excelente TI 8.1 .

Dou um exemplo de cálculo para 2 kW:


Figura 6 - Cálculo de um transformador de pulso para um circuito de ponte elevadora de 2 kW

Como calcular:

1) Destacado em vermelho. Estes são os parâmetros de entrada normalmente definidos por padrão:
a) indução máxima. Lembre-se que para a ferrite é 0,39 T, mas o nosso transformador opera a uma frequência suficientemente alta, por isso o programa define-se para 0,186. Esta é a indução de saturação nas piores condições, incluindo aquecimento até 125 graus
b) a frequência de conversão, ela é definida por nós e como é determinada no diagrama estará nos artigos seguintes. Esta frequência deve ser de 20 a 120 kHz. Se menos - ouviremos o trabalho de um transe e um assobio, se for maior, então nossas chaves (transistores) terá grandes perdas dinâmicas. E as chaves IGBT, mesmo as caras, funcionam até 150 kHz
c) coeficiente. preencher a janela é um parâmetro importante, pois o espaço na moldura e no núcleo é limitado, não deve ser maior que 0,35, caso contrário os enrolamentos não caberão
d) densidade de corrente - este parâmetro pode ser de até 10 A/mm 2. Esta é a corrente máxima que pode fluir através do condutor. O valor ideal é 5-6 A/mm 2 - em condições operacionais adversas: resfriamento insuficiente, operação constante em plena carga e assim por diante. 8-10 A/mm 2 - você pode definir se seu aparelho é perfeitamente ventilado e custa mais de 9.000 coolers diversos.
e) potência de entrada. Porque calculamos o transformador para DC->DC 48V a 400V, depois configuramos a tensão de entrada como no cálculo. De onde veio o número. Quando descarregada, a bateria fornece 10,5 V, descarga adicional - para reduzir a vida útil, multiplique pelo número de baterias (4 unidades) e obtenha 42 V. Vamos pegar com margem de 40V. 48V é retirado do produto de 12V * 4 unidades. 58V é retirado da consideração de que quando carregada a bateria tem uma tensão de 14,2-14,4V e, por analogia, multiplicamos por 4.

2) Destacado em azul.
a) definir 400V, pois esta é uma margem para realimentação de tensão e um mínimo de 342 V é necessário para cortar o senoidal
b) corrente nominal. Escolhemos entre consideração 2400 W / 220 (230) V = 12A. Como você pode ver, em todos os lugares eu coloco uma margem de pelo menos 20%. Isso é o que qualquer fabricante de equipamentos de qualidade que se preze faz. Na URSS, essa reserva era uma referência de 25% mesmo para as condições mais difíceis. Por que 220 (230) V é a tensão de saída de um seno já puro.
c) corrente mínima. É selecionado a partir de condições reais, este parâmetro afeta o tamanho do indutor de saída, portanto, quanto maior a corrente mínima, menor será o indutor e, portanto, mais barato será o dispositivo. Novamente escolhi a pior opção 1A, esta é a corrente para 2-3 lâmpadas ou 3-4 roteadores.
d) queda nos diodos. Porque teremos diodos de alta velocidade (ultra-rápidos) na saída, então a queda neles é de 0,6V nas piores condições (temperatura ultrapassada).
e) diâmetro do fio. Certa vez, comprei uma bobina de cobre de 20 kg para um gabinete assim e com diâmetro de apenas 1 mm. Aqui colocamos o que você tem. Não aconselho definir apenas mais de 1,18 mm, pois o efeito de pele começa a aparecer

Efeito de pele

Efeito pelicular - o efeito de redução da amplitude das ondas eletromagnéticas à medida que penetram profundamente no meio condutor. Como resultado deste efeito, por exemplo, a corrente alternada de alta frequência, ao fluir através de um condutor, não é distribuída uniformemente na seção transversal, mas principalmente na camada superficial.
Se não falarmos como o Google, mas na minha linguagem de fazenda coletiva, então se pegarmos um condutor de seção grande, ele não será usado completamente, porque. correntes em uma frequência mais alta fluem sobre a superfície, e o centro do condutor ficará "vazio"

3) Destacado em verde. Tudo é simples aqui - planejamos ter uma topologia de “ponte completa” e selecioná-la.

4) Destacado em laranja. Existe um processo de escolha do núcleo, tudo é intuitivo. Um grande número de núcleos padrão já está na biblioteca, como o nosso, mas qualquer coisa pode ser adicionada inserindo as dimensões.

5) Destacado em roxo. Parâmetros de saída com cálculos. Destaquei o coeficiente em uma janela separada. preenchendo a janela, lembre-se - não mais que 0,35 e, de preferência, não mais que 0,3. Também são fornecidos todos os valores necessários: o número de voltas dos enrolamentos primário e secundário, o número de fios de diâmetro previamente especificado na “trança” do enrolamento.
Os parâmetros para cálculo adicional do indutor de saída também são fornecidos: indutância e ondulação de tensão.

Agora você precisa calcular o indutor de saída. É necessário suavizar as ondulações, bem como criar uma corrente “uniforme”. O cálculo é realizado no programa do mesmo autor e é denominado DrosselRing 5.0. Darei o cálculo para o nosso transformador:


Figura 7 - Cálculo do indutor de saída para um conversor DC-DC elevador

Nesse cálculo tudo fica mais simples e claro, funciona segundo o mesmo princípio, os dados de saída: o número de voltas e o número de fios na trança.

Etapas de fabricação

Agora temos todos os dados para a fabricação do transformador e do indutor.
A regra principal para enrolar um transformador de pulso é que todos os enrolamentos, sem exceção, devem ser enrolados em uma direção!

Estágio 1:

Figura 8 - Processo de enrolamento do enrolamento secundário (alta tensão)

Enrolamos na moldura o número necessário de voltas em 2 fios com diâmetro de 1 mm. Lembramos a direção do enrolamento, mas marcamos com um marcador na moldura.

Etapa 2:

Figura 9 - Isolar o enrolamento secundário

Isolamos o enrolamento secundário com uma fita fluoroplástica de 1 mm de espessura, tal isolamento pode suportar pelo menos 1000 V. Também impregnamos adicionalmente com verniz, isto é mais + 600V para o isolamento. Se não houver fita fluoroplástica, isolamos com espuma de encanamento comum em 4 a 6 camadas. Este é o mesmo fluoroplasto, com apenas 150-200 mícrons de espessura.

Etapa 3:

Figura 10 - Começamos a enrolar o enrolamento primário, soldar os fios na moldura
Enrolamos em uma direção com o enrolamento secundário!

Etapa 4:

Figura 11 – Exibimos a cauda do enrolamento primário

Enrola o enrolamento, isolamos com a mesma fita fluoroplástica. Também é desejável embeber com verniz.

Etapa 5:


Figura 12 - Impregnamos com verniz e soldamos a “cauda”. O enrolamento está concluído
Etapa 6:

Figura 13 – Completamos o enrolamento e isolação do transformador com fita protetora com impregnação final em verniz

Fita Kiper

Fita Kiper - trança de algodão (menos frequentemente seda ou semi-seda) feita de tecido Kiper com largura de 8 a 50 mm, sarja ou ponto diagonal; severo, branqueado ou monocromático. O material da fita é altamente denso devido à trama, é mais grosso que sua contraparte mais próxima - a fita de chita - devido ao uso de fios mais grossos.
Obrigado Wikipédia.

Etapa 7:

Figura 14 - Esta é a aparência da versão final do transformador

Uma folga de 0,15 mm é definida durante o processo de colagem, inserindo um filme adequado entre as metades do núcleo. A melhor opção é um filme para impressão. O núcleo é colado com cola momentânea (boa) ou resina epóxi. A 1ª opção é durante séculos, a 2ª permite, neste caso, desmontar o transformador sem danos, por exemplo, se for necessário rebobinar outro enrolamento ou adicionar voltas.

Enrolamento de estrangulamento

Agora, por analogia, é necessário enrolar o indutor, claro, enrolar em um núcleo toroidal é mais difícil, mas esta opção será mais compacta. Temos todos os dados do programa, o material do núcleo é ferro atomizado ou permalói. A indução de saturação deste material é de 0,55 T.

Estágio 1:


Figura 15 - Envolvemos o anel com fita fluoroplástica

Esta operação permite evitar o caso de quebra do enrolamento do núcleo, isso é raro, mas somos pela qualidade e fazemos isso por nós mesmos!

Etapa 2:

Figura 16 - Damos corda no número necessário de voltas e isolamos

Neste caso, o número de voltas não caberá em uma camada de enrolamento, portanto, após o enrolamento da primeira camada, é necessário isolar e enrolar a segunda camada com posterior isolamento.
PII

UPS

transformador de pulso

Adicionar tags

Para o núcleo do anel não é necessário fazer uma moldura e fazer um dispositivo de enrolamento. A única coisa que você precisa fazer é fazer uma lançadeira simples.

A imagem mostra o núcleo magnético de ferrite M2000NM.

É possível identificar o tamanho padrão do circuito magnético do anel pelos seguintes parâmetros.

D é o diâmetro externo do anel.

d é o diâmetro interno do anel.

H é a altura do anel.

Em livros de referência sobre circuitos magnéticos de ferrite, essas dimensões são geralmente indicadas neste formato: K D x d x H.

Exemplo: K28x16x9

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Obtenção de dados iniciais para um cálculo simples de um transformador de pulso.

Tensão de alimentação.

Lembro-me de quando os estrangeiros ainda não tinham privatizado as nossas redes eléctricas, eu estava a construir uma fonte de alimentação chaveada. O trabalho se arrastou noite adentro. Durante os últimos testes, descobriu-se repentinamente que os transistores principais começaram a ficar muito quentes. Acontece que a tensão da rede aumentou para 256 volts à noite!

Claro, 256 Volts é demais, mas você também não deve se concentrar em GOST 220 + 5% -10%. Se você escolher a tensão máxima da rede 220 Volts + 10%, então:

242*1,41=341,22 V(consideramos o valor da amplitude).

341,22 - 0,8 * 2 ≈ 340V(subtraia a queda no retificador).

Indução.

Determinamos o valor aproximado da indução de acordo com a tabela.

Exemplo: M2000NM - 0,39T.

Frequência.

A frequência de geração de um conversor com autoexcitação depende de muitos fatores, incluindo a magnitude da carga. Se você escolher 20-30 kHz, é improvável que cometa um grande erro.

Frequências limite e valores de indução de ferritas generalizadas.

Ferrites de manganês-zinco.

Parâmetro	Grau de ferrita

Ferrites de níquel-zinco.

Parâmetro	Grau de ferrita
Frequência de corte em tg δ ≤ 0,1, MHz
Indução magnética B em Hm = 800 A/m, T

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Como escolher um núcleo de anel de ferrite?

Você pode escolher o tamanho aproximado do anel de ferrite usando uma calculadora para calcular transformadores de pulso e um guia para núcleos magnéticos de ferrite. Ambos podem ser encontrados nos “Materiais Adicionais”.

Inserimos os dados do circuito magnético proposto e os dados obtidos no parágrafo anterior no formulário da calculadora para determinar a potência geral do núcleo.

Não se deve escolher as dimensões do anel próximas da potência máxima de carga. Não é tão conveniente dar corda em anéis pequenos e você terá que dar muito mais voltas.

Se houver espaço livre suficiente no corpo do design futuro, você poderá escolher um anel com uma potência geral obviamente maior.

comutação de fontes de alimentação em anéis de ferrite http://www. ferrita. Esquema /user_files/File/...literature8.zip para o artigo:

Cálculo do acelerador (artigo) http://valvolodin. na...ms/acelerador. HTML

Cálculo de bobinas em resistores MLT (programa) - http://rf. *****/s3/r-dros. HTML

O programa para cálculo de transformadores e bobinas de alta frequência - http://www. /...grama/5/3.shtml

O programa para cálculo do transformador de pulso - http://www. /...grama/5/2.shtml

Bobinas AC de equipamentos radioeletrônicos - http://dmitriks. naro...ooks/dptra. djvu

Livro de cálculo de bobinas e bobinas - http://depositfiles....files/mcckejoig

Transformadores e bobinas 1.1 em arquivo. *****-

Projeto ideal de dispositivos ferromagnéticos de alta frequência - http://dmitriks. naro...ok/opsvfu. djvu

"Fontes de pulso de alimentação secundária em equipamentos de rádio domésticos" - http://dmitriks. naro...livros1/iip. djvu

em 494 http://focus. /...1d/slva001d. pdf

TRANSFORMADORES E CALÇOS PARA FONTE DE ALIMENTAÇÃO COMUTADA - http://membros. kern....ouz/engasga. HTML
http://www. /ser2800.cfm

Seleção e cálculo do projeto do indutor anódico - http://qrx. *****/presuntos/r_and. htm

Cálculo da indutância de um indutor com gap magnético - http://www. Gerelo. dp...ras_induct. HTML

Cálculo do transformador e indutor - http://enginee-ru. uc...oad/
http://enginee-ru. uc.../carregar/

calculadora on-line automática
http://schmidt-walte...smps_e. html#abw

.
Cálculo de transformadores de potência de baixa potência e bobinas de filtro
http://*****/book/krizeSN. fecho eclair

características e programa para cálculo de indutâncias em pó metálico
núcleos Micrometais - http://www. /

Materiais - http://www. ferrita. /

Programa de bobina - http://*****/nuke/modules/Downloads/pub.../l_%20meter. fecho eclair

Núcleos de anel: anéis de ferrite Amidon - http://www. *****/...rrite_Cores. htm

Biblioteca do Conhecimento: http://www. /biblioteca. asp
Programas de liquidação: http://www. mag-inc. c...re/software. asp

Transformadores e bobinas para comutação de fontes de alimentação - http://www. *****/~slash/st8.html

Mais materiais e cálculos - http://*****sgates....ocore. php? página = 12

núcleos imp e seu cálculo - http://www. /padrão. asp

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SATURAÇÃO DO NÚCLEO
Se uma grande corrente fluir através da bobina do núcleo, o material magnético do núcleo pode ficar saturado. Quando o núcleo está saturado, a sua permeabilidade magnética relativa diminui acentuadamente, o que implica uma diminuição proporcional na indutância. A indutância reduzida causa um aumento ainda mais acelerado na corrente através do CI, etc. Na maioria dos SMPS, a saturação do núcleo é altamente indesejável e pode levar aos seguintes fenômenos negativos:

um nível aumentado de perdas no material do núcleo e um nível aumentado de perdas ôhmicas no fio do enrolamento levam a uma eficiência excessivamente baixa do SMPS;
perdas adicionais causam superaquecimento do CI, bem como de componentes de rádio próximos
fortes campos magnéticos no núcleo, combinados com sua permeabilidade magnética reduzida, são uma fonte de interferência e interferência em circuitos de baixo sinal do SMPS e outros dispositivos que são muitas vezes mais fortes do que na operação normal;
o rápido aumento da corrente através do CI causa sobrecargas de corrente de choque nas chaves SMPS, aumento das perdas ôhmicas nas chaves, seu superaquecimento e falha prematura;
correntes de impulso anormalmente grandes do CI acarretam superaquecimento dos capacitores eletrolíticos dos filtros de potência, bem como aumento do nível de ruído emitido pelos fios e trilhas da placa de circuito impresso do SMPS.
A lista continua, mas já está claro que a saturação do núcleo deve ser evitada. As ferritas saturam se o valor da densidade de fluxo de indução magnética ultrapassar 300 [mT] (militesla), e esse valor não depende tanto do grau da ferrita. Ou seja, 300 [mT] é, por assim dizer, uma propriedade inata das ferritas; outros materiais magnéticos têm diferentes valores de limite de saturação. Por exemplo, o ferro do transformador e o ferro em pó saturam a cerca de 1 [T], de modo que podem operar em campos muito mais fortes. Valores de limite de saturação mais precisos para diferentes ferritas são mostrados na Tabela 5.

O valor da densidade de fluxo de indução magnética no núcleo é calculado pela seguinte fórmula:

(8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [mT]
onde µ0 - permeabilidade magnética absoluta de vácuo, 1,257*10-3 [µH/mm]
µe é a permeabilidade magnética relativa do núcleo (não deve ser confundida com a permeabilidade do material do núcleo!)
I - corrente através do enrolamento, [A]
N é o número de voltas no enrolamento
le - comprimento da linha magnética média do núcleo, [mm]

Uma simples transformação da fórmula (8) ajudará a responder à questão prática - qual é a corrente máxima que pode passar pelo indutor antes que o núcleo entre em saturação:

(9) Imax = 0,001 * Bmax * le / (µ0 * µe * N) [A]
onde Bmax é um valor de tabela para o material do núcleo usado, em vez do qual você pode usar o valor 300 [mT] para qualquer ferrite de potência

Para núcleos com gap, é conveniente substituir aqui a expressão (4), após reduções obtemos:

(10) Imax = 0,001 * Bmax * g / (µ0 * N) [A]

O resultado é, à primeira vista, bastante paradoxal: o valor da corrente máxima através de um CI com folga é determinado pela razão entre o tamanho da folga e o número de voltas do enrolamento e não depende do tamanho e tipo do núcleo. No entanto, este aparente paradoxo é facilmente explicado. O núcleo de ferrite conduz o campo magnético tão bem que toda a queda na intensidade do campo magnético cai na lacuna. Neste caso, a magnitude do fluxo de indução magnética, que é o mesmo tanto para o gap quanto para o núcleo, depende apenas da espessura do gap, da corrente que passa pelo enrolamento e do número de voltas no enrolamento, e não deve exceder 300 [mT] para ferritas de potência comuns.

Para responder à questão de qual valor o gap total g deve ser introduzido no núcleo para que ele possa suportar uma determinada corrente sem saturação, transformamos a expressão (10) na seguinte forma:

(11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bmáx [mm]

Para ilustrar melhor o efeito da lacuna, considere o exemplo a seguir. Tomemos um núcleo E30/15/7 sem gap, ferrite 3C85, permeabilidade magnética µe = 1700. Calcule o número de voltas necessárias para obter uma indutância de 500 [µH]. O núcleo, conforme tabela, tem AL = 1,9 [µH], usando a fórmula (7) obtemos um pouco mais de 16 voltas. Conhecendo o comprimento efetivo do núcleo le = 67 [mm], utilizando a fórmula (9) calculamos a corrente máxima de operação, Imax = 0,58 [A].

Agora vamos introduzir um espaçador de 1 [mm] de espessura no núcleo, a folga será g = 2 [mm]. A permeabilidade magnética efetiva diminuirá, após cálculos simples usando as fórmulas (5) e (7) descobrimos que para obter uma indutância de 500 [μH], devem ser enroladas 125 voltas. Pela fórmula (10), determinamos a corrente máxima do CI, ela aumentou para 3,8 [A], ou seja, mais de 5 vezes!

Disto segue uma recomendação prática para leitores que projetam bobinas de forma independente. Para fazer com que o indutor opere na corrente máxima possível, preencha completamente o núcleo com fio e, em seguida, introduza a folga máxima possível no núcleo. Se o cálculo de verificação mostrar que o indutor tem corrente excessiva, escolha um tamanho de núcleo menor, ou pelo menos reduza o número de voltas no enrolamento para reduzir as perdas de cobre e, ao mesmo tempo, reduza a folga no núcleo. É importante ressaltar que esta recomendação não se aplica a transformadores nos quais a corrente que passa pelo enrolamento primário é composta por dois componentes: a corrente transferida para o enrolamento secundário e uma pequena corrente que magnetiza o núcleo (corrente de magnetização).

Como você pode ver, a lacuna no núcleo do acelerador desempenha um papel extremamente importante. No entanto, nem todos os núcleos permitem a inserção de espaçadores. Os núcleos do anel tornam-se inseparáveis ​​e, em vez de “ajustar” a permeabilidade magnética equivalente com uma lacuna, é necessário escolher um anel com uma certa permeabilidade magnética de ferrite. Isso explica o fato de haver uma grande variedade de tipos de materiais magnéticos utilizados pela indústria para a fabricação de anéis, enquanto os núcleos divididos para SMPS, onde é fácil introduzir um gap, são quase sempre feitos de ferritas com alta permeabilidade magnética. Os mais comuns para SMPS são dois tipos de anéis: com baixa permeabilidade (dentro de 50...200) - para bobinas, e com alta permeabilidade (1000 ou mais) - para transformadores.

O ferro em pó é o material mais preferido para núcleos anulares de peça única de indutores que operam em altas correntes de polarização. A permeabilidade do ferro em pó está geralmente na faixa de 40...125, na maioria das vezes existem anéis feitos de materiais com permeabilidade de 50...80. A Tabela 6 mostra dados de referência para núcleos de anel de ferro em pó da Philips.

Não é difícil verificar se o núcleo entra em saturação durante a operação do SMPS, basta controlar o formato da corrente que flui pelo IC por meio de um osciloscópio. O sensor de corrente pode ser um resistor de baixa resistência ou um transformador de corrente. CI operando no modo normal terá um formato de corrente triangular ou dente de serra geometricamente correto. Se o núcleo estiver saturado, a forma de onda da corrente será curva.
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Indução de campo magnético dentro do toróide:
B=m*m0*N*I/Lav,

m0 - constante magnética = 4*pi*10^(-7),
N é o número de voltas,
I - corrente no enrolamento,

Indutância toróide:
L=m*m0*N^2*S/Lav,
onde m é a permeabilidade magnética da ferrita,
m0 - constante magnética,
N é o número de voltas,
S é a área da seção transversal da ferrita,
Lav - o comprimento da linha média do anel de ferrite.
Resistência ativa ao enrolamento (excluindo efeito pelicular):
R=p*Lp/S,
onde p é a resistividade do cobre (0,017 Ohm * m),
Lp - comprimento do fio do enrolamento,
Sp - área da seção transversal do fio.

Eu calculo o acelerador na seguinte ordem:
1) Revelamos os parâmetros do anel de ferrite: permeabilidade magnética m, comprimento da linha média Lav, área da seção transversal S, indução de saturação Bm. O último parâmetro pode ser encontrado no livro de referência de uma marca conhecida de ferrita ou no site do fabricante da ferrita.
2) Definimos a indutância necessária do indutor L.
3) Conhecendo os parâmetros L, m, Lav, S, calculamos o número necessário de voltas N.
4) Determinamos o consumo máximo de corrente da carga I e o consideramos com margem de 10-15%.
5) Conhecendo os parâmetros m, Lav, S, I, N, calculamos a indução B dentro da ferrita. Se for superior a 0,8Bm, então o anel não é adequado para a tarefa, é necessário escolher um anel com seção transversal maior ou com indução de saturação maior.
6) Se a indução não ultrapassar 0,8Bm, determinamos se o indutor nos satisfaz em termos de dissipação de potência. Para isso, definimos a potência máxima dissipada no indutor (Pm = 0,5-2W, dependendo do tamanho do anel).
7) Com base na potência fornecida Pm e no consumo de corrente I, determinamos a resistência ativa do fio do enrolamento R.
8) Selecionamos o fio com o qual vamos enrolar (0,8-1mm para enrolar em um fio, 0,5-0,6mm para enrolar em vários fios).
9) Conhecendo a seção transversal do(s) fio(s) Spr e sua resistência ativa R, calculamos o comprimento máximo do(s) fio(s) Lpr.
10) Enrolamos uma volta de fio no anel e determinamos seu comprimento Lv. Adicione 1-2 mm ao deslocamento angular do fio ao enrolar.
11) Com base no comprimento máximo do fio Lpr encontrado e no comprimento de uma volta Lv, calculamos o número permitido de voltas Ndop.
12) Se o Ndop for menor que o número de voltas N calculado anteriormente, é necessário utilizar um fio de seção transversal maior, ou enrolá-lo em vários fios.
13) Se Nadd>=N, avaliamos a possibilidade de enrolamento do número de voltas contadas. Para fazer isso, medimos o diâmetro interno do anel d e vemos se a desigualdade é verdadeira:
pi*(d-Spr)>=N*dpr,
onde Spr é a área da seção transversal do fio destinado ao enrolamento,
dpr é o diâmetro do fio destinado ao enrolamento.
14) Se a desigualdade não for atendida, é necessário enrolar em 2 ou mais camadas. Para anéis pequenos com diâmetro interno de até 8 mm, pessoalmente não recomendo enrolar em várias camadas. Neste caso, é melhor levar um anel maior ou com maior permeabilidade magnética.

Do site - _http://www. /comentário/112509

Dicas de design de conversor redutor - http://peljou.../enews/2007/8/7

Programa para cálculo de transformadores e bobinas 6mV - http://brwbr. /...e=s2-Droselprog

Mack R. Trocando fontes de alimentação. Fundamentos Teóricos de Design e Orientação para Aplicação Prática
encontra-se no site - http://www. eletrotécnica. informações/índice. php?...down&id=177

Outro artigo - http://www. ferrita. /site/page-Trancf...tori_i_drocceli

Projetando fontes de alimentação chaveadas (SMPS). - http://megaohm. pessoas...S/smps_rus. HTML

No método de cálculo descrito em, para determinar o número mínimo de voltas do enrolamento primário W 1 e a potência total P gab (máxima permitida) do transformador conversor push-pull, são utilizadas as fórmulas:

onde U1 é a tensão no enrolamento primário do transformador, V; f - frequência de conversão, Hz; B max - indução magnética máxima no circuito magnético, T; S c e S w, - área da seção transversal e área da janela, cm 2.

Essas fórmulas permitem realizar um cálculo aproximado do transformador. Mas seguir formalmente o cálculo dado no exemplo e ignorar os erros resultantes pode dar um resultado errôneo, que pode resultar na falha do transformador e dos transistores chaveadores.

Considere, por exemplo, um circuito magnético de anel K40x25x11 feito de ferrita 2000NM1. O valor máximo recomendado da indução magnética deve ser igual à indução de saturação: B max = B us = 0,38 T. Provavelmente concluído. que sob carga, a tensão retificada da rede de 310 V cairá para 285 V. Portanto, para um conversor meia ponte, a tensão no enrolamento primário do transformador (menos a tensão de saturação no transistor chaveador, que é considerada como 1,6 V): U 1 \u003d 285 / 2-1,6≈141 V. A partir do cálculo de acordo com a fórmula (1) obtemos W 1 =11,24≈12 voltas do enrolamento primário.

Suponha que seja necessário obter uma corrente contínua na carga l n \u003d 4 A em uma tensão U n \u003d 50 V, que corresponde a uma potência útil P n \u003d 200 W. Com eficiência η≈0,8, a potência utilizada é P app =P n /η=200/0,8=250 W. A potência total do transformador selecionado, calculada pela fórmula (2), é mais de quatro vezes a necessária, portanto deverá funcionar sem problemas. De acordo com a corrente máxima no enrolamento primário é l 1max \u003d P test / U 1 \u003d 1,77 A. Selecionamos transistores chaveadores com uma margem de corrente de 50%, então a corrente máxima permitida do coletor (dreno) I para adicionar \ u003d 1,77 * 1,5 = 2,7 A. Para o enrolamento primário do transformador é necessário um fio com diâmetro de 0,8 mm. O enrolamento secundário deve conter cinco voltas de fio com diâmetro de 1,2 mm. Isso completa o cálculo do transformador de acordo com o método. Mas o conversor funcionará normalmente com este Transformer?

Considere o processo de transferência de energia para a carga usando um transformador de pulso, cujo circuito de comutação é mostrado na Fig. São mostradas as direções das correntes nos enrolamentos primário i 1 e secundário i 2 do transformador e a polaridade da tensão e o meio ciclo considerado da tensão de pulso de entrada u 1, cuja forma retangular é mostrada na Fig. .

Observe que o formato da corrente no enrolamento primário não é retangular. Esta corrente é a soma da componente retangular útil com amplitude l 1max =1,77 A e a componente triangular da corrente de magnetização. O último componente pode ser estimado pela fórmula

A magnitude da corrente de magnetização é determinada pela duração do meio ciclo ∆t:

A Figura 1c mostra como, durante um meio ciclo, a corrente de magnetização i μ aumenta do valor -l max para +l max, e o outro - diminui no mesmo intervalo. Mesmo na ausência de saturação do circuito magnético, apenas devido ao aumento da corrente de magnetização, a corrente total l ∑max mostrada na Fig. 1b pode aumentar para valores perigosos para transistores.

Considere o efeito da histerese. A magnetização e reversão da magnetização do circuito magnético ocorre de acordo com as curvas mostradas na Fig.2. A abscissa mostra a intensidade do campo magnético H criado pelo enrolamento primário do transformador, a ordenada mostra a indução magnética B no circuito magnético. Na fig. 2 mostra o circuito de histerese limite e o circuito de histerese parcial (interno) correspondente à fig. 1b e 1c.

Figura 2

A curva da Fig. 2, que emana do ponto de intersecção dos eixos coordenados, corresponde ao trecho inicial da curva de magnetização e caracteriza o funcionamento do transformador em campos magnéticos fracos. Visto que, conforme indicado, a intensidade do campo magnético H criado pelo enrolamento primário do transformador é proporcional à corrente de magnetização i μ, é bastante legítimo combinar seu diagrama em uma figura com uma mudança na indução magnética B no circuito magnético.

Se uma tangente for desenhada em qualquer ponto do loop de histerese (na figura, esta é a tangente AC no ponto A), então sua inclinação determinará a mudança na indução magnética do LV em relação à mudança no campo magnético força ∆Н no ponto selecionado, ou seja, ∆В/ ∆N. Esta é a permeabilidade magnética dinâmica. No ponto de intersecção dos eixos coordenados, é igual à permeabilidade magnética inicial. Para ferrite 2000NM1, é nominalmente 2.000, mas seu valor real pode estar em uma faixa muito ampla: 1.700...2.500.

Para o exemplo mostrado na figura, em que a reversão da magnetização do circuito magnético ocorre ao longo de um loop de histerese parcial com pico no ponto D, a mudança na corrente de magnetização i μ1 é determinada pela fórmula (3). ocorrerá quase linearmente. Se a frequência de conversão f não exceder 50 kHz, a perda de energia para aquecimento do circuito magnético devido à sua reversão de magnetização é insignificante. Quanto ao regime com entrada do valor da indução magnética na região de saturação do material do circuito magnético (B max =B us). selecionado em , a imagem será completamente diferente. Neste caso, a curva de magnetização principal corresponde ao formato da corrente i μ2, que está muito longe de ser linear. A tangente no ponto E com coordenadas (H us, V us) é quase horizontal, o que equivale a uma diminuição significativa na indutância do enrolamento primário e, portanto, de acordo com a fórmula (3), a corrente de magnetização aumenta acentuadamente, que é ilustrado pelo gráfico i μ2. Se o transistor chaveador for selecionado sem margem de corrente suficiente, ele será inevitavelmente danificado. Para excluir a saturação do circuito magnético, é necessário cumprir a condição: na tensão de alimentação máxima possível, a indução magnética máxima deve corresponder à desigualdade B max ≤ (0,5 ... 0,75) * V us. Freqüentemente, ao projetar um conversor push-pull, outro critério também é usado - o valor relativo da corrente de magnetização. Os parâmetros do enrolamento primário são escolhidos da seguinte forma. de modo que a amplitude da corrente de magnetização ∆l corresponda a não mais que 5...10% da amplitude da componente retangular da corrente no enrolamento primário l 1max, então a corrente total pode ser aproximadamente considerada retangular.

A indutância do enrolamento primário do transformador, contendo 12 espiras em nosso exemplo, é de 0,3 mH. Amplitude da corrente de magnetização calculada pela fórmula (4). - 1,18 A. Se agora para uma carga útil de 200 W compararmos o valor máximo obtido da corrente de comutação total l ∑max \u003d l 1max + l max \u003d 1,77 + 1,18 \u003d 2,95≈3 A (Fig. 1, b ) com a corrente máxima permitida do transistor chaveador 2,7 E, o fato da escolha errada do transistor e a discrepância entre o diâmetro calculado do condutor do enrolamento primário e o valor requerido tornam-se bastante óbvios. Esta discrepância será ainda mais agravada no caso de um possível aumento da tensão de entrada em 20%. Como na tensão nominal de alimentação o modo é selecionado com o valor da indução magnética que entra na região de saturação do material do circuito magnético (B max = B us), em caso de aumento da tensão da rede, o valor máximo de a corrente no enrolamento primário do transformador l ∑ max excederá significativamente até mesmo seu valor refinado de 3 A.

A frequência de conversão de 100 kHz, escolhida arbitrariamente no exemplo de cálculo, como mostra o experimento, é a máxima possível para a ferrite 2000NM1, sendo necessário levar em consideração as perdas de energia para aquecimento do transformador. Mesmo que não sejam levados em consideração, o número de voltas do enrolamento primário deve ser significativamente maior. Se a tensão da rede for aumentada em 20%, a amplitude da tensão no enrolamento primário atingirá 180 V. Se assumirmos que nesta tensão a indução magnética máxima no circuito magnético não excede V max = 0,75 * V us = 0,285 T, então o número de voltas do enrolamento primário, calculado pela fórmula (1) deve ser igual a 20, mas não 12.

Assim, uma escolha insuficientemente fundamentada dos valores iniciais na fórmula (1) pode levar a um cálculo impreciso ou mesmo errôneo do transformador de pulso. Para evitar dúvidas sobre a legitimidade do uso da fórmula (1), justificamos-a analiticamente.

A indução magnética máxima B max (Tl) em um circuito magnético fechado pode ser calculada usando a fórmula bem conhecida

onde μ 0 = 4π·10 7 Gn/m é a permeabilidade magnética absoluta do vácuo; μ EFF - permeabilidade magnética efetiva do material do núcleo magnético; l max - amplitude da corrente de magnetização, A; W 1 - o número de voltas do enrolamento primário; lEFF- comprimento efetivo da linha do campo magnético no circuito magnético, m. Substitua em (5) l max de (4), usando a fórmula bem conhecida para a indutância do enrolamento toroidal

e passando de metros para centímetros, obtemos uma fórmula para calcular o número de voltas

Como você pode ver, a fórmula (6) difere de (1) apenas porque inclui a área efetiva da seção transversal do circuito magnético, e não a geométrica. Um método detalhado para calcular os parâmetros efetivos de vários tipos de circuitos magnéticos é fornecido em [3]. Na utilização prática desta fórmula, o valor de W deve ser arredondado para o número inteiro mais próximo N 1 .

Prestemos atenção às características de aplicação das relações utilizadas no projeto de transformadores para diversos conversores push-pull.

Conversores autooscilantes com um transformador, semelhantes ao descrito em (4), operam com entrada na região de saturação do material do circuito magnético (pontos E e E "na Fig. 2). As fórmulas (1) e (2) são usado em B max \u003d V us. De outra forma, essas fórmulas são usadas no caso de projeto de conversores autooscilantes com dois transformadores, como o descrito em. -transformador de potência no circuito de controle das bases dos transistores chaveadores.A tensão de impulso induzida no enrolamento do acoplamento cria saturação em um transformador de baixa potência, que define a frequência de conversão de acordo com a fórmula (1).Esta frequência é selecionada de modo que para evitar a saturação em um transformador potente, cujo tamanho é determinado de acordo com a fórmula (2). Nessas fontes de alimentação, os sinais de controle gerados por um transformador saturável de baixa potência são minimizados através da corrente nos transistores chaveadores.

Junto com os osciladores, os conversores push-pull com excitação externa são muito populares entre os rádios amadores. Para excluir a corrente de comutação direta, os geradores de sinais de excitação externos formam um intervalo de tempo de proteção entre o desligamento dos transistores de comutação abertos e os transistores de comutação fechados. Depois de selecionar a frequência de conversão e o valor máximo da indução magnética no circuito magnético, geralmente, primeiro, com base em (2), é determinado o circuito magnético necessário do transformador e, em seguida, usando a fórmula (1), o o número de voltas do enrolamento primário do transformador é calculado.

Tamanho Tm	Então ,	S EFF,	L EFF	E eu,	frequência de conversão. kHz
					30			40			50
					P máx.	Nº 1	Imax	P máx.	Nº 1	Imax	P máx.	Nº 1	Imax
	cm2	cm2	cm	µH	ter	vit.	A	ter	vit.	A	ter	vit.	A
K28x16x9	2.01	0.526	6.56	2	42	115	0.06	56	86	0.08	70	69	0.09
KZ1x18,5x7	2.69	0.428	7.44	1.44	48	141	0.05	61	106	0.07	77	85	0.09
KZ2x16X8	2.01	0.615	6.97	2.2	49	98	0.07	66	74	0.09	82	59	0.12
K32x16X12	2.01	0.923	6.97	3.32	74	86	0.10	99	49	0.14	124	40	0.17
K32x20X6	3.14	0.353	7.88	1.12	44	170	0.05	59	128	0.06	74	102	0.08
KZ2x20x9	3.14	0.53	7.88	1.68	67	114	0.01	89	85	0.09	111	68	0.12
KZ8x24x7	4.52	0.482	9.4	1.28	87	125	0.08	116	94	0.1	145	75	0.13
K40x25x7,5	4.91	0.552	9.84	1.4	106	109	0.09	145	82	0.12	181	66	0.15
K40x25x11	4.91	0.811	9.84	2.08	159	74	0.13	212	56	0.17	265	45	0.21
K45x28X8	6.16	0.667	11	1.52	164	90	0.12	219	68	0.16	274	54	0.20
K45x28X12	6.16	0.978	11	2.24	241	62	0.17	321	47	0.23	402	37	0.29

Para cálculos aproximados e seleção preliminar do tamanho necessário do circuito magnético feito de ferrita 2000NM1, existe uma tabela na qual, para diversos valores da frequência de conversão f, os resultados dos cálculos do número mínimo de voltas N 1 de o enrolamento primário de acordo com a fórmula (6), o valor da amplitude da corrente de magnetização I max de acordo com a fórmula (4) e a potência útil máxima possível P max . No cálculo deste último, a potência total foi calculada primeiro pela fórmula (2) utilizando a área da seção transversal efetiva do circuito magnético em vez da geométrica, depois foi multiplicada pelo valor da eficiência igual a 0,8. Soma

Eu ∑máx = l 1 máx + l máx

fornece a base para a escolha de um transistor chaveador de acordo com a corrente máxima permitida do coletor (dreno). O mesmo valor de corrente também pode ser usado para determinar o diâmetro do fio do enrolamento primário do transformador de acordo com a fórmula dada em

Os cálculos são feitos sob a condição de que a indução magnética máxima Vmax não exceda 0,25 T, mesmo que a tensão da rede seja 20% superior à tensão nominal, como resultado a tensão no enrolamento primário do transformador de um impulso O inversor meia ponte -pull pode atingir 180 V (levando em consideração a queda de tensão no resistor limitador de corrente e nos diodos retificadores). O circuito magnético deve ser selecionado com margem de 20...40% de acordo com a potência máxima de saída indicada na tabela. Embora a tabela tenha sido compilada para um conversor meia ponte, seus dados podem ser facilmente modificados para um conversor ponte. Neste caso, a tensão no enrolamento primário do transformador será duas vezes maior e a amplitude da componente retangular da corrente do enrolamento primário será a metade. O número de voltas deve ser o dobro. A indutância do enrolamento aumentará quatro vezes e a corrente > I max será reduzida à metade. É possível usar um circuito magnético de dois anéis de ferrite do mesmo tamanho empilhados juntos, o que levará a um aumento duplo na área da seção transversal do circuito magnético S c e no coeficiente de indutância A L . De acordo com a fórmula (2), a potência de saída global e útil também duplicará. O número mínimo de voltas do enrolamento primário, calculado pela fórmula (6), permanecerá inalterado. Sua indutância dobrará e a corrente de magnetização I max determinada pela fórmula (4) permanecerá a mesma.

Em fontes de alimentação com saída do ponto médio do enrolamento primário do transformador, a tensão total da rede é aplicada à metade deste enrolamento, portanto o número de voltas do enrolamento deve ser duas vezes maior em comparação ao conversor ponte, tudo outras coisas sendo iguais.

Ressaltamos que devido à significativa dispersão dos valores reais dos parâmetros dos materiais ferromagnéticos em relação aos seus dados de referência, a tabela só pode ser utilizada para a seleção preliminar do circuito magnético, e então, após medição experimental de suas características , é necessário realizar um cálculo atualizado do transformador. Por exemplo, para o circuito magnético K40x25x11, a tabela mostra o valor do coeficiente de indutância A L = 2,08 μH por volta. Vamos refinar experimentalmente as propriedades magnéticas de uma instância específica do circuito magnético: para um enrolamento de teste de N amostras = 42 voltas, a indutância medida é ≈3,41 mH, e o coeficiente de indutância

Mas as diferenças podem ser mais significativas, portanto o valor do coeficiente de indutância dado na tabela ainda deve ser considerado como diretriz. No nosso caso, é necessário aumentar o número de voltas para que a indutância do enrolamento não seja menor que a calculada a partir dos dados tabulares, ou ao escolher os transistores, levar em consideração que a corrente l max será 2,08 / 1,93≈1,1 vezes mais que o tabular.

Na fase de fabricação, provavelmente ocorrerá que o número mínimo recomendado de voltas do enrolamento primário preencherá apenas parcialmente a primeira camada do transformador. Para que o campo magnético criado por tal enrolamento no circuito magnético seja uniforme, suas voltas são “descarregadas” ou preenchem toda a camada com elas, e então, levando em consideração o novo número de voltas, o cálculo final de o transformador é executado.

Vamos completar o cálculo do transformador escolhido como exemplo. Resulta da tabela que na frequência de 50 kHz a potência útil máxima será de 265 W, o número mínimo de voltas do enrolamento primário N 1 é 45. Aproximadamente o valor máximo da corrente comutada: 1,77 + 0,21 = 1,98 A. Determine o diâmetro do fio do enrolamento primário do transformador. Conforme indicado, escolheremos o diâmetro mais próximo da nomenclatura produzida pela indústria d 1 = 0,83 mm, e levando em consideração o isolamento d 1 = 0,89 mm. Se levarmos em conta o isolamento elétrico do circuito magnético com várias camadas de tecido envernizado com espessura total de 0,25 mm, o diâmetro interno do circuito magnético diminuirá para 25-0,5=24,5 mm. Neste caso, o comprimento da circunferência interna será π·24,5≈80 mm. Levando em consideração o fator de preenchimento de 0,8, estão disponíveis 64 mm para enrolar a primeira camada de enrolamento, o que corresponde a 64 / 0,89 = 71 voltas. Assim, há espaço suficiente para 45 voltas. Nós os enrolamos "em uma fileira".

Ao determinar o número de voltas do enrolamento secundário, é necessário conhecer a queda de tensão no enrolamento primário. Se levarmos em conta que o comprimento de uma volta é 40,5-24,5+2-11,5=39 mm, então o comprimento total do fio no enrolamento primário é 45*39=1,755 m. e a queda de tensão no enrolamento primário alcançará U 1nad = 1,77 * 0,06 = 0,1 V.

Obviamente, um valor tão pequeno pode ser desprezado. Se assumirmos que as perdas no diodo retificador são aproximadamente iguais a 1 V, obtemos o número calculado de voltas do enrolamento secundário N 2 \u003d 45 * (51/150) \u003d 15,3 ≈ 16 voltas. Diâmetro do fio secundário

Preenchendo a janela do transformador com cobre

que corresponde ao fator de preenchimento

Levando em consideração a necessidade de isolamento entre camadas e entreenrolamentos, o valor médio do fator de preenchimento pode atingir K m =0,35, e o máximo - K m = 0,5. Assim, a condição para colocação dos enrolamentos é cumprida.

Especifiquemos o valor máximo da corrente de magnetização, levando em consideração o fato de que o valor medido do coeficiente de indutância acabou sendo 1,1 vezes menor que o valor da tabela. Portanto, a corrente de magnetização I max será 1,1 vezes maior e será de 0,23 A, o que em nosso exemplo não difere muito do valor da tabela, 0,21 A. A corrente total de comutação no enrolamento primário na tensão máxima da rede é l Σmax =1,77+0,23=2 A. Com base nisso, é necessário selecionar transistores chaveadores com uma corrente de coletor (dreno) máxima permitida de pelo menos l add = 1,5 * 2 = 3 A. A tensão máxima nos transistores chaveadores (no estado fechado) é igual à tensão retificada total da rede, portanto a tensão máxima permitida do coletor ( dreno) deve ser de pelo menos U dop = 1,2 * 360 = 432 V. Isso completa o cálculo do transformador de pulso.

LITERATURA

1. Zhuchkov V. Cálculo do transformador da fonte de alimentação chaveada. - Rádio, 1987, nº 11. p. 43.

2. Informações de referência. Livro de referência sobre ferritas. materiais ferromagnéticos. - http://www.qrz.ru/reference/ferro/ferro.shtml

3. Mikhailova M. M., Filippov V. V., Muslekov V. P. Ferrites magnéticas moles para equipamentos radioeletrônicos. Diretório. - M.: Rádio e comunicação, 1983.

4. Knyazev Yu., Sytnik G., Sorkin I. Bloco ZG e fonte de alimentação do conjunto IK-2. - Rádio, 1974, nº 4, p. 17.

5. Bereboshkin D. Melhor fornecimento de energia econômica. - Rádio, 1985. Nº 6, p. 51,52.

6. Pershin V. Cálculo do transformador de rede da fonte de alimentação. - Rádio, 2004, nº 5, p. 55-57.

S. KOSENKO, Rádio, 2005, nº 4, pp.