Как рассчитать трансформатор для импульсного блока питания
Обновлено: 04.07.2024
Упрощенная формула для расчета ферритовых трансформаторов для ИБП.
5760/F(кГц) = К
Sсеч/К = V(вольт) на 1виток
где:
F - частота преобразования в Гц.
S - сечение ферритового магнитопровода в мм.
V - количество вольт на 1 виток
К - коэффициент зависимости от частоты.
Упрощенная формула для расчета обычных трансформаторов 50Гц.
Sсеч.мм*0.0003=V(вольт) на 1 виток
где:
S - сечение магнитопровода в мм
V - кол.вольт на 1 виток
Упрощенная формула для определения сечения круглого обмоточного провода
D х D / 1.27 = Sсеч.мм
где:
D - диаметр провода
S - площадь сечения провода
Упрощенная усредненная формула для расчета необходимого сечения намоточного провода
A / 3.85 = Sсеч.мм
где:
A - номинальный ток нагрузки
S - площадь сечения провода
Пример расчета трансформатора импульсного БП.
Допустим, имеем Ш образный ферритовый сердечник с размерами центрального столбика 11 и 12мм. Необходимо определить площадь сечения магнитопровода.
Перемножаем размеры между собой 11х12=132мм Sсеч=132мм.кв. Один параметр уже есть!
О определяем частоту преобразования ИБП, возьмем к примеру 50кГц. F(Гц)=50кГц это второй параметр!
Теперь нужно определить коэффициент зависимости от частоты К. Берем первую формулу из файла: 5760/F(кГц)=К, подставляем цифры 5760/50=115 Kз.ч.= 115. Мы определили коэффициент зависимости от частоты, он равен 115
Берем вторую формулу из файла S/K=V(вольт) на 1виток. Снова подставляем цифры которые у нас уже есть. 132/115=1.1 вольт на 1 виток, то есть если нам нужно намотать 150В первичку для полумостовой схемы ИБП. Делим 150/1.1=136 витков. Остальные обмотки рассчитываются так же. Допустим нам нужна вторичка 12В, значит 12/1.1=11 витков.
Специально для начинающих: Артур (Левша)
Левша Опубликована: 2007 г. 0 2
Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?
В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки.
Самые интересные ролики на Youtube
Выбор типа магнитопровода.
Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.
На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.
D – внешний диаметр кольца.
d – внутренний диаметр кольца.
H – высота кольца.
В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!
Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:
242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).
Определяем примерную величину индукции по таблице.
Пример: М2000НМ – 0,39Тл.
Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.
Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.
Марганец-цинковые ферриты.
Никель-цинкове ферриты.
Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».
Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.
Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.
Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.
В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.
Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».
Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.
Как рассчитать число витков первичной обмотки?
Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.
Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.
Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.
Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?
Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален "Используемой мощности трансформатора".
Особенности намотки импульсных трансформаторов.
Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.
Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.
Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.
Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».
Что для этого нужно?
Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.
Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.
Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.
1 – кольцевой сердечник.
3 – витки обмотки.
D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.
На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.
На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.
Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.
По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.
Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.
w = π(D – 10S – 4d) / d, где:
w – число витков первичной обмотки,
π – 3,1416,
D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
S – толщина изолирующей прокладки,
d – диаметр провода с изоляцией,
/ – дробная черта.
Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.
Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.
● Мощность – 50 Ватт.
Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).
Реально поместилось – 114 витков.
● Мощность – 20 Ватт.
Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).
Реально поместилось – 176 витков.
● Мощность – 200 Ватт.
Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.
w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).
Реально поместилось 58 витков.
В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.
Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.
Как намотать импульсный трансформатор?
Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.
Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю.
При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.
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.
Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.
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 можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.
Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.
Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.
Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.
Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).
Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!
Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.
Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.
Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.
Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.
Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).
Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.
Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.
Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало.
Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.
Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
[Число витков вторичной обмотки] = [Число витков первичной обмотки] * [Амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, В] / [Амплитудное значение входного напряжения, В]
Как мы видим из формул, число витков не зависит от магнитной проницаемости сердечника. Так как сердечник с зазором эквивалентен сердечнику с меньшей магнитной проницаемостью, но без зазора, то от размера зазора число витков также не зависит. Но от проницаемости (и от зазора) зависит ток холостого хода трансформатора. Если Он обратно пропорционален этой величине. Так как обычно мы заинтересованы в уменьшении холостого тока, то, если нет противопоказаний, лучше использовать материал с большей проницаемостью.
Скин-эффект и намотка жгутом
Силовые импульсные трансформаторы мы рекомендуем мотать жгутами из тонких проводов. Преимуществ несколько. Во-первых, исключается снин-эффект. Это такое неприятное явление, когда токи высокой частоты проходят по проводникам не по всему их объему, а стремятся распределиться по поверхности. Получается, что работает не весь проводник, а только его небольшой поверхностный слой. Отсюда избыточное омическое сопротивление обмотки и нагрев. Скин-эффект не проявляется на тонких проводах. До частоты 100 кГц мы применяем жгуты из провода диаметром 0.25 мм. На более высоких частотах рекомендуется диаметр провода еще уменьшить. Во-вторых, жгутом проще мотать, чем толстой медной шиной.
Сечение провода обмотки выбирается исходя из силы тока. Мы считаем допустимой плотность тока 5 А/кв. мм. Если Вы проектируете трансформатор с прицелом на сертификацию, то в разных странах есть разные стандарты на допустимую плотность тока. Ознакомьтесь с ними. Исходя из силы и плотности тока, получаем диаметр провода. Для частот меньше 100 кГц если он меньше 0.25 А, то мотаем одним проводом, если больше, то жгутом из проводов 0.25.
Определив количество витков в обмотках и количество проводов в жгутах, нужно проверить, поместятся ли обмотки в окне магнитопровода.
Теперь приведем онлайн расчет трансформатора. Этот расчет пригоден как для низкочастотных трансформаторов, так и для высокочастотных. Его можно применять для расчета не только силовых, но и других (например, управляющих, согласующих и т. д.) трансформаторов. Он пригоден для разных магнитопроводов. Необходимо только правильно рассчитать площадь сечения и площадь окна. Для Ш - образных сердечников. Площадь сечения равна площади зуба, а площадь окна произведению его ширины на его высоту. Для кольцевых (тороидальных) сердечников площадь сечения равна произведению высоты на половину разности внешнего и внутреннего диаметров, площадь окна равна ПИ умножить на квадрат внутреннего диаметра поделить на 4.
Здравствуйте. По поводу расчёта числа витков первички в импульсном тр. непонятно конкретно способ нахождения 'Максимально приемлемая индукция, Тл', или оно определяется как индуктивность, Гн через реактивное сопротивление? Читать ответ.
Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.
Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.
Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, .
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание.
Сверхмощный импульсный усилитель звука. Площади. Вещательный. Звуковой.
Сверхмощный импульсный усилитель звука для озвучивания массовых мероприятий и пр.
Приведены образцы схем преобразования и выпрямления. На некоторых полях ввода программы и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.
Подробнее о программе
3. Для ШИМ-контроллеров задается частота, равная половине частоты задающего генератора микросхемы. Импульсы задающего генератора подаются на выходы по очереди, поэтому частота на каждом выходе (и на трансформаторе) в 2 раза ниже частоты задающего генератора.
Микросхемы IR2153, и подобные ей этого семейства микросхем, не являются ШИМ-контроллерами, и частота на их выходах равна частоте задающего генератора.
Не стоит гнаться за большой частотой. При высокой частоте увеличиваются коммутационные потери в транзисторах и диодах. Также при большой частоте из-за малого числа витков ток намагничивания получается слишком велик, что приводит к большому току холостого хода и, соответственно, низкому КПД.
4. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет медь всех обмоток.
6. Если выбрана стабилизация выходных напряжений, то первый выход является ведущим. И на него надо назначать выход с наибольшим потреблением.
Остальные выходы считаются по первому.
Для реальной стабилизации всех выходов следует применять дроссель групповой стабилизации.
7. При однополярном выпрямлении, несмотря на больший расход меди, имеет преимущество схема выпрямления со средней точкой, так как потери на двух диодах будут в 2 раза меньше, чем на четырех диодах в мостовой схеме.
8. Для правильной работы дросселя в выпрямителе после диодов перед дросселем не должно быть никаких конденсаторов! Даже маленького номинала.
9. На числах витков обмоток в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с числом слоев, занимаемых обмотой.
10. На числах проводов в обмотках в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с плотностью тока в обмотке.
Читайте также: