Výpočet výkonových transformátorů na toroidním jádru pomocí tabulky

Jak zjistit výkon toroidního transformátoru podle jeho rozměrů

Bylo potřeba výkonné napájení. V mém případě existují dvě magnetická jádra: pancéřová páska a toroidní. Typ zbroje: ШЛ32х50 (72х18). Toroidní typ: OL70/110-60.

VÝCHOZÍ ÚDAJE pro výpočet transformátoru s toroidním magnetickým jádrem:

• napětí primárního vinutí, U1 = 220 V;
• napětí sekundárního vinutí, U2 = 36 V;
• proud sekundárního vinutí, l2 = 4 A;
• vnější průměr jádra, D = 110 mm;
• vnitřní průměr jádra, d = 68 mm;
• výška jádra, v = 60 mm.

Výpočet transformátoru s magnetickým jádrem typu ШЛ32х50(72х18) ukázal, že samotné jádro je schopno produkovat napětí 36 voltů s proudem 4 ampéry, ale nemusí být možné navinout sekundární vinutí kvůli nedostatečné ploše okna. Začněme s výpočtem transformátoru s magnetickým jádrem typu OL70/110-60.

Softwarový (online) výpočet vám umožní experimentovat s parametry za běhu a zkrátit dobu vývoje. Můžete také vypočítat pomocí níže uvedených vzorců. Popis vstupních a výpočtových polí programu: světle modré pole je výchozí údaj pro výpočet, žluté pole je údaj vybraný automaticky z tabulek, pokud zaškrtnete políčko pro úpravu těchto hodnot, pole změní barvu na světle modrou a umožní vám zadat vlastní hodnoty, zelené pole je vypočtená hodnota.

Vzorce a tabulky pro ruční výpočet transformátoru:

1. Výkon sekundárního vinutí;

2. Celkový výkon transformátoru;

Čtěte také: Struktura a principy fungování zařízení pro měření pH

3. Skutečný průřez oceli magnetického jádra v místě cívky transformátoru;

4. Vypočítaný průřez oceli magnetického jádra v místě cívky transformátoru;

5. Skutečná plocha průřezu okna jádra;

6. Hodnota jmenovitého proudu primárního vinutí;

7. Výpočet průřezu vodiče pro každé z vinutí (pro I1 a I2);

Výroba toroidního jádra

Toroidní transformátory obsahují ve své konstrukci složité jádro. Za nejlepší materiál pro jeho výrobu je považována transformátorová ocel. Chcete-li vyrobit toroidní jádro transformátoru, musíte použít ocelovou pásku. Je potřeba ho svinout do válečku, který bude mít tvar torusu. Pokud již takový formulář máte, pak by neměly být žádné problémy.

Pokud je hodnota vnitřního průměru d nedostatečná, je třeba část pásky odvinout. V důsledku toho se zvětší oba průměry a zvětší se celková plocha. To však může snížit vaši plochu průřezu.

Dobré hotové jádro najdete i na laboratorním autotransformátoru. Měli byste přetočit jeho závity. Přístrojové transformátory mají jednodušší jádro.

Další způsob výroby toroidního jádra zahrnuje použití desek z vadného průmyslového transformátoru. Nejprve budete muset z těchto upevnění vyrobit obruč. Jeho průměr by měl být 26 cm. Do této obruče by měly být postupně vkládány destičky. Ujistěte se, že se neuvolňují.

Pokud toroidní transformátor dosáhne požadovaného průřezu, pak je jeho magnetický obvod připraven. Chcete-li zvýšit S, musíte vytvořit dva toroidy. Musí mít stejnou velikost. Jejich hrany bude nutné zaoblit pomocí pilníku. Z lepenky musíte vyrobit dva speciální kroužky a dva proužky pro Thora. Po jejich aplikaci by měly být všechny prvky obaleny izolační páskou. Nyní je vaše magnetické jádro připraveno.

Jak zjistit výkon toroidního transformátoru podle jeho rozměrů

V současné době jsou nejběžnější typy magnetických jader:

Na některých místech lze ještě nalézt plátová jádra ve tvaru Ш; výpočet takových transformátorů je podobný výpočtu páskových transformátorů ve tvaru Ш.

Toroidní transformátor lze použít pro výkony od 30 do 1000 W tam, kde je vyžadován minimální únik toku nebo kde je požadavek na minimální objem prvořadý. Vzhledem k určitým výhodám v objemu a hmotnosti oproti jiným typům konstrukcí transformátorů jsou toroidní transformátory také technologicky nejméně vyspělé (vhodné) k výrobě.

Jaké ferity lze použít a proč?

Jak je známo, jádro v transformátoru funguje jako koncentrátor elektromagnetické energie. Čím vyšší je přípustná indukce B

a magnetickou permeabilitou μ, čím větší je hustota přenášené energie a čím kompaktnější je transformátor. Nejvyšší magnetickou permeabilitu mají tzv. jedničky. feromagnetika – různé sloučeniny železa, niklu a některých dalších kovů.

Čtěte také: Schéma činnosti softstartéru, jeho účel a provedení

Magnetické pole je popsáno dvěma veličinami: intenzitou H (úměrná proudu vinutím) a magnetickou indukcí B (charakterizuje silové působení pole v materiálu). Vztah mezi B a H se nazývá magnetizační křivka látky. Feromagnetika mají zajímavou vlastnost – hysterezi (řecky: zpoždění) – kdy okamžitá odezva na náraz závisí na jeho historii.

Po opuštění nulového bodu (tento úsek se nazývá hlavní magnetizační křivka) začnou pole probíhat po určité uzavřené křivce (tzv. hysterezní smyčka). Na křivce jsou vyznačeny charakteristické body: saturační indukce B s , zbytková indukce B r a koercitivní síla H c.

Obr.1. Magnetické vlastnosti feritů. Vlevo je tvar hysterezní smyčky a její parametry. Vpravo je hlavní magnetizační křivka feritu 1500NM3 při různých teplotách a frekvencích: 1 – 20 kHz, 2 – 50 kHz, 3 – 100 kHz.

Na základě hodnot těchto veličin se feromagnetika běžně dělí na tvrdé a měkké. První z nich mají širokou, téměř obdélníkovou hysterezní smyčku a jsou dobré pro permanentní magnety. A v transformátorech se používají materiály s úzkou smyčkou. Faktem je, že v jádru transformátoru existují dva typy ztrát – elektrické a magnetické. Elektrické (k buzení Foucaultových vířivých proudů) jsou úměrné vodivosti materiálu a frekvenci, ale magnetické jsou menší, čím menší je plocha hysterezní smyčky.

Ferity jsou lisované prášky oxidů železa nebo jiných feromagnetik slinuté keramickým pojivem. Tato směs spojuje dvě opačné vlastnosti: vysokou magnetickou permeabilitu železa a špatnou vodivost oxidů. To minimalizuje elektrické i magnetické ztráty a umožňuje výrobu transformátorů, které pracují na vysokých frekvencích. Frekvenční vlastnosti feritů jsou charakterizovány kritickou frekvencí fc, při které ztrátová tangenta dosahuje 0,1. Thermal – Curieova teplota Tc, při které μ náhle klesne na 1.

Tuzemské ferity jsou označeny čísly označujícími počáteční magnetickou permeabilitu a písmeny označujícími frekvenční rozsah a typ materiálu. Nejběžnější nízkofrekvenční nikl-zinkový ferit je označen písmeny NN. Má nízkou vodivost a relativně vysokou frekvenci fc. Má ale vysoké magnetické ztráty a nízkou Curieho teplotu. Nikl-manganový ferit má označení NM. Jeho vodivost je vyšší, takže fc je nízká. Ale magnetické ztráty jsou nízké, Curieova teplota je vyšší a je méně náchylný k mechanickým nárazům. Někdy je k feritovému označení přidáno další číslo 1, 2 nebo 3. Obvykle čím vyšší je, tím je ferit teplotně stabilnější.

O jaké značky feritů máme největší zájem?

Pro technologii konverze je dobrý tepelně stabilní ferit 1500NM3 s fc=1,5 MHz, Bs=0,35..0,4 T a Tc=200 ℃.

Pro speciální aplikace se ferit 2000NM3 vyrábí se standardizovanou dekamodací (dočasná stabilita magnetické permeability). Má fc=0,5 MHz, Bs=0,35. 0,4 T a Tc=200 ℃.

Ferity řady NMS byly vyvinuty pro výkonné a kompaktní transformátory. Například 2500NMS1 s Bs=0,45 T a 2500NMS2 s Bs=0,47 T. Jejich kritická frekvence fc=0,4 MHz a Curieova teplota Tc>200 ℃.

Pokud jde o přípustnou indukci B m , je tento parametr nastavitelný a není v literatuře standardizován. Dá se to zhruba zvážit Bm = 0,75 B s min

. U nikl-manganových feritů to dává přibližně 0,25 T. Vezmeme-li v úvahu pokles Bs při zvýšených teplotách a v důsledku stárnutí, je v kritických případech lepší hrát na jistotu a snížit Bm na 0,2T.

Hlavní parametry běžných feritů jsou shrnuty v tabulce 3.

Tabulka 3. Hlavní parametry některých feritů

Transformátor napětí

Kromě standardního typu napěťových transformátorů existuje speciální typ zvaný proudový transformátor. Jeho hlavním účelem je změnit aktuální hodnotu vzhledem k jeho vstupu. Jiný název pro tento typ zařízení je aktuální.

Proudový transformátor je měřicí zařízení určené k měření střídavého proudu. Proudové přístroje se používají tam, kde je potřeba měřit vysoký proud nebo chránit polovodičová zařízení před abnormálními hodnotami vyskytujícími se na lince.

Současné zařízení se vzhledově neliší od napěťového transformátoru, jeho rozdíly jsou v zapojení a počtu závitů ve vinutí. Primární se provádí pomocí jednoho nebo dvojice otáček. Tyto závity procházejí toroidním magnetickým obvodem a právě přes ně se měří proud. Současná zařízení se vyrábějí nejen toroidního typu, ale lze je vyrobit i na jiných typech jader. Hlavní podmínkou je, aby měřený drát udělal plnou otáčku.

V tomto provedení je sekundární vinutí přerušeno nízkoimpedančním odporem. V tomto případě by hodnota napětí na tomto vinutí neměla být velká, protože během průchodu nejvyšších proudů bude jádro v režimu nasycení.

Čtěte také: Nebezpečí úniku proudu při zemním spojení.

V některých případech se měření provádějí na několika vodičích, které procházejí torusem. Pak bude velikost proudu úměrná síle součtu proudů.

Konstrukce (typy) pulzních transformátorů

V závislosti na tvaru jádra a umístění cívek na něm se IT vyrábí v těchto provedeních:

Na obrázcích je uvedeno:

• A – magnetický obvod vyrobený z jakostí transformátorové oceli, vyrobený technologií válcování kovů za studena nebo za tepla (kromě toroidního jádra, které je vyrobeno z feritu);
• B – cívka z izolačního materiálu
• C – vodiče, které vytvářejí indukční vazbu.

Všimněte si, že elektroocel obsahuje málo přísad křemíku, protože způsobuje ztrátu výkonu v důsledku působení vířivých proudů na magnetický obvod. V toroidní IT může být jádro vyrobeno z válcované nebo ferimagnetické oceli.

Tloušťka desek pro sestavu elektromagnetického jádra se volí v závislosti na frekvenci. Jak se tento parametr zvyšuje, je nutné instalovat desky menší tloušťky.

DIY navíjecí stroj

Jednou z možností je vyrobit stroj vybavený nastavitelným zakladačem a otočným pultem na principu jízdního kola.

Kolo je umístěno na čepu ve zdi a jeho ráfek je opatřen pryžovým kroužkem. Abyste mohli jádro nasadit na ráfek, musíte jej nejprve odříznout a poté znovu upevnit, čímž získáte pevný kruh. Po navinutí požadované délky drátu na něj je jeden konec připojen k jádru volně umístěnému na ráfku. Cívka se pohybuje kolem ráfku v plných kruzích, což způsobuje položení drátu na rám. V tomto případě se k počítání otáček používá počítadlo jízdních kol.

Vytvoření pokročilejšího zařízení bude vyžadovat použití krokových motorů s polohováním jejich polohy. K tomuto účelu se používají mikrokontroléry a elektronické počítadlo. Tento typ konstrukce vyžaduje určité dovednosti v rádiové elektronice.

Velmi často jej radioamatéři používají při výrobě malých elektronických zařízení. výkonové transformátory použití toroidní jádra. Technologie navíjení vinutí na toroidním jádru je složitější a pracnější než na pancéřovaném jádru z plátů ve tvaru Ш, ale transformátor na toroidním jádru má výrazně nižší hmotnost při stejném výkonu, menší rozměry a mnohem vyšší účinnost. Vinutí takového transformátoru se lépe chladí. Pokud jsou vinutí rovnoměrně rozmístěna po obvodu toroidu, rozptylové pole bude menší, takže není nutné takové transformátory stínit.

Úplný a přesný výpočet transformátoru na toroidním jádru je složitější než na jádru pancéřovém. Pro výpočet toroidních transformátorů s výkonem až 120 W používá autor tohoto článku tabulku. Nepřesnost výpočtu je přibližně 5 %. Výpočet parametrů neuvedených v tabulce se provádí stejným způsobem jako při výpočtu transformátoru na jádru tvaru E.

Tabulka je určena pro výpočet transformátorů na jádrech z oceli válcované za studena E310, E320, EZZO o tloušťce pásky 0,3. 0,5 mm, stejně jako ocel E340, E350, E360 s tloušťkou pásky 0,5. 0,1 mm při frekvenci primární (výkonové) sítě 50 Hz. S ocelí s takovými parametry se v praxi setkáváme nejčastěji. Při navíjení transformátorů na toroidní jádra je lepší použít mezivinutí a vnější (vnější) izolaci. Mezivrstvová izolace umožňuje rovnoměrnější pokládání drátu vinutí, ale současně se zvyšuje tloušťka vinutí, to znamená, že se snižuje vnitřní okno toroidu. A upevnění takového transformátoru se obvykle provádí pomocí šroubu procházejícího vnitřním otvorem vinutého toroidního transformátoru a lícnic. Při navíjení transformátorů na toroidní jádro je nutné použít navíjecí dráty se zvýšenou mechanickou a elektrickou pevností. Například při ručním navíjení je nejlepší použít drát typu PELSHO, PESHO. Jako poslední možnost můžete použít drát typu PEV-2. Pro vnější a mezivinutí a někdy i pro meziohybovou izolaci je nutné použít fluoroplastovou pásku typu PET o tloušťce 0,01. 0,02 mm, lakovaná tkanina LShSS tloušťka 0,06. 0,2 mm a cambric pásku.

Příklad výpočtu transformátoru na toroidním jádru Výchozí údaje: napájecí napětí 220 V (Uc), napětí sekundárního vinutí 20 V (Uout), proud

zatížení sekundárního vinutí 2,5 A (Iн).

1. Určete výkon sekundárního vinutí:

P=Uout ∙ Iн=20 ∙ 2,5=50 (W).

2. Určete celkový výkon toroidního transformátoru:

kde η je účinnost a další potřebné údaje jsou převzaty z výpočtové tabulky.

3. Určete plochu průřezu jádra:

Сcalc=(Рг) 0,5 /1,25=53 0,5 /1,25=6 (cm2).

4. Vyberte rozměry jádra z referenční příručky:

Nejbližší typická velikost toroidního jádra OL 50/80 je 40. Plocha průřezu tohoto jádra je: S=(8-5)/2 ∙ 4=6 (cm2) (S odebraného jádra nesmí být menší než vypočtené S).

5. Při zjišťování vnitřního průměru musí být splněna následující podmínka:

dc’=(2,4 ∙ S) 0,5 =(2,4 ∙ 6) 0,5 =3,8 ( cm ), tzn. 5 je větší než 3,8.

6. Vezměme jádro z oceli E320, pak počet závitů na 1 volt je určen vzorcem:

W=33,3/S=33,3/6=5,55 (otáčky na volt).

7. Najděte počet závitů vinutí:

Wc=W ∙ Uc=5,55 ∙ 220=1221 (otočka);

Wout=W ∙ Uout=5,55 ∙ 20=111 (otočky).

U toroidních transformátorů je únikový magnetický tok velmi malý, proto úbytek napětí na výstupních vinutích závisí pouze na ohmickém odporu výstupního vinutí. Proto je u transformátorů na toroidech potřeba zvýšit počet závitů na výstupních vinutích pouze o 3 %.

To znamená, že Wout = 114,3 otáčky, nebo ještě lépe 115 otáček.

8. Průměr drátu se určí pomocí vzorce:

Proud primárního (síťového) vinutí je určen vzorcem:

Ic = 1,1 ∙ Pr/Uc = 1,1 ∙ 53/220 = 0,25 (A);

Dc= 1,13(Ic/A)S= 1,13(0,25/3)S=0,326 (mm).

Je zvolen nejbližší průměr navíjecího drátu – 0,33 mm.

dout= 1,13 (In/A) 0,5 = 1,13 (2,5/3) 0,5 = 1,01 (mm).

Můžete vzít drát d=1,0 mm.

Poznámka. Pr – celkový výkon transformátoru; W₁ — počet závitů na volt pro ocel E310, E320, E33O;

W₂ — počet závitů na volt pro ocel E340, E350, E360; S —

plocha průřezu jádra; Δ — přípustná hustota proudu ve vinutích; η — účinnost transformátoru.