Расчет тороидального трансформатора онлайн: elektrosat – Расчёт тороидального трансформатора онлайн

alexxlab | 22.04.2023 | 0 | Разное

онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов • Мир электрики

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

• сердечника;
• обмотки;
• каркаса для расположения обмоток;
• изолятора;
• дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Как подобрать подходящий трансформатор

Выбрать подходящий трансформатор можно большим количеством способов, но львиная доля это безысходность или незнание мастера. Выделим три наиболее простых и применимых в практике метода:

• Первый. Взять старый трансформатор, вышедший из строя. Посмотреть маркировку и найти в Интернете аналог. Если вдруг трансформатор требуется для иных целей, придется повозиться.
• Второй способ: практический. Для этого следует замерить напряжение и силу тока в сети, а затем посмотреть требуемые параметры устройства, которое планируется подключать через трансформатор. После этого нужно посчитать коэффициент трансформации и, вооружившись этими знаниями, идти выбирать подходящую модель.
• Третий способ: аналитический. Воспользоваться приведенным в статье расчетом или программным обеспечением, чтобы определить конкретные параметры модели. Если учесть, что в примере используются реальные сердечники и диаметры проводов, то реально найти устройство, которое будет соответствовать заявленным требованиям.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

• стержневой;
• броневой;
• тороидальный.

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

• S — площадь сечения сердечника.
• K — постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Можно ли использовать планарный трансформатор

Конечно, можно. Но, вопрос в том, нужно ли. Планарным трансформатором зовут устройство на основе распечатанной платы. Использование подобных моделей незаменимо для компактной техники, вроде телефонов, компьютеров и прочего.

Однако, если речь идет о замене или самостоятельном конструировании прибора, то столь инновационная технология не нужна в силу дороговизны и сложности монтажа.

Не нужно изобретать велосипед: есть целый ряд методик расчета, создания и монтажа традиционных трансформаторов, которые готовы выполнить для пользователя практически любую задачу. Использование планарного трансформатора оправдано только при предъявлении к устройству требования особой компактности и мобильности.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

• напряжение первичной и вторичной обмотки;
• габаритны сердечника;
• толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

1. Рассчитывается ток нагрузки: In=Po/U2, А.
2. Вычисляется величина тока вторичной обмотки: I2 = 1,5*In, А.
3. Определяется мощность вторичной обмотки: P2 = U2*I2, Вт.
4. Находится общая мощность устройства: Pт = 1,25*P2, Вт.
5. Вычисляется сила тока первичной обмотки: I1 = Pт/U1, А.
6. Находится необходимое сечение магнитопровода: S = 1,3*√ Pт, см².

Следует отметить, что если конструируется устройство с несколькими выводами во вторичной обмотке, то в четвёртом пункте все мощности суммируются, и их результат подставляется вместо P2.

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

• U1 — напряжение первичной обмотке, В.
• S — площадь сердечника, см².
• K1, K2 — число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

• d — диаметр провода, мм.
• I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются аналогично простым трансформаторам, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разницы напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разница напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Такое значение тока соответствует мощности 12,5*240=3000 Вт. Потребление сетевого тока составляет 12,5+250/220=13,64А, что как раз и соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключён к сети. Участок между отводом и выходом мотается проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе мощность значительно больше, чем трансформатор на таком же сердечнике при небольшом коэффициенте передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньший размер, меньший вес и при этом большее КПД. При этом они легко наматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчёта тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» поэкспериментировать с разными вводными данными. В качестве таких данных используются:

• напряжение входной обмотки, В;
• напряжение выходной обмотки, В;
• ток выходной обмотки, А;
• наружный диаметр тора, мм;
• внутренний диаметр тора, мм;
• высота тора, мм.

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
2. Габаритная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, берущийся из справочника (0,76−0,96).
3. Фактическое сечение «железа» в месте размещения катушки: Sch= ((D-d)*h)/2, мм2.
4. Расчётное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1.2, мм2
5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ справочная величина (от 0,85 до 0,94).
7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J- плотность тока, берущаяся из справочника (от 3 до 5).
8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное значение, которое зависит от суммарной мощности выходных обмоток.
9. Остается найти выходную мощность и расчёт тороидального силового трансформатора считается выполненным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проводом, Kct —коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

Выбор индукции в стержне сердечника и плотности тока в проводах обмоток трансформатора

Допустимая величина индукции в стержне и ярме сердечника трансформатора определяется выбранным значением намагничивающего тока, мощностью, частотой, типом трансформатора, числом стыков в сердечнике и материалом последнего. Для трансформаторов стержневого и броневого типов мощностью несколько десятков или сотен вольампер с сердечником из листовой электротехнической стали марок Э41 и Э11 (ГОСТ 802-581) индукцию в стержне сердечника можно принять в следующих пределах:

Bс = 1,2 – 1,3 Тл.

В случае сердечника трансформатора из холоднокатаной стали марок Э310, Э320 и Э330 эту индукцию можно принять:

Bс = 1,5 – 1,6 Тл.

В трансформаторах повешенной частоты (200 – 400 Гц) величина индукции в стержне определяется величиной потерь и его нагревом. Обычно в этом случае индукция в стержне составляет не более 0,5 – 0,7 Тл.

Допускаемая величина плотности тока в проводах обмоток трансформатора в значительной мере определяет вес и стоимость последнего. Чем выше плотность тока в обмотках, тем меньше их вес меди и соответственно стоимость трансформатора. С другой стороны, с увеличением плотности тока возрастают потери в меди обмоток и нагрев трансформатора.

В трансформаторах мощностью примерно до 100 ВА допускаемая плотность тока в проводах обмоток может составлять:

j = 4,5 – 3,5 А/мм2

В трансформаторах мощностью свыше 100 ВА и до нескольких сотен вольтампер эта плотность обычно составляет:

j = 3,5 – 2,5 А/мм2

Рекомендации по сборке и намотке

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10—20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

Возможные схематические решения

Схем подключения вторичной обмотки трансформаторов, да и вообще всей электроники две:

• Звезда, которая используется для повышения мощности сети.
• Треугольник, который поддерживает постоянное напряжение в сети.

Вне зависимости от выбранной схемы, наиболее трудными считается изготовление и подключение небольших трансформаторов. Сюда относится и столь популярный в запросах поисковиков аtx. Это модель, которая устанавливается в системных блоках компьютеров, и изготовить ее самостоятельно крайне трудно.

В число трудностей при изготовлении маленьких трансформаторов стоит отнести сложность обмотки и изоляции, правильного подключения вторичной обмотки вне зависимости от выбранной схемы, а так же сложности с поиском сердечника. Короче говоря, проще и дешевле такой трансформатор купить. А вот как выбрать подходящую модель – это совсем другая история.

Литература.

1. Косенко С. “Расчёт импульсного трансформатора двухтактного преобразователя” // Радио, №4, 2005, с. 35 — 37, 44.
2. Эраносян С. А.Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991,- 176 с: ил.
3. С. В. Котенёв, А. Н. Евсеев. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — М.: Горячая линия-Телеком, 2013. — 359 с.: ил.
4. А. Петров «Индуктивности, дроссели, трансформаторы «// Радиолюбитель, №12, 1995, с.10-11.
5. Михайлова М.М., Филиппов В.В., Муслаков В.П. Магнитомягкие ферриты для радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1983. — 200 с., ил.
6. Расчетные геометрические параметры кольцевых сердечников.
7. Б.Ю.Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М. : Солон-Р, 2001. — 327 с. : ил

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) – важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Расчет трансформатора на ферритовом кольце онлайн. Расчет трансформаторов импульсных источников питания

Импульсные источники питания, все чаще встречающиеся в радиолюбительской практике благодаря высокому коэффициенту полезного действия, малым габаритам и весу, обычно требуют расчета одного или нескольких (по числу каскадов) трансформаторов. Это продиктовано тем, что приводимые в литературе значения числа витков, их диаметра, зачастую не совпадают с желаемыми выходными данными собираемого или проектируемого источника питания, либо имеющиеся в наличии у радиолюбителя ферритовые кольца или транзисторы не соответствуют приводимым в схеме.
В литературе приводилась упрощенная методика расчета трансформаторов импульсных источников питания. Общий порядок расчета трансформатора импульсного источника питания следующий:
1. Рассчитать (в Вт) используемую мощность трансформатора
Рисп. =1,ЗРн, где Рн — мощность, потребляемая нагрузкой.
2. Выбрать тороидальный ферритовый магнитопровод, удовлетворяющий условию Ргаб>Рисп., где Ргаб. — габаритная мощность трансформатора, Вт, вычисляемая как:

Где D — наружный диаметр ферритового кольца, см; d— внутренний диаметр; h — высота кольца; f — частота работы преобразователя, Гц; Вmах — максимальное значение индукции (в Тесла), которое зависит от марки феррита и определяется по справочнику.
3. Задавшись напряжением на первичной обмотке трансформатора
U1 определяют с округлением в большую сторону
число ее витков:

Для полумостового преобразователя U1=Uпит/2-UКЭнас, где Uпит — напряжение питания преобразователя, UКЭнас — напряжение насыщения коллектор — эмиттер транзисторов VT1, VT2.
4. Определяют максимальный ток первичной обмотки (в А):

Где η — КПД трансформатора (обычно 0,8).
5. Определяют диаметр провода первичной обмотки (в мм):

6. Находят число витков и диаметр провода выходной (вторичной) обмотки:

М.

А. Шустов; «Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения»; «Альтекс-А», 2002г.

Сегодня я расскажу о процедуре расчета и намотки импульсного трансформатора, для блока питания на ir2153.

Моя задача стоит в следующем, нужен трансформатор c двумя вторичными обмотками, каждая из которых должна иметь отвод от середины. Значение напряжения на вторичных обмотках должно составить +-50В. Ток протекать будет 3А, что составит 300Вт.

Расчет импульсного трансформатора.

Для начала загружаем себе программу расчета импульсного трансформатора и запускаем её.

Выбираем схему преобразования – полумостовая. Зависит от вашей схемы импульсного источника питания. В статье схема преобразования –полумостовая.

Напряжение питания указываем постоянное. Минимальное = 266 Вольт, номинальное = 295 Вольт, максимальное = 325 Вольт.

Тип контроллера указываем ir2153, частоту генерации 50кГц.

Стабилизации выходов – нет. Принудительное охлаждение – нет.

Диаметр провода, указываем тот, который есть в наличии. У меня 0,85мм. Заметьте, указываем не сечение, а диаметр провода.

Указываем мощность каждой из вторичных обмоток, а также напряжение на них.Я указал 50В и мощность 150Вт в двух обмотках.

Схема выпрямления – двухполярная со средней точкой.

Указанные мною напряжения (50 Вольт) означают, что две вторичных обмотки, каждая из которых имеет отвод от середины, и после выпрямления, будет иметь +-50В относительно средней точки. Многие подумали бы, что указали 50В, значит, относительно ноля будет 25В в каждом плече, нет! Мы получим 50В вкаждом плече относительно среднего провода.

Намотка импульсного трансформатора.

Итак, вот мое колечко с размерами 40-24-20 мм.

Теперь его нужно изолировать каким-либо диэлектриком. Каждый выбирает свой диэлектрик, это может быть лакоткань, тряпочная изолента, стеклоткань и даже скотч, что лучше не использовать для намотки трансформаторов. Говорят скотч, разъедает эмаль провода, не могу подтвердить данный факт, но я нашел другой минус скотча. В случае перемотки, трансформатор тяжело разбирать, и весь провод становится в клею от скотча.

Я использую лавсановую ленту, которая не плавится как полиэтилен при высоких температурах. А где взять эту лавсановую ленту? Все просто, если есть обрубки экранированной витой пары, то разобрав её вы получите лавсановую пленочку шириной примерно 1,5см. Это самый идеальный вариант, диэлектрик получается красивым и качественным.

Скотчем подклеиваем лавсаночку к сердечнику и начинаем обматывать колечко, в пару слоев.

Выводы первичной обмотки скручиваем и залуживаем.

Следующим шагом вновь изолируем диэлектриком еще пару слоев.

Теперь начинаются самые “непонятки” и множество вопросов. Как мотать? Одним проводом или двумя? В один слой или в два слоя класть обмотку?

В ходе моего расчета я получил две вторичных обмотки с отводом от середины. Каждая обмотка содержит 13+13 витков.

Мотаем двумя жилами, в ту же сторону, как и первичную обмотку. В итоге получилось 4 вывода, два уходящих и два приходящих.

Теперь один из уходящих выводов соединяем с одним из приходящих выводов. Главное не запутаться, иначе получится, что вы соедините один и тот же провод, то есть замкнете одну из обмоток. И при запуске ваш импульсный источник питания сгорит.

Программное обеспечение, предназначенное для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных push-pull, мостовых и полумостовых преобразователей напряжения источников питания.

Из основных достоинств Lite-CalcIT стоит отметить удобный и понятный графический интерфейс, контроль и учет различных особенностей рассматриваемых электромагнитных устройств, а также формирование довольно достоверных результатов.

Рассматриваемое ПО дает возможность рассчитать диаметры обмоточных проводов (учитывая скин-эффект – глубину проникновения тока в массив проводника на определенной частоте), мощность потерь в магнитопроводе, количество витков в обмотках трансформатора и его габаритную мощность, ток намагничивания первичной обмотки и её индуктивность, перегрев магнитопровода, а также многое другое. Важной особенностью Lite-CalcIT является возможность выбора схемы выпрямления и наличие различных вариантов ШИМ-контроллеров: TL494, SG3525, IR2153 и подобных им. Также предлагается два способа охлаждения трансформатора: принудительное и естественное. Форма сердечника может быть E, ER, EI, ETD или R типа, кроме этого база магнитопроводов является пополняемой. Данные на изделия других образцов необходимо вносить самостоятельно согласно документации производителя. При добавлении нового сердечника в поле комбинированного списка программа автоматически дописывает к его названию префикс формы и название материала. Lite-CalcIT предлагает рассчитать до четырех вторичных обмоток одного трансформатора, причем для каждой вторичной обмотки в соответствии с рисунками указывается своя схема выпрямления. При выводе результатов работы данный софт приводит не только диаметры проводов, но и во сколько жил должна производиться намотка этими проводами. При наличии двухполярного питания со средней точкой число витков для каждого плеча будет указано через значок «+».

На отдельных результатах расчета и полях ввода размещены всплывающие подсказки. Кроме этого, если ряд параметров выйдет за разумные пределы (например, нагрев сердечника), то данное ПО предупредит об этом пользователя и самостоятельно ограничит ряд установленных значений. Все данные предыдущего расчета сохраняются при перезапуске программы.

Данное ПО является упрощенной версией программы ExcellentIT и подходит для тех, кто не желает возиться с огромным количеством различных специфичных параметров (которые по умолчанию берутся усредненными). Однако следствием этого является более высокая погрешность расчетов. Основные отличия от полной версии – отсутствие возможности рассчитать индуктивность выходного дросселя, а также сохранять, загружать и распечатывать результаты работ. При работе с Lite-CalcIT нельзя забывать, что диаметр провода по лаку будет больше вводимого диаметра по меди.

Автором данного ПО является отечественный программист Владимир Денисенко, проживающий в городе Пскове. Помимо ExcellentIT и Lite-CalcIT он написал еще несколько других программ для определения моточных компонентов различных устройств: Booster (заточенный на расчет понижающих и повышающих импульсных стабилизаторов), Forward (трансформаторы прямоходовых однотактных преобразователей) и Flyback (дроссель-трансформаторы обратноходовых преобразователей). Автор следит за пожеланиями пользователей и постоянно дорабатывает вышеприведенное ПО. Его программы получили известность не только в странах бывшего СССР, но и за рубежом.

Программа Lite-CalcIT распространяется абсолютно бесплатно. Инсталляция при установке не требуется.

Язык интерфейса рассматриваемого калькулятора импульсных трансформаторов – русский.

Размер программы составляет менее 1 MB. Платформа для работы – операционные системы Microsoft Windows XP, Vista и 7 (работоспособность проверена в 32- и 64-разрядных версиях). Lite-CalcIT функционирует и в среде Linux при запуске под Wine.

Скачать: (скачиваний: 953)

Распространение программы: бесплатная

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

1. Основная работа в программе происходит в группе «Оптимизация».
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных (за пределами группы «Оптимизация») для получения отправной точки при оптимизации намоточных данных трансформатора.

2. В группе «Оптимизация» при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации запускается автоматически.
Но если новое значение введено «вручную», то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.

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.

5. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника.
При естественном охлаждении следует выбирать 4 — 6 А/мм2.
При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 — 10 А/мм2.
Большие значения плотности тока соответствуют маленьким сердечникам.
При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения.

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.

Содержание: В электронике и электротехнике широко используются различные типы трансформаторов. Это дает возможность применения электронных систем во многих областях производственной и хозяйственной деятельности. Поэтому наряду с основными расчетами, большое значение приобретает расчет импульсного трансформатора. Данные устройства являются важными элементами, которые используются во всех схемах современных блоков питания. Назначение и действие импульсного трансформатора Импульсные трансформаторы применяются в системах связи и различных автоматических устройствах. Их основной функцией является внесение изменений в амплитуду и полярность импульсов. Основным условием нормальной работы этих устройств считается минимальное искажение передаваемых ими сигналов. Принцип действия импульсного трансформатора заключается в следующем: при поступлении на его вход прямоугольных импульсов напряжения с определенным значением, в первичной обмотке происходит постепенное возникновение электрического тока и дальнейшее увеличение его силы. Подобное состояние, в свою очередь, приводит к изменению магнитного поля во вторичной обмотке и появлению электродвижущей силы. В этом случае сигнал практически не искажается, а небольшие потери тока ни на что не влияют. При выходе трансформатора на проектную мощность, обязательно появляется отрицательная часть импульса. Его воздействие вполне возможно сделать минимальным, путем установки во вторичную обмотку простого диода. В результате, в этом месте импульс также максимально приблизится к прямоугольной конфигурации. Главным отличием импульсного трансформатора от других аналогичных технических систем считается его исключительно ненасыщенный режим работы. Для изготовления магнитопровода применяется специальный сплав, обеспечивающий высокую пропускную способность магнитного поля. Расчет исходных данных и выбор элементов устройства В первую очередь необходимо правильно выбрать наиболее подходящий магнитопровод. К универсальным конструкциям относятся броневые сердечники с Ш-образной и чашеобразной конфигурацией. Установка необходимого зазора между частями сердечника делает возможным применение их в любых импульсных блоках питания. Однако, если собирается полумостовой двухтактный преобразователь, можно обойтись обычным кольцевым магнитопроводом. При расчетах необходимо учитывать внешний диаметр кольца (D), внутренний диаметр кольца (d) и высота кольца (Н). Существуют специальные справочники по магнитопроводам, где размеры кольца представлены в формате КDxdxH. Перед тем как производить расчет импульсного трансформатора необходимо получить определенный набор исходных данных. Сначала нужно определиться с питающим напряжением. Здесь имеются свои сложности, в связи с возможными . Поэтому для расчетов берется максимальное значение в 220 В + 10%, к которому применяются специальные коэффициенты: Амплитудное значение составляет: 242 В х 1,41 = 341,22 В. Далее 341,22 – 0,8 х 2 = 340 В за вычетом падения напряжения на выпрямителе. Значение индукции и частоты определяется с помощью таблиц: 1. Марганец-цинковые ферриты. Параметры Марка феррита 2. Никель-цинковые ферриты. Параметры Марка феррита Граничная частота при tgδ ≤ 0,1, МГц Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл Намотка импульсных трансформаторов При намотке импульсных трансформаторов необходимо учитывать особенности этих устройств. В первую очередь следует обращать внимание на равномерное распределение обмотки по всему периметру магнитопровода. В противном случае произойдет значительное снижение мощности устройства, а в некоторых случаях – его выход из строя. В случае намотки провода своими руками, используется обмотка «виток к витку», выполненная в один слой. Исходя из такой технической характеристики, выполняется и расчет импульсного трансформатора в части определения необходимого количества витков. Диаметр провода, используемого для обмотки, нужно подобрать таким образом, чтобы весь провод точно уложился в один слой, а количество витков в этом случае будет совпадать с расчетными данными. Разница между и результатом, полученным с помощью формулы, может составлять от 10 до 20%, что позволяет делать обмотку, не обращая внимания на точное количество витков. Для выполнения расчетов существует формула: W = n (D – 10 S – 4 d ) / d , в которой W -является количеством витков в первичной обмотке, n – постоянная величина, равная 3,1416, D – внутренний диаметр кольца магнитопровода, S – толщина изоляционной прокладки, d – диаметр изолированного провода. Максимальный допуск ошибок при вычислениях составляет от -5 до +10% в зависимости от плотности укладки проводов.

Ingrid West Machinery Ltd – онлайн калькулятор обмотки тороида.

Ввод значений			Выходные данные
Размеры сердцевины			Размеры сердцевины
Внешний диаметр “НД”		мм	Теоретический окончательный наружный диаметр “OD”		мм
Внутренний диаметр “ID”		мм	Теоретический окончательный внутренний диаметр “ID”		мм
Высота “HT”		мм	Теоретическая высота в готовом виде “HT”		мм
Спецификация обмотки			Спецификация обмотки
Количество витков		получается	Длина на виток		мм
Диаметр проволоки		мм	Общая длина Миллиметры		мм
			Общая длина Метры		М
			Общая длина Ноги		футов
			Количество витков на слой при шаге проволоки		Обороты
			Количество слоев		слоев
			Челночные повороты груза
			Челнок 4″		Обороты
			Челнок 6″		Обороты
			8-дюймовый челнок		Обороты
			Челнок 10″		Обороты
			Челнок 13″		Обороты

Расчет тороидального ВЧ трансформатора | е-дневник

пока-дневник • 01 июня 2022 г. • 2 мин чтения

0

Тороидальный ВЧ-трансформатор часто используется для согласования импеданса в ВЧ-цепях. Это соответствует импедансу источника и нагрузки. В этом уроке мы объясним процесс изготовления ВЧ-трансформатора для согласования импеданса с подробным расчетом конструкции тороидального ВЧ-трансформатора. Это включает в себя расчет количества первичных и вторичных обмоток, расчет индуктивностей на первичной или вторичной обмотках и выбор размера сердечника тороида.

Чтобы построить тороидальный ВЧ-трансформатор, нам нужно количество витков для первичной и вторичной обмотки, а также выбрать тороидальный сердечник. Для расчета количества витков нам необходимо знать полное сопротивление источника и нагрузки, а также диапазон частот, в котором работает схема.

Кратко объясняется процесс изготовления ВЧ трансформатора с тороидальным сердечником. Сначала мы вычисляем коэффициент трансформации, используя сведения об импедансе источника и нагрузки, которые должны быть согласованы. Затем мы оцениваем индуктивное сопротивление на первичной (или вторичной) стороне для заданной частоты и вычисляем индуктивность первичной обмотки. Как только мы узнаем индуктивность первичной обмотки, мы затем выбираем тороидальный сердечник в зависимости от частоты работы и подходящего размера для намотки сердечника. Выбрав сердечник тороида, мы узнаем коэффициент индуктивности AL, и вместе со знанием первичной индуктивности мы узнаем количество витков первичной обмотки. Затем по первичному количеству витков и коэффициенту витков вычисляем номер вторичной обмотки. Затем витки наматываются на тороидальный сердечник для построения ВЧ трансформатора 9.0307

Рассмотрим следующую схему. При этом тороидальный трансформатор соединен своей первичной обмоткой со стороны источника сигнала, а вторичная обмотка соединена с базой транзистора ВЧ-усилителя.

 Количество витков первичной и вторичной обмотки равно Np и Ns соответственно. Полное сопротивление на первичной и вторичной обмотках Zp и Zs. Количество обмоток и импеданс связаны следующим уравнением.

\[ \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{Z_p}{Z_s}}\]

Это соотношение используется для согласования импеданса источника и нагрузки в радиочастотных цепях.

Предположим, что импеданс источника Zp= 50 Ом. Также предположим, что импеданс базы транзистора равен 4 Ом. Этот импеданс затем является вторичным импедансом Zs (Zs = 4 Ом). Затем, используя приведенное выше уравнение, мы имеем

\( \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{50Ohm}{4Ohm}} \)

или,  \( \frac{N_p}{N_s} = \sqrt{\frac{50Ом}{4Ом}} \)

или, \( \frac{N_p}{N_s} = 3,53 \)

или, \( N = 3,53 \)

где N называется коэффициентом трансформации

Индуктивное сопротивление катушки индуктивности,

\( X_L = 2 \pi f L\) 

Общее правило при проектировании ВЧ трансформатора заключается в том, что индуктивное сопротивление должно быть в 4 раза больше импеданса, подключенного к этому индуктору. Здесь рассмотрим катушку первичной обмотки. Катушка первичной обмотки подключена к источнику сопротивлением 50 Ом. Следовательно, его индуктивное сопротивление должно быть в 4 раза больше 50 Ом, что равно 200 Ом. Следовательно, индуктивное сопротивление первичной обмотки катушки должно быть 200 Ом.

Итак, \( X_L = 200 Ом\) 

или, \( 2 \pi f L_p =200 Ом\) 

, то есть, или, \( L_p = \frac{200Ohm}{2 \pi f }\)

Частота f — самая низкая рабочая частота. Если рабочая частота схемы составляет от 3 МГц до 30 МГц, то f равно 3 МГц. Это дает

 \( L_p = \frac{200Ом}{2 \pi 30MHz}\)

, то есть \( L_p = 10,6 мкГн\)

После того, как мы знаем индуктивность, необходимую для первичной обмотки, мы можем выбрать тороидальный ядро, соответствующее нашим требованиям к сигналу. После того, как мы выбрали тороидальный сердечник, мы узнаем значение \(A_L\), и с этим знанием мы можем рассчитать количество витков для первичной обмотки.

Ниже приведены номера смесей материалов сердечника с железным наполнением и их свойства.

 Для нашего диапазона частот от 3 МГц до 30 МГц можно выбрать тип материала 2. Затем мы выбираем размер тороидального сердечника с питанием из железа на основе смеси материалов типа 2.

Выбирается размер 50 (диаметр 0,5 дюйма) со смесью материалов типа 2. Таким образом, тороидальный трансформатор будет с сердечником Т-50-2. Из приведенной выше таблицы значение \(A_L\) для этого сердечника равно 49.

Далее мы вычисляем количество витков для первичной обмотки Np для выбранного тороидального сердечника с электропитанием по следующей формуле.0008

\[ N_p = 100 \sqrt{\frac{L_{\mu H}}{A_L}}\]

Подставляя значения,

\[ N_p = 100 \sqrt{\frac{10,6 \mu H} {49}}\]

получаем, \(N_p=46,5 \примерно 47\)

Тогда по формуле коэффициента витков можно рассчитать количество витков вторичной обмотки:

\(N=\ frac{N_p}{N_s}\)

Здесь N=3,53 и Np=47, поэтому  \(N_s=\frac{N_p}{N} = \frac{47}{3,53}=13,3 \приблизительно 13\)

Итак, нам нужно 47 витков для первичной обмотки и 13 витков для вторичной обмотки на тороидальном сердечнике Т-50-2, чтобы сделать ВЧ-преобразование для согласования импедансов.