Программы для расчета импульсных трансформаторов: Программы-калькуляторы и расчеты для радиолюбителя

Содержание

Design tools pulse transformers – программа для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных импульсных источников питания с задающим генератором.

Программа «Design tools pulse transformers» предназначена для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных импульсных источников питания с задающим генератором.

Программа для расчёта импульсных трансформаторов двухтактных мостовых, полумостовых и push-pull преобразователей источников питания. Изготовив трансформатор точно по результатам расчёта, при верных исходных данных, можно не опасаться, что трансформатор импульсного источника питания будет не оптимален. Расчёт импульсных трансформаторов достаточно точен, и его результат можно принять за эталон, например, при сравнении с данными других аналогичных программ..

Автором была создана новая методика вычислений, изложенная в статье Москатов Е. «Методика и программа расчёта импульсного трансформатора двухтактного преобразователя», «Радио», № 6, 2006, с.

35 – 37. В статье приведены расчётные формулы и пояснения по работе с программой. В справке программы даны пояснения по типовым вопросам, приведены справочные данные ферритов. Статус лицензии – donationware (класс freeware), то есть программа распространяется свободно и оплата не обязательна.

Язык интерфейса – русский, размер – 427 Кб или 660 Кб.

Сайт разработчика: Сайт

Ссылки для скачивания:

Основная программа: Здесь
Дополнение: Определение параметров магнитопроводов
Старая версия: Transformer

Документация: PDF-файл

Источники:

WEB-страница

Оставьте свой комментарий!

Добавить комментарий

< Предыдущая		Следующая >

Программы расчета импульсных трансформаторов.

ExcellentIT – узкоспециализированная программа для расчета импульсного трансформатора двухтактного преобразователя.

Главное окно состоит из трех основных блоков. В первом необходимо ввести начальные данные: амплитуда индукции, частота преобразования, рабочее время, сопротивление канала и др. Здесь же необходимо ввести выходные данные – напряжение, ток, диаметр и стандарт провода и т. д.

Во втором блоке выбирается тип преобразователя – Пуш-пул, полумостовая или мостовая. Здесь же выводятся все результаты расчетов – габаритная мощность трансформатора, число витков, минимальное напряжение и т. д.

В третьем блоке можно выбрать тип сердечника, материал форму и т.д. В базе данных ExcellentIT содержится большое количество готовых сердечников, но при необходимости вы можете вручную ввести данные (размеры, эффективная проницаемость, площадь сечения и др.). Заданные вами параметры сохраняются в программе, и при повторном расчете вам не придется вводить их снова. После указания всех данных кликните на «Рассчитать», и ExcellentIT сразу же выдаст вам результаты.

Особенности программы

Быстрый расчет различных физических показателей.
Всплывающие подсказки по каждому параметру.
Справочная информация в виде схем преобразования и выпрямления.
Выбор размера окна – большой или маленький.
Интерфейс на русском языке.
Поддержка Windows XP и выше.

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

Всем привет! Много лазил по сайту, а особенно по своей ветке и нашёл много чего интересного. В общем в этой статье хочу собрать всевозможные радиолюбительские калькуляторы, чтобы народ сильно не искал, когда возникнет необходимость в расчётах и проектировании схем.

1. Калькулятор расчета индуктивности – . За представленную программу говорим спасибо

краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя – . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла – . Снова спасибо краб

4. Калькулятор расчета GDT в SSTC – . Предоставлено [)еНиС

5. Программа для расчета контура лампового УМ – . Благодарности за информацию краб

6. Программа опознавания транзисторов по цвету – . Благодарности краб

7. Калькулятор для расчета источников питания с гасящим конденсатором – . Спасибо посетителям форума

8. Программы расчета импульсного трансформатора – . Спасибо ГУБЕРНАТОР . Примечание – автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 – Евгений Москатов из г. Таганрога.

9. Программа для расчета однофазных, трехфазных и автотрансформаторов – . Спасибо reanimaster

10. Расчет индуктивности, частоты, сопротивления, силового трансформатора , цветовая маркировка – . Спасибо bars59

11. Программы для разных радиолюбительских расчетов и не только – и . Спасибо reanimaster

12. Помощник Радиолюбителя – радиолюбительский калькулятор – . Тема на . Спасибо Antracen , т.е. мне:)

13. Программа по расчёту DC-DC преобразователя – . Благодарности краб

В сети можно найти множество программ для расчета импульсных трансформаторов, и каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, но, как говорится, на вкус и цвет……. Поэтому в этой статье мы остановимся на нескольких бесплатных программах, предназначенных для этих целей, которыми пользуются многие радиолюбители.

“Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”.

Одной из них является программа Владимира Денисенко “Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”. Как уже говорилось выше, она бесплатна и имеет статус свободного распространения, не требует установки.
Просто извлеките файл запуска программы из архива (Расчет ИТ(2.6.0).exe) , запустите его, и пользуйтесь на здоровье.

Вот так выглядит интерфейс программы “Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6″:

Во вкладке “Показать схемы выпрямления” вы можете посмотреть возможные варианты выпрямителей, стоящих на выходе импульсного источника питания. Вкладка выглядит вот так:

Если возникают какие то вопросы, загляните во вкладку “Помощь”.

Программа “Transformer”.

Эта программа также позволяет рассчитывать трансформаторы для импульсных источников питания. Как утверждает автор, она не содержит шпионских модулей, отсутствует реклама и всплывающие окна, бесплатна.

При запуске файла “Transformer_1.0.0.1.exe” из архива, запускается мастер установки программы:

Жмем “Next”, открывается окно, где можно прописать путь, куда будет установлена программа. По умолчанию она установится в: c:\Program Files (x86)\Transformer\*.*

В этой же папке вы сможете найти документацию на программу (файл в формате *.chm), прочитать раздел “Работа с программой”, и архив с исходниками. Окно документации выглядит так:

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа “Lite – CalcIT v. 1.5″.

Следующая программа для расчета импульсных трансформаторов двухтактных преобразователей, на которую мы хотели обратить ваше внимание, называется “Lite – CalcIT”. Установки программа не требует, поэтому распакуйте папку “Lite-CalcIT(1500)” куда хотите, запускайте файл “Lite-CalcIT(1500).exe”, и пользуйтесь.

Внешний вид окна программы следующий:

Выбирайте тип сердечника, вводите исходные данные, и жмите “Рассчитать!”
К сожалению программа не содержит вкладки “Помощь” или справочной информации. Наверно автор предполагал, что программой будут пользоваться более-менее опытные радиолюбители.

Программа “ExcellentIT v.3.2”.

Бесплатная, установки не требует. Интерфейс чем то напоминает Lite-CalcIT, только здесь уже можно сохранить полученный расчет в файл формата *.sav , а в последствии открыть уже ранее сохраненные расчеты. Также полученный расчет можно сохранить в обычный текстовый файл с расширением *.txt

Программа позволяет добавлять в базу и удалять не нужные типоразмеры магнитопроводов.

Маленькая программа для расчёта трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки. Программа бесплатная. Работает в DOS (в том числе в DOS-live CD) и в 32-х битных системах Windows 97/XP/7 – в сеансе командной строки. Для выполнения вычислений распакуйте архив и кликните на файле программы мышкой. Далее следуйте интерактивной инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора(для dos/windows(32-bit)) архив.zip 23,5кб

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для windows 7 – 64bit) архив zip 134 kb

Программа для упрощенного расчёта силового трансформатора по данным напряжения первичной и вторичной обмоток и по величине тока вторичной обмотки для Debian 6.0 GNU/Linux – i386 (686) – в других дистрах не проверял:-)

Скачать бесплатно программу расчёта трансформатора (для Linux) архив.zip 0,5mb

для запуска распакуйте файл transf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/transf или
#chmod 777 /usr/local/bin/transf

$transf в первом варианте или
$/usr/local/bin/transf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется – вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора.

Всё на русском языке.

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для DOS/windows 32bit архив zip 14 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для windows 7/64bit архив zip 134 kb

Скачать программу расчёта трансформатора по данным магнитопровода – для Debian 6.0 GNU/Linux – i386(686) архив zip 490 kb

Справка по программе для Linux:
для запуска распакуйте файл deftransf в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/deftransf или
#chmod 777 /usr/local/bin/deftransf
после чего можете запустить программу командой:
$deftransf в первом варианте или
$/usr/local/bin/deftransf во втором варианте
Более никакой справки не потребуется – вводите желаемые величины напряжений и получаете параметры трансформатора. Всё на русском языке.

сопротивления цепи параллельно соединённых резисторов:

Программа для расчёта сопротивления цепи, набранной параллельно соединёнными резисторами. Особенностью программы является возможность интерактивно добавляя сопротивления в параллельное соединение моментально получать значение общего сопротивления цепи. Ограничений или предустановок по количеству включаемых параллельно элементов нет. Работает в DOS и Windows 97/XP/7 (32-х битных) – в сеансе командной строки. Программа бесплатна. Для вычисления распакуйте архив, кликните на файле программы мышкой и следуйте инструкции на русском языке. Программа не инсталлируется и работает с любого носителя.

Скачать бесплатно программу для DOS/Windows 32-bit архив.zip 22,3 кб

Для Windows 7 – 64 bit(132 kb)

Для Linux – zip 488 kb Примечание о запуске программы для Linux:

для запуска распакуйте файл paralsop в каталог /bin или в /usr/local/bin , присвойте ему права 777 командой
#chmod 777 /bin/paralsop или
#chmod 777 /usr/local/bin/paralsop
после чего можете запустить программу командой:
$paralsop в первом варианте или
$/usr/local/bin/paralsop во втором варианте

для вычисления длины стороны квадрата равного площадью данному кругу и наоборот:

Программа для вычисления периметра и длины стороны квадрата по данным круга. Иногда приходится соединять геометрически разные изделия (например: воздуховоды круглого и квадратного сечесения), при этом требуется сохранить площадь неизменяемой. Вот эта программа и вычисляет через площадь фигуры значения сторон квадрата или длину окружности – в зависимости от того, что Вам требуется узнать. Как и предыдущие программы, она работает в DOS и Windows 97/XP/7 – 32 бит. Халява. Для вычислений распакуйте архив, ну и далее мышкой на exe… Инсталляция не требуется, работает с любого носителя.

Скачать бесплат но программу для расчёта квадрата равного по площади данному кругу архив.zip 24 кб

для вычисления площади сечения по данному диаметра и наоборот:

Программа для вычисления площади поперечного сечения по данному диаметру и для определения диаметра по данному площади поперечного сечения.
Не секрет, что принятое обозначение номинала провода имеет два типа: первый – по диаметру, второй – по площади поперечного сечения. Торгующие организации не заморачиваются переводом одного в другое и предлагают выбрать провод по площади поперечного сечения. Но часто Вам известен диаметр требуемого провода, но неизвестна его площадь поперечного сечения, а между тем и этим есть однако разница. В конечном счёте эта разница выражается в рублях и в том случае если Вы возьмёте бОльшее и переплатите, и в том – когда купленный провод не будет соответствовать реальному току и провод этот придётся покупать заново (или обменивать на большего сечения). Собсно для этого и написал я такую программку – простенько, но деньги экономит.
Программа работает в DOS & Windows 97/XP/7 – 32 bit , халява.
Для работы – распакуйте и кликните на.exe – файл.

Скачать бесплатно программу для определения площади поперечного сечения провода zip-архив 23,4 кб

для расчёта размера регулярных выплат и общей суммы выплат по кредиту:

Программа для вычисления выплат по кредиту. Иногда требуется при планировании финансовых затрат и для представления того, в какую примерно сумму уложится переплата банку.

Скачать бесплатно для Windows 7/XP программу для вычисления выплат по кредитам zip-архив 3 кб

Скачать бесплатно для Linux x86 программу вычисления выплат по кредитам (архив regpay.zip)
Инструкция для Linux

Программа для вычисления простых чисел:

Вычисление простых чисел – приятное занятие для математика. Но с технической точки зрения оказывается не всё так возможно, как представляется. Размер регистров процессора ограничен, да и частота ставит предел скорости вычисления.

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.

Существуют , позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора. Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками. Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления. Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.

Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами – броневым, стержневым и . Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

Программа расчета импульсных трансформаторов телевизоров. Программы для расчёта

1. Калькулятор расчета индуктивности – . За представленную программу говорим спасибо краб

2. Универсальный калькулятор радиолюбителя – . Опять спасибо краб

3. Программа расчёта катушек Тесла – . Снова спасибо краб

4. Калькулятор расчета GDT в SSTC – . Предоставлено [)еНиС

5. Программа для расчета контура лампового УМ – . Благодарности за информацию краб

6. Программа опознавания транзисторов по цвету – . Благодарности краб

7. Калькулятор для расчета источников питания с гасящим конденсатором – . Спасибо посетителям форума

9. Программа для расчета однофазных, трехфазных и автотрансформаторов – . Спасибо reanimaster

11. Программы для разных радиолюбительских расчетов и не только – и . Спасибо reanimaster

12. Помощник Радиолюбителя – радиолюбительский калькулятор – . Тема на . Спасибо Antracen , т.е. мне:)

13. Программа по расчёту DC-DC преобразователя – . Благодарности краб

В третьем блоке можно выбрать тип сердечника, материал форму и т. д. В базе данных ExcellentIT содержится большое количество готовых сердечников, но при необходимости вы можете вручную ввести данные (размеры, эффективная проницаемость, площадь сечения и др.). Заданные вами параметры сохраняются в программе, и при повторном расчете вам не придется вводить их снова. После указания всех данных кликните на «Рассчитать», и ExcellentIT сразу же выдаст вам результаты.

Особенности программы

Программу ExcellentIT можно скачать совершенно бесплатно.

Преимущества онлайн калькулятора

“Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”.

Вот так выглядит интерфейс программы “Расчет импульсных трансформаторов. Версия 2.6”:

Если возникают какие то вопросы, загляните во вкладку “Помощь”.

Программа “Transformer”.

При запуске файла “Transformer_1.0.0.1.exe” из архива, запускается мастер установки программы:

Интерфейс программы TRANSFORMER выглядит следующим образом:

Программа “Lite – CalcIT v. 1.5”.

Внешний вид окна программы следующий:

Программа “ExcellentIT v.3.2”.

Программа позволяет добавлять в базу и удалять не нужные типоразмеры магнитопроводов.

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.

Дизайн – центр | ПАО «МСТАТОР»

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЁТА КОМПОНЕНТОВ

Библиотеки компонентов для САПР

Скачать библиотеки

Библиотека электронных компонентов производства МСТАТОР для САПР: Altium Designer. 3D-модели компонентов также добавлены.

Микродроссели
Трансформаторы импульсные
Трансформаторы импульсные (открытого исполнения)
Блоки трансформаторов импульсных
Модуль трансформаторный для Ethernet MTC1

Программы-калькуляторы трансформаторов и дросселей

Скачать калькуляторы магнитопроводов

Комплект программ для автоматизированного проектирования трансформаторов и дросселей на основе магнитопроводов из аморфных и нанокристаллических сплавов компании МСТАТОР.

(сохранено в архив “.7z” – если не открылось, то установите архиватор с офиц. сайта).

Интерфейс программы для расчёта

электромагнитных компонентов на основе магнитопроводов

Программы имеют встроенную справку.

Программы позволяют сократить время, упростить и уточнить проектирование. Пользователь выбирает серию магнитопроводов, задаёт исходные данные и нажимает кнопку автовыбора. Программа выбирает подходящий магнитопровод (с точки зрения минимального размера и цены) и выполняет проектирование компонента. Программа просчитывает большое количество вариантов и останавливается на лучшем. Однако на практике критерии оптимизации для каждого конкретного пользователя могут быть различны. Для одного это цена, для другого габарит, для третьего минимальные потери, для четвертого широкий температурный диапазон, для пятого конструктивное удобство намотки, применение имеющегося магнитопровода и проводов и т.п.

Для решения этих проблем в большинстве программ есть группа «Оптимизация». Здесь, изменяя в небольших пределах данные, полученные в результате автоматического проектирования, пользователь может оптимизировать и уточнить проект применительно к индивидуальным конкретным требованиям.

В базе данных всех программ использованы данные отечественного провода марки ПЭТ-155. Для других марок могут быть незначительные отличия. Расчёт сопротивления обмотки выполняется для отечественных проводов. Для импортных проводов (AWG) фактические значения сопротивления обмотки могут быть существенно выше. При оценке габаритов моточных изделий и длины проводов обмоток использован приближённый алгоритм, разработанный на основе экспериментальных данных. Реальные значения зависят от навыка конкретного работника, которому поручено изготовление компонента и могут существенно отличаться от расчётных.

Этапы развития программ

10.11.13 г. Выполнено обновление программ-калькуляторов. Уточнена база данных программ, добавлена новая серия MST для форвард конвертера и двухтактного конвертера, добавлена серия MSB в базу для многовитковых помехоподавляющих дросселей, исправлены замеченные ошибки.

26.12.16 г. Выполнено обновление базы данных программ форвард-конвертера и двухтактного конвертера с расширением диапазона частот (от 5 кГц до 1 МГц).

31.10.19 г. Обновлена программа для расчёта выходных дросселей. Поддерживаются 4 серии магнитопроводов: MSC, MSC-G (из АМАГ 200С), APH, MSCN-TH. Пользователь может сравнить варианты реализации проекта на разных сериях и выбрать оптимальный вариант. Расширен диапазон частот: от 10 кГц до 1 МГц.

12.05.20 г. Комплексное обновление программ:

Добавлены программы для расчета дросселя корректора коэффициента мощности и трансформатора обратноходового конвертера. Всего 8 программ.
Расширено количество используемых серий магнитопроводов. Добавлены новые серии ленточных магнитопроводов: MSCN, MSC-NGA, MSC-NGN и порошковых магнитопроводов АРМ, АРН с различной проницаемостью. Всего 22 серии магнитопроводов.
Откорректирована база данных в соответствии с измененными ТУ.
Создана общая программа – оболочка Дизайн центра.
Исправлены замеченные ошибки программ.
Расширен частотный диапазон.
Создана англоязычная версия Дизайн-Центра, в которой предусмотрено применение проводов AWG.

28.07.21 г. Добавлены для разработчиков библиотеки электронных компонентов производства МСТАТОР для САПР – ALtium Designer. Там же расположены 3D-модели.

Мы будем благодарны за Ваши отзывы и критические замечания, которые помогут нам улучшить эти программы. Просим также сообщать нам, какая дополнительная техническая информация (графики зависимостей, табличные данные и т.п.) требуется Вам для расчётов. Ваши пожелания мы учтём при дополнении сайта.

Контакты по e-mail: [email protected]

TransK1.1 программа расчета трансформаторов – InterestPrograms.RU

О программе TransK

Программа TransK облегчает нудный расчет электрического трансформатора, очень проста в эксплуатации. Имеет дружелюбный и интуитивно понятный интерфейс.

Достаточно ввести входное напряжение, желаемые напряжение и силу тока на вторичных (до 12 обмоток) обмотках, как мгновенно происходит расчет диаметров, сечения проводов и количество витков в каждой обмотке.

Интеллектуальный интерфейс укажет на ошибки во входных данных и позволит распечатать только значимые расчёты.

Справка о работе программы

В комплект с программой входит справка теоретических расчётов сетевого и импульсного трансформаторов. Ссылки на источники расчётов, на журналы Радио и другую литературу.

Исходный код находится в разделе исходников С++. Если есть желание и знание языка программирования С++ можно дополнить программу расчетами других типов трансформаторов.

Результаты расчета на печать

Полученные расчеты можно распечатать. Если на вашем компьютере не установлен ни один принтер, то можно распечатать в файл PDF. В дальнейшем файл PDF с результатами расчетов можно распечатать на любом компьютере с установленным принтером.

Для радиотехников и самодельщиков

Программа расчета трансформатора, незаменимый инструмент в мастерской радиолюбителя и электротехника. Не отвлекаясь на долгие расчёты можно быстро получить и распечатать результат. А сэкономленное время потратить на сборку качественного и надежного трансформатора. Для эффективной работы с программой TransK желательно иметь некоторый опыт в сборке трансформаторов.

Скачать программу

Файл: transk_v1_1.zip
Размер: 1481Кбайт
Загрузки: 16111

Матханов П. Н., Гоголицын Л. 3.

Матханов П. Н., Гоголицын Л. 3. Расчет импульсных трансформаторов.— Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. — 112 с, ил. 40 к.

В книге на основе рассмотрения важнейших электромагнитных процессов в магнитопроводе и обмотках излагается методика инженерного расчета импульсных трансформаторов. Отличительная особенность методики расчета состоит в комплексном учете требовании, предъявляемых к электрическим, энергетическим и конструктивным характеристикам, позволяющем свести к минимуму число вариантов расчета. Приводятся подробные примеры расчета импульсных трансформаторов различного назначения.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся расчетом и, проектированием импульсных трансформаторов, а также для студентов старших курсов электротехнических и радиотехнических специальностей.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Импульсные трансформаторы (ИТ), предназначаемые для трансформирования коротких импульсов с минимальными искажениями и работающие в режиме переходных процессов, находят применение в различных импульсных устройствах. Диапазон мощностей, напряжений и длительностей трансформируемых импульсов получается очень широким. Кроме того, условия работы и требования предъявляемые к характеристикам ИТ, бывают весьма многообразными. Сказанное существенно усложняет расчет ИТ и поэтому, несмотря на ряд имеющихся книг [4, 7, 10, 11, 13], нельзя считать вопрос их рационального проектирования полностью решенным.

В данной книге излагается методика [5, 15, 16], в течение длительного времени применявшаяся при расчетах ИТ различного назначения. Методика расчета более двух десятилетий излагалась авторами студентам ЛЭТИ имени В. И. Ульянова (Ленина), специализирующимся по преобразовательной технике. Основная идея методики состоит: 1) в комплексном учете требований на главные характеристики ИТ и 2) в сведении к минимуму числа вариантов расчета путем введения коэффициентов и некоторых данных, которые могут быть оценены заранее с требуемой точностью. Полученное таким образом первое приближение оказывается в большинстве случаев приемлемым для практики, хотя при необходимости оно может быть уточнено.

Книга состоит из введения и четырех глав. Первые две главы написаны П. Н. Матхановым, а введение, третья и четвертая главы—Л. 3. Гоголицыным. Авторы выражают искреннюю признательность М. А. Сиверсу за ценные замечания, сделанные им при рецензировании книги. Все замечания и предложения по улучшению книги просьба направлять по адресу: 191041, Ленинград, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».

ВВЕДЕНИЕ

Импульсные трансформаторы (ИТ) нашли широкое применение в импульсных устройствах радиолокационных установок, установок экспериментальной физики, квантовой электроники, преобразовательной техники и т. д.

Импульсные трансформаторы позволяют изменить уровень формируемого импульса напряжения или тока, полярность импульса, согласовать сопротивление генератора импульсов с сопротивлением нагрузки, отделить потенциалы источника и приемника импульсов, получить на нескольких раздельных нагрузках импульсы от одного генератора импульсов, создать обратную связь в контурах схемы импульсного устройства. Импульсный трансформатор может быть использован и как преобразовательный элемент, например дифференцирующий трансформатор.

В некоторых установках работа импульсного устройства практически невозможна без ИТ. Это прежде всего относится к мощным высоковольтным импульсным устройствам. Повышение напряжения с помощью ИТ до уровня, необходимого по условиям работы нагрузки, оказывается необходимым, если напряжение источника, формирующего импульсы, ограничено допустимым напряжением коммутирующих приборов (электронные лампы, тиратроны, тиристоры) или электрической прочностью элементов генератора (конденсаторы, дроссели), находящихся длительное время под напряжением в процессе накопления энергии. Применение же каскадных схем для увеличения напряжения связано со сложностью управления работой многих коммутирующих приборов, находящихся в схеме под различными потенциалами,

В некоторых установках применение ИТ оказывается целесообразным по сравнению с другими возможными схемными решениями из технико-экономических соображений. Так, например, изменение полярности импульса генератора может быть достигнуто или изменением полярности источника питания, или изменением расположения элементов накопления энергии и коммутации в схеме генератора. Однако возможны случаи, когда изменение полярности источника питания или положения элементов в схеме генератора нежелательно или просто недопустимо и применение ИТ для изменения полярности импульса оказывается вполне оправданным.

В ряде импульсных устройств малой мощности ИТ является, как правило, вспомогательным элементом, используемым в схемах управления, автоматизации, защиты и т. д.

В зависимости от назначения (исключая из рассмотрения миниатюрные и уникальные трансформаторы) ИТ изготавливаются на напряжения от единиц до сотен киловольт, на токи от долей ампера до десятков килоампер, мощностью от единиц ватт до сотен мегаватт, с длительностью импульсов от долей микросекунды до сотен и тысяч микросекунд, с частотой следования импульсов от одиночных импульсов до десятков килогерц.

Включение ИТ в схему импульсного устройства всегда связано с искажением формы трансформируемого импульса, обусловленным такими параметрами трансформатора, как индуктивность рассеяния, распределенная емкость, индуктивность намагничивания.

Трансформация импульсов связана с некоторыми потерями энергии, вызываемыми процессами в магнитопроводе и обмотках трансформатора. Включение ИТ в схему может быть связано и с увеличением габаритов и массы импульсного устройства. Поэтому вопрос о применении ИТ в импульсном устройстве должен решаться комплексно, при рассмотрении условий работы всех элементов устройства — источника питания, генератора импульсов, нагрузки — и с учетом требований, предъявляемых к форме выходного импульса, коэффициенту полезного действия, габаритам, массе, а также с учетом экономических соображений. В большинстве случаев основным требованием, предъявляемым к ИТ, является минимальное искажение формы трансформируемого импульса. Это требование может дополняться ограничениями на к. п. д., массу и габариты ИТ и т. д. Вопрос об одновременном удовлетворении требований, предъявляемых к форме импульса, к. п. д., массе, габаритам ИТ, является сложным и должен решаться в процессе расчета не только ИТ, но и всего импульсного устройства Наибольшее распространение получили ИТ, трансформирующие импульсы, по форме близкие к прямоугольным, которые обладают крутым фронтом и постоянством напряжения вершины импульса, необходимыми для работы широкого класса нагрузок.

Поэтому, прежде всего, рассматриваются процессы, происходящие при трансформации фронта и вершины импульса, определяющие длительность и характер нарастания фронта и спад вершины импульса.; Если импульс прямоугольной формы должен быть трансформирован с малыми искажениями, то длительность фронта импульса должна быть значительно меньше длительности импульса и переходные процессы при трансформации фронта и вершины импульса могут рассматриваться раздельно. Эквивалентные схемы ИТ при раздельном рассмотрении переходных процессов упрощаются и позволяют становить связь между параметрами эквивалентных схем и конструктивными параметрами ИТ и найти такие соотношения между ними, при которых удовлетворяются требования к длительности фронта и спаду вершины импульса.

Особенностью работы ИТ является кратковременность режима работы и связанный с этим характер процессов, происходящих в обмотках и магнитопроводе ИТ. Высокая скорость изменения магнитного потока вызывает появление значительных вихревых токов в магнитопроводе ИТ и связанные с ними потери энергии. Кратковременность воздействующих импульсов требует учитывать не только индуктивный, но и емкостный эффект в обмотках, влияющий на характер формирования фронта импульса и энергетические характеристики ИТ. Малые длительности импульсов вызывают необходимость учитывать, поверхностный эффект в проводах обмоток при определении эффективного сечения проводов. Униполярный характер намагничивания при трансформации импульсов не позволяет полностью использовать магнитные характеристики материала магнитопровода. Несмотря на различие в функциях, выполняемых ИТ, в предъявляемых к ним требованиях, общность процессов, происходящих в обмотках и магнитопроводе, позволяет дать единый подход к рассмотрению переходных процессов, установить связь параметров эквивалентной схемы ИТ с конструктивными параметрами трансформатора и предложить методику расчета ИТ, подчиненную удовлетворению основным поставленным требованиям.

Трудности расчета ИТ обусловлены сложной и противоречивой взаимосвязью параметров эквивалентной схемы с конструктивными параметрами ИТ. Трансформация фронта импульса с малыми искажениями достигается при малых значениях индуктивности рассеяния и распределенной емкости трансформатора, которые уменьшаются с уменьшением числа витков обмоток и сечения магнитопровода ИТ.

В то же время для трансформации вершины импульса с малым спадом следует стремиться к увеличению индуктивности намагничивания трансформатора, возрастающей с увеличением числа витков и сечения магнитопровода. Для уменьшения массы и габаритов трансформатора следует уменьшать сечение магнитопровода и число витков обмоток, но это приведет к увеличению спада вершины импульса и увеличению потерь на вихревые токи Удовлетворение одновременно нескольким поставленным требованиям при расчете ИТ потребует нахождения компромиссного решения. Оно должно быть принято в зависимости от значимости того или иного поставленного требования.

Точность расчетов ИТ будет во многом зависеть от принятых в качестве расчетных величин, определяющих характеристики материала магнитопровода и изоляции обмоток, и может быть повышена, если за расчетные будут приняты экспериментальные данные, полученные для заданного режима работы ИТ Предлагаемая в данной книге методика расчета ИТ основана на определении конструктивных параметров трансформатора, удовлетворяющих поставленным требованиям, и иллюстрируется примерами расчета ИТ, различных по мощности, длительности импульсов, частоте их следования и работающих в схемах с использованием генераторов импульсов на электронных лампах, на газоразрядных и полупроводниковых коммутирующих приборах.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ПАРАМЕТРЫ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

1-1. Эквивалентная схема ИТ

Расчеты электрических и энергетических характеристик ИТ производятся на основе приближенной эквивалентной схемы трансформатора. Эквивалентная схема должна:

1) учитывать наиболее существенные электромагнитные процессы и обеспечивать достаточную точность расчетов характеристик исследуемых режимов;

2) описываться уравнением невысокого порядка для того, чтобы можно было в явном виде устанавливать связь между наиболее важными характеристиками, с одной стороны, и конструктивными данными ИТ — с другой.

Эти условия противоречивы. Для выполнения первого из них следует усложнять схему, а для выполнения второго необходима простая схема, которая допускала бы проведение анализа в общем виде.

В следующей главе будет показано, что довольно большие отклонения наиболее важных конструктивных данных от некоторых •оптимальных значений, принимаемых в качестве расчетных, незначительно влияют на электрические и энергетические характеристики трансформатора. Кроме того, при практическом исполнении конструктивные размеры всегда отличаются в той или иной •степени от расчетных.

Отсюда следует, что усложнение эквивалентной схемы ИТ с целью некоторого повышения точности определения конструктивных параметров не имеет большого смысла.

Опыт проектирования ИТ и сравнительные вычисления по различным эквивалентным схемам показывают, что достаточную для инженерных целей точность дают расчеты по упрощенным эквивалентным схемам. Для наиболее важных режимов эти схемы приводятся к цепям второго порядка, которые позволяют производить анализ в общем виде. Индуктивный эффект и потери в проводах обмоток можно учитывать с помощью известной Т-образной эквивалентной схемы (рис. 1-1, а), которая получается из рассмотрения уравнения двухобмоточного трансформатора.

…
Расчет и применение трансформаторов

– Европейский институт пассивных компонентов

Как показано на эквивалентной схеме трансформатора, трансформаторы обладают множеством паразитных свойств, которые могут отрицательно влиять на сигнал. Поэтому в этой главе объясняется, почему и где применяются трансформаторы. В дополнительном разделе рассматриваются требования к трансформаторам сигналов. В заключение главы описаны некоторые стандартные трансформаторы, имеющиеся в продаже.

3.1 Функции и области применения трансформаторов

Благодаря своей функциональности трансформаторы могут использоваться для различных задач:

Изоляция: трансформаторы состоят из нескольких обмоток. В зависимости от дополнительной изоляции различные потенциалы могут быть разделены или изолированы друг от друга
Преобразование напряжения: Преобразование напряжения пропорционально соотношению витков
Преобразование тока: токи преобразуются обратно пропорционально соотношению витков (см. Главу I / 1.9)
Согласование импеданса: импедансы преобразуются как квадрат отношения витков

Это дает основания для различных применений трансформаторов:

Источники напряжения (питания): здесь основными функциями трансформатора являются преобразование напряжения и изоляция.
Преобразователи тока: здесь основная функция заключается в преобразовании больших токов в малые измеримые токи.
Импульсные трансформаторы, например приводные трансформаторы для транзисторов: основная функция – изоляция; иногда для управления транзистором
Преобразователи данных: здесь также основная функция – изоляция.Кроме того, иногда приходится согласовывать разные импедансы или увеличивать напряжения.

3.2 Требования к трансформаторам данных и сигналов Трансформаторы

используются на линиях передачи данных в основном для развязки и согласования импеданса. В этом случае сигнал не должен измениться. Из главы I / 1.9 мы знаем, что ток намагничивания не передается на вторичную обмотку. По этой причине трансформатор должен иметь максимально возможную главную индуктивность.

Профили сигналов обычно представляют собой прямоугольные импульсы, т.е. они содержат большое количество гармоник. Для трансформатора это означает, что его трансформирующие свойства должны быть как можно более постоянными вплоть до высоких частот. Взглянув на эквивалентную схему трансформатора (глава I / 2.3, стр. 81 и далее), становится очевидным, что индуктивности рассеяния вносят вклад в дополнительное частотно-зависимое затухание сигнала. Следовательно, индуктивность рассеяния должна быть как можно ниже. Поэтому в сигнальных трансформаторах обычно используются кольцевые сердечники с высокой проницаемостью.Обмотки как минимум бифилярные; намотать скрученными проводами еще лучше. Поскольку передаваемая мощность довольно мала, DCR имеет второстепенное значение.

Прямые параметры, такие как индуктивность рассеяния, межобмоточная емкость и т. Д., Обычно не указываются в технических характеристиках сигнальных трансформаторов, а скорее указываются соответствующие параметры, такие как вносимые потери, возвратные потери и т. Д.

Наиболее важные параметры определены следующим образом:

• Вносимые потери IL: Измерение потерь, вызванных трансформатором

U _o = выходное напряжение; U _i = входное напряжение

• Обратные потери RL: Измерение энергии, отраженной обратно от трансформатора из-за несовершенного согласования импеданса

Z _S = полное сопротивление источника; Z _L = сопротивление нагрузки

• Подавление синфазного сигнала: мера подавления помех постоянного тока

• Общее гармоническое искажение: соотношение между полной энергией гармоник и энергией основной гармоники

• Полоса пропускания: диапазон частот, в котором вносимые потери менее 3 дБ

3.3 Влияние трансформатора на возвратные потери Обратные потери

Обратные потери – это выражение в децибелах (дБ) мощности, отраженной в линии передачи от несовпадающей нагрузки, в зависимости от мощности передаваемого падающего сигнала. Отраженный сигнал нарушает полезный сигнал и, если он достаточно серьезный, вызовет ошибки передачи данных в линиях передачи данных или ухудшение качества звука в речевых цепях.

Уравнение для расчета обратных потерь на основе характеристического комплексного полного сопротивления линии Z _O и действительной комплексной нагрузки Z _L показано ниже:

Разложив уравнение обратных потерь на сопротивление и реактивное сопротивление, мы получим следующую формулу:

Поскольку обратные потери являются функцией полного сопротивления линии и нагрузки, характеристическое сопротивление трансформатора, катушки индуктивности или дросселя будет влиять на возвратные потери.Простая развертка импеданса магнитного компонента показывает, что импеданс изменяется по частоте, следовательно, обратные потери меняются по частоте. Мы обсудим влияние трансформатора на возвратные потери позже. Теперь давайте исследуем связь возвратных потерь с другими распространенными терминами отражения.

Коэффициент отражения

Хотя возвратные потери обычно используются для обозначения отражений линий в магнитной промышленности; Более распространенным термином в электронной промышленности для обозначения отражений является комплексный коэффициент отражения, гамма, который обозначается либо латинским символом G, либо, чаще, эквивалентным греческим символом Γ (гамма).Комплексный коэффициент отражения Γ имеет часть величины, называемую ρ (rho), и часть угла фазы Φ (Phi). Те из вас, кто знаком с диаграммой Смита, знают, что радиус круга, охватывающего диаграмму Смита, равен единице.

Коэффициент отражения, гамма, определяется как отношение сигнала отраженного напряжения к сигналу падающего напряжения. Уравнение для гаммы:

Имейте в виду, что так же, как импеданс является комплексным числом, так и гамма может быть выражена в полярном формате с помощью rho и Phi или в прямоугольном формате:

Обратные потери, выраженные через гамму, показаны в уравнении ниже:

Коэффициент стоячей волны

Отражения на линии передачи, вызванные рассогласованием импеданса, проявляются в огибающей комбинированных форм падающей и отраженной волны.Коэффициент стоячей волны, КСВ, представляет собой отношение максимального значения результирующей огибающей РЧ E _MAX к минимальному значению E _MIN.

Рис. 2.63: Коэффициент стоячей волны

Коэффициент стоячей волны, выраженный через коэффициент отражения, показан ниже:

Потеря передачи

Последнее выражение отражения сигнала, которое мы обсудим, – это потери передачи. Потери при передаче – это просто отношение мощности, передаваемой нагрузке, к мощности падающего сигнала.Потери при передаче в сети без потерь, выраженные через коэффициент отражения, показаны ниже:

Не забывайте, что величина гаммы (| Γ |) равна rho (ρ), и любую форму можно найти в публикациях и документах, касающихся отражений.

Связанные термины

Просматривая формулу комплексного коэффициента отражения, мы видим, что чем ближе импеданс нагрузки Z _L к характеристическому импедансу ZO линии, тем ближе к нулю коэффициент отражения.По мере увеличения несоответствия между двумя импедансами коэффициент отражения увеличивается до максимальной величины, равной единице.

В таблице ниже показано, как изменяющийся комплексный коэффициент отражения соотносится с КСВ, обратными потерями и потерями при передаче. Как можно видеть, идеальное совпадение приводит к КСВ, равному 1, и бесконечным обратным потерям. Точно так же обрыв или короткое замыкание в нагрузке приведет к возвращению бесконечного КСВ и возвратных потерь 0 дБ.

Табл. 2.32: Связь между коэффициентом отражения и коэффициентом стоячей волны

При отображении на диаграмме Смита взаимосвязь становится еще более очевидной, поскольку постоянные значения всех четырех параметров изображены на диаграмме в виде кружков.

Рис. 2.64: Диаграмма Смита

Максимальная передача мощности

Максимальная передача мощности достигается от источника к нагрузке, когда полное сопротивление источника равно комплексно сопряженному сопротивлению нагрузки. Это не только максимизирует мощность, но и минимизирует энергию отражения назад к источнику.

Рис. 2.65: Комплексный источник и загрузка

Обратные потери при согласованной нагрузке

Давайте возьмем пример согласованной строки и загрузки.Предположим, что Z _O = 100 Ом в приложении ADSL, и что оно ограничено чисто резистивной нагрузкой 100 Ом.

Рис. 2.66: Возвратные убытки

где:

Z _O = 100 + 0j Ом; Z _L = 100 + 0j Ом

Поскольку нагрузка и источник являются чисто резистивными, обратные потери будут одинаковыми на любой частоте. Подстановка и вычисление показывают, что RL = ∞.

Обратные потери при несоответствующей нагрузке

Давайте возьмем тот же самый пример идеального трансформатора, но с немного несоответствующей нагрузкой.Предположим, что Z _O = 100 + 0j Ом, как и раньше, но теперь мы рассчитаем возвратные потери для ряда чисто резистивных сопротивлений нагрузки, чтобы показать, как на возвратные потери влияет рассогласование. Снова используется резистивная нагрузка, так что обратные потери не зависят от частоты.

Табл. 2.33: Возвратные потери при несовпадении

Результаты показывают, что обратные потери являются функцией несоответствия и независимо от того, в каком направлении находится несоответствие. Если мы посмотрим на случай слегка несовпадающей линии по сравнению с нагрузкой, мы увидим, что она не зависит от частоты, если линия и нагрузка чисто резистивный.Также обратите внимание, что если бы совпадение было идеальным, возвратные потери были бы бесконечными.

Рис. 2.67: Обратный убыток

Обратные потери с почти идеальным трансформатором

Теперь давайте возьмем тот же пример согласованной линии и нагрузки, но добавим трансформатор 1: 1, который идеально подходит, за исключением того, что индуктивность первичной обмотки составляет L _P = 600 мкГн. Мы снова предполагаем, что полное сопротивление линии равно 100 Ом, как и полное сопротивление нагрузки.

Когда у нас был идеальный трансформатор с полностью резистивным импедансом как линии, так и нагрузки, наши возвратные потери не изменялись по частоте и были одинаковыми на любой частоте.Однако теперь индуктивность будет изменяться по частоте, в результате чего эффективная нагрузка будет изменяться по частоте. Расчет обратных потерь также становится более сложным из-за сложного сопротивления нагрузки.

Вместо того, чтобы проводить все сложные вычисления импеданса, я покажу шаги, необходимые для расчета обратных потерь.

Шаг 1 : Используя вычисления преобразования импеданса, преобразуйте импеданс на той же стороне идеального трансформатора, что и индуктивность первичной обмотки.В этом случае идеальным трансформатором является трансформатор 1: 1, и нагрузка не изменяется.

Рис. 2.68: Обратные потери трансформатора

Шаг 2 : Объедините X _L текущую Z _L = R _L + 0j с результирующим Z _L ’, который является комплексным.

Рис. 2.69: Обратные потери с импедансом ZL ‘

Шаг 3 : Рассчитайте обратные потери, используя результирующую нагрузку и исходное сопротивление резистивной линии.

Результаты : Глядя на результаты по частоте, мы видим, что индуктивность на нижнем конце несоответствует из-за индуктивности, замыкающей нагрузку. Чем ниже индуктивность первичной обмотки, тем больше будет шунтироваться нагрузка. Глядя на графики, мы видим, что возвратные потери из-за первичной индуктивности будут вести себя так же, как фильтр, поскольку у него есть изгиб, который будет изменяться в зависимости от индуктивности, а наклон после изгиба составляет 20 дБ за декаду.

Табл.2.34: Обратные потери при 600 мкГн L _при на идеальном трансформаторе

Рис. 2.70: Обратные потери при 600 мкГн L _pri

Обратные потери с добавленной индуктивностью рассеяния

Рис. 2.71: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

Теперь добавим индуктивность рассеяния 1 мкГн к тому же трансформатору при тех же условиях нагрузки. Эффективная нагрузка рассчитывается таким же образом, как ZL ’- реактивное сопротивление первичной обмотки параллельно импедансу нагрузки после преобразования.ZL ’’ – это ZL ’с добавленным к нему последовательным реактивным сопротивлением индуктивности рассеяния.

Рис. 2.72: Обратные потери с индуктивностью рассеяния и Z _L ‘

Используя ту же формулу возвратных потерь, мы можем затем рассчитать наши возвратные потери на различных частотах. Из представленных на графике результатов видно, что на возвратные потери на высоких частотах влияет индуктивность рассеяния

Табл. 2.35: Обратные потери при 600 мкГн L _при при индуктивности рассеяния 1 мкГн

Фиг.2.73: Обратные потери при 600 мкГн L _при и индуктивности рассеяния 1 мкГн

Для большинства трансформаторов индуктивность первичной обмотки и индуктивность рассеяния будут иметь наибольшее влияние на возвратные потери, при условии, что выбранное соотношение витков эффективно согласовывает сопротивление нагрузки с полным сопротивлением линии.

Обратные потери с неидеальным трансформатором

С помощью модели линейного трансформатора, которая обычно используется при проектировании низкочастотных трансформаторов, мы можем рассчитать теоретические возвратные потери на основе анализа сосредоточенных параметров.За исключением межобмоточной емкости, мы можем уменьшить модель линейного трансформатора до импеданса нагрузки, комбинируя элементы параллельно или последовательно. Имейте в виду, что сопротивление вторичной обмотки постоянному току и Z _L должны быть преобразованы путем деления на n2 при поднесении к линейной стороне модели.

Рис. 2.74: Обратные потери реальных трансформаторов

Емкость между обмотками не может быть смоделирована так просто, потому что она не находится ни на стороне линии, ни на стороне нагрузки модели и не может быть преобразована в эквивалентную нагрузку.На низких частотах межобмоточная емкость действует как разрыв трансформатора, и обычно ею можно пренебречь. Фактически, большинство программ моделирования трансформаторов игнорируют межобмоточную емкость, поскольку индуктивность рассеяния и индуктивность первичной обмотки являются доминирующими элементами. Однако в некоторых конструкциях, где межобмоточная емкость довольно велика, а рабочие частоты высоки, она может стать очень важным фактором. Достаточно сказать, что если в модель необходимо включить межобмоточную емкость, было бы разумно использовать более сложную программу анализа, такую как LTspice.

Давайте теперь взглянем на модель линейного трансформатора для теоретического трансформатора ADSL, показанного ниже, с нагрузкой, которая немного отличается от идеальных 25 Ом для идеального согласования. Мы возьмем это и смоделируем влияние различных элементов, смотря на это параметр за параметром.

Рис. 2.75: Обратные потери трансформатора ADSL

Эффект обратных потерь DCR

Эффект обратных потерь сопротивления постоянному току в приведенном ниже примере выделяет два наблюдения.Во-первых, даже несмотря на то, что сопротивление вторичной обмотки на 1,5 Ом ниже по сравнению с сопротивлением первичной обмотки 3,0 Ом, влияние на возвратные потери намного больше. Причина этого в том, что вторичная обмотка 1,5 Ом при отражении от первичной обмотки трансформатора воспринимается как 6,0 Ом.

Также обратите внимание, что на меньшее число возвратных потерь лишь незначительно влияют другие элементы, которые имеют значительно лучшие возвратные потери в одиночку. Обратные потери, связанные только с сопротивлением вторичной обмотки, составляют примерно 30 дБ, в то время как обратные потери из-за сопротивления первичной обмотки составляют примерно 37 дБ.В совокупности чистый эффект – это возвратные потери 27 дБ.

Рис. 2.76: Обратный убыток

Эффект обратных потерь индуктивности рассеяния и распределенной емкости

Также интересно сравнить влияние на возвратные потери индуктивности рассеяния и параметров распределительной емкости трансформатора. Из приведенного ниже примера видно, что эффекты, обусловленные исключительно индуктивностью рассеяния, показывают уменьшающиеся возвратные потери со скоростью 20 дБ за декаду.Теперь, глядя на распределенную емкость, мы видим, что она вызывает затухание высоких частот с той же скоростью, что и колено, на более высокой частоте.

Сравнение становится интересным, когда мы рассматриваем комбинированный аффект. В совокупности чистый результат – улучшение возвратных убытков. Почему это? Если вы помните в нашем предыдущем обсуждении, обратные потери являются функцией рассогласования независимо от того, в каком направлении находится рассогласование. В этом примере рассогласование происходит в противоположных направлениях, поэтому добавление эффекта распределенной емкости фактически улучшает общие возвратные потери.

Если подумать об этом с аналитической точки зрения, что происходит в эквивалентной схеме? Отраженная нагрузка увеличивается на реактивное сопротивление из-за индуктивности рассеяния, вызывая рассогласование. Однако реактивное сопротивление распределенной емкости параллельно за счет уменьшения рассогласования до оптимальной отраженной нагрузки 100 Ом.

Рис. 2.77: Обратные потери с индуктивностью рассеяния

Эффект обратных потерь межобмоточной емкости

Как упоминалось ранее, влияние межобмоточной емкости очень сложно рассчитать с помощью простых преобразований эквивалентного импеданса.Проблема в том, что межобмоточная емкость разделяется обеими обмотками и не явно находится на одной стороне идеального трансформатора или другой. Таким образом, влияние на модель схемы не так однозначно и требует более сложных методов моделирования. Пример ниже был смоделирован с помощью PSPICE, а не с помощью простых вычислений.

Обычно, однако, межобмоточная емкость очень мало влияет на возвратные потери по сравнению с индуктивностью рассеяния, и ею можно пренебречь.Однако следует сделать предупреждение, поскольку в случаях, когда индуктивность рассеяния очень мала, а межобмоточная емкость очень высока, межобмоточная емкость может стать фактором, с которым нужно считаться.

Рис. 2.78: Обратные потери и межобмоточная емкость

Эффект обратных потерь из-за резистивных потерь в сердечнике и индуктивности

В этом примере мы сравниваем возвратные потери из-за индуктивности первичной обмотки, а также с резистивными потерями в сердечнике, предполагая, что коэффициент потерь в сердечнике R _cAlpha равен 0.44. Как видно из обратных потерь из-за комбинированного эффекта, резистивные потери в сердечнике имеют очень минимальное влияние. В приложениях с очень низкой частотой, таких как аудио, резистивные потери в сердечнике могут иметь значение.

Рис. 2.79: Обратные потери и потери в сердечнике / L-значение

Влияние возвратных потерь всех параметров

Наконец, глядя на влияние всех параметров вместе, мы можем определить, какие факторы являются существенными в типичном применении трансформатора.Как видно из результатов ниже, индуктивность рассеяния и индуктивность первичной обмотки являются движущими факторами. В то время как другие паразитные параметры действительно играют роль в формировании реакции на возвратные потери, они играют относительно незначительную роль в типичной конструкции трансформатора.

Рис. 2.80: Обратные потери со всеми параметрами

Более пристальный взгляд на доминирующие параметры

В заключение мы более подробно рассмотрим основные параметры трансформатора.На верхнем графике показаны возвратные потери различных моделей в сравнении с идеальным трансформатором с немного несовпадающей нагрузкой. Затем нижний график просто увеличивает масштаб неидеальных трансформаторов.

Практический совет:

Эти графики подчеркивают тот факт, что первичная индуктивность и индуктивность рассеяния являются параметрами, которые обычно определяют возвратные потери, и что в большинстве приложений есть основания игнорировать межобмоточную емкость.

Фиг.2.81: Обратные потери и влияние доминирующих параметров L _{первичный} / L _утечка

ABC CLR: Глава L Индукторы

Применения для трансформаторов

Контент, лицензированный EPCI: Würth Elektronik eiSos, Trilogy of Magnetics, распечатки справочника можно заказать здесь.

Содержание этой страницы находится под международной лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.

Дизайн, типы, работа и применение

Импульсный трансформатор – один из наиболее широко используемых заказных трансформаторов в различных отраслях промышленности.Как правило, вакуумные устройства в основном работают с импульсным напряжением большой мощности, которое генерируется импульсными трансформаторами большой мощности. Эти трансформаторы имеют компактную структуру и исключительную повторяемость. В большинстве приложений ожидается широкая ширина импульса, короткое время нарастания и передача огромной энергоэффективности.

Эти трансформаторы в основном предназначены для выдерживания высоких нагрузок при распределении мощности. Они способны передавать огромную мощность по сравнению с обычным передатчиком аналогичного размера и могут работать на высоких частотах.Есть много причин, по которым в различных промышленных областях чаще всего используются эти трансформаторы. В этой статье обсуждается обзор импульсного трансформатора и его работа.

Что такое импульсный трансформатор?

Импульсный трансформатор – это один из видов трансформаторов, который разработан и оптимизирован для передачи импульсов напряжения между двумя его обмотками, а также на подключенную нагрузку. Эти типы трансформаторов используются для передачи сигналов в цепях управления с меньшей мощностью и основных компонентов в мощных импульсных источниках питания.Схема импульсного трансформатора показана ниже.

Импульсный трансформатор

Эти трансформаторы обрабатывают токи и напряжения в импульсной форме, поэтому в основном используются как разделительные трансформаторы в силовых электронных схемах для разделения источника и нагрузки. Этот вид трансформатора используется в радарах, телевидении, цифровых компьютерах и многом другом. Основные функции импульсного трансформатора:

Амплитуду импульса напряжения можно изменять
Полярность импульса можно изменить
Возможность подключения различных каскадов импульсного усилителя
Используется как изолирующий трансформатор

Конструкция импульсного трансформатора

Конструкция импульсного трансформатора в основном зависит от различных параметров, таких как индуктивность, номинальная мощность, импеданс, низкий и высокий уровень напряжения, размер, рабочая частота, частотная характеристика, емкость обмотки, упаковка и т. Д.

Разработчики трансформаторов пытаются уменьшить паразитные элементы, такие как емкость обмотки, индуктивность рассеяния, за счет конфигурации обмотки, которая оптимизирует связь между обмотками трансформатора. Этот трансформатор может быть разработан в различных типах, размерах и формах от таких производителей, как Butler Winding, за счет включения различных стандартных типов конструкций.

Импульсные трансформаторы малы по размеру и содержат гораздо меньше витков. Таким образом, индуктивность рассеяния обмоток минимальна, а межобмоточная емкость этих трансформаторов меньше

. Индуктивность намагничивания импульсного трансформатора высока, поскольку сердечники сконструированы из ферритов, иначе намотаны полосы из сплавов с высокой проницаемостью.Эти типы трансформаторов включают изоляцию с высоким напряжением между двумя обмотками и по направлению к земле. Обычно эти трансформаторы обрабатывают импульсный сигнал, в противном случае – тренируют импульс.

Характеристики импульсных трансформаторов в основном определяются их влиянием на контур входного импульсного напряжения или тока. Малые импульсные трансформаторы в основном используются в генераторах импульсов, компьютерах и т. Д. Большие импульсные трансформаторы в основном используются в радиолокационных системах для передачи мощности от 50 до 100 МВт при напряжении от 200 до 300 кВ за несколько микросекунд.

Типы импульсного трансформатора

Импульсные трансформаторы подразделяются на два типа, такие как силовые импульсные трансформаторы и сигнальные импульсные трансформаторы. Силовые импульсные трансформаторы используются для изменения напряжений уровня мощности из одного диапазона в другой. Эти типы трансформаторов доступны в 1-фазном или 3-фазном исполнении с первичной обмоткой или могут быть изменены в зависимости от подключенной обмотки.

Сигнальные трансформаторы используют электромагнитную индукцию для передачи данных из одной цепи в другую.Таким образом, они используются наиболее часто для повышения или понижения напряжения с одной стороны силового трансформатора на другую. При использовании этих трансформаторов соотношение числа витков обмоток будет определять изменение напряжения.

Строительство / Работа

Основная функция импульсного трансформатора – генерировать сигнал для полупроводникового прибора, а также обеспечивать электрическую изоляцию. Ниже показан импульсный трансформатор тороидальной формы, который включает в себя две обмотки, такие как первичная и вторичная.Конструкция импульсного трансформатора показана ниже.

Конструкция импульсного трансформатора

Каждая обмотка включает в себя эквивалентные витки, поэтому любая обмотка может работать как первичная или вторичная обмотка.
Сигнал, подаваемый на кремниевый выпрямитель, может подаваться через соотношение 1: 1, иначе 1: 1: 1 трансформатора.
Непрерывный сигнал на тиристор может быть обеспечен трехобмоточным трансформатором.
Стробирующий сигнал пусковой цепи через импульсный трансформатор можно представить на второй диаграмме.
Функция последовательного резистора заключается в ограничении тока удержания выпрямителя.
Здесь диод «D» используется для предотвращения реверсирования тока затвора, а импульсный трансформатор 1: 1: 1 может использоваться для непрерывной генерации импульса на SCR.
Трехобмоточный импульсный трансформатор показан выше. Конструирование этого трансформатора может быть выполнено с высоким КПД. Индуктивность первичной обмотки должна быть высокой, чтобы уменьшить ток намагничивания. Постоянный ток, подаваемый через первичную обмотку трансформатора, может предотвратить насыщение сердечника.
Обмотка трансформатора может быть защищена изоляцией между двумя обмотками. Таким образом, между двумя обмотками необходимо плотное соединение. Паразитный сигнал дает полосу по всей межкаскадной емкости на высокой частоте.
Выходной сигнал влияет на частоту. Форма и частота выходных сигналов и входной сигнал одинаковы для высокой частоты сигнала. Таким образом, выход прямо пропорционален включению входа на низкой частоте сигнала.

Технические характеристики

Спецификации импульсного трансформатора в основном включают различные параметры, которые связаны с откликом на отклик. Эти параметры определяют допустимые пределы искажения импульса.

Амплитуда импульса

Амплитуда импульса – это максимальное пиковое значение сигнала, за исключением бесполезных всплесков.

Время нарастания (Tr)

Время нарастания – это время, в течение которого выходной сигнал увеличивается с 10% до 90% пиковой амплитуды импульса при первичной попытке.В некоторых случаях его можно описать как время, полученное ответом выходного сигнала на увеличение от нуля до амплитуды импульса в течение начального времени.

Перестрелка

Выходной сигнал, превышающий пиковую амплитуду, называется выбросом.

Ширина импульса

Интервал времени между первым и последним моментами, когда мгновенная амплитуда достигает 50% от пиковой амплитуды, известен как ширина импульса или длительность импульса

Спуск

Спад – это смещение амплитуды импульса во время его отклика на уровень, его также называют наклоном.

Время спада (Tf)

Время спада можно определить как время, затрачиваемое выходным сигналом на уменьшение пиковой амплитуды с 90% до 10% на протяжении всего отклика заднего фронта. Это также известно как время затухания.

Обратный замах

Часть заднего фронта, которая расширяется ниже уровня нулевой амплитуды, называется обратным замахом.

Импульсный трансформатор Использование / применение

Применение импульсных трансформаторов включает следующее.

Цепи генерации импульсов
Приложения аналоговой коммутации
SCR
Силовая электроника
Цепи обработки данных
Радар
Коммутационные транзисторы
Связь
Ламповые цепи для СВЧ
Цепь управления для управления зажиганием
Цепи электронно-лучевой трубки (CRO)
Радарные системы
Цифровая электроника
Импульсный трансформатор линии передачи в основном используется для быстрой передачи импульсного сигнала, а также для передачи цифрового сигнала.

Преимущества и недостатки

К преимуществам импульсного трансформатора можно отнести следующее.

Маленький размер
Высокое напряжение изоляции
Недорого
Внешний источник питания не требуется
Он работает на высокой частоте.
Он способен передавать высокую энергию
Включает больше обмоток
Избегает блуждающих токов
Обеспечивает изоляцию и контроль

К недостаткам импульсного трансформатора можно отнести следующее.

На низкой частоте оба выходных сигнала отличаются друг от друга
Постоянный ток подается по всей первичной обмотке, чтобы уменьшить насыщение сердечника.
Этот тип трансформатора насыщает на меньших частотах. Таким образом, его можно использовать только для максимальных частот.
Сигнал нечеткий из-за магнитной связи

Итак, это все – обзор импульсного трансформатора и его работы. Этот трансформатор в основном оптимизирован для передачи электрического импульса или импульса напряжения или тока.Этот трансформатор передает сигнал от первичной обмотки ко вторичной для защиты контура. Таким образом, характеристики импульсного трансформатора можно проверить, измерив влияние трансформатора на контур внешнего сигнала. Таким образом, его коэффициент полезного действия в основном зависит от контура выходного сигнала. Вот вам вопрос, каковы принципы работы импульсного трансформатора?

Программа калькулятора трансформатора
– Электронные проекты Схемы
Расчет трансформатора v0.1 – программа для расчета количества витков и толщины проволоки. Если у вас есть опыт сборки трансформаторов, то эта программа идеально вам подойдет. Если вы ничего не знаете о сборке трансформаторов, пожалуйста, не используйте … Electronics Projects, Transformer Calculator Program “электронные программные средства”, Date 2019/08/02
Transformer Calculation v0.1 – это программа для расчет количества витков и толщины проволоки. Если у вас есть опыт сборки трансформаторов, то эта программа идеально вам подойдет.Если вы ничего не знаете о сборке трансформаторов, пожалуйста, не используйте расчеты из этой программы для сборки собственного трансформатора! Неправильный расчет может повредить ваше электрическое устройство, подключенное к электросети, а ОН МОЖЕТ УБИТЬ ВАС !!! Вы по-прежнему можете использовать эту программу, чтобы определить размер сердечника EI трансформатора, если вы планируете покупать трансформатор. Обратите внимание, что существует множество гибридных трансформаторов, поэтому, если вам нужен трансформатор для усилителя, купите трансформатор подходящего размера. Гибридные трансформаторы обычно имеют небольшие размеры и при высокой нагрузке могут перегреться.
Текущая версия может рассчитывать значения только для стандартного сердечника трансформатора, то есть профиля сердечника «W» и «U». Тороидальные трансформаторы (кольцевой профиль сердечника) и другие не поддерживаются. Как я решил написать эту программу? Ну все просто, я делаю расчет для нового трансформатора, и у меня не было того тонкого провода для катушки. Поэтому я теряю несколько часов на пересчет нового напряжения и силы тока для провода, который у меня есть. Я начал собирать проволоку на катушке и понял, что проволока недостаточно длинная. Затем я пишу эту программу и теряю 3 минуты, чтобы сделать новый расчет для этого трансформатора с новым проводом.Трансформатор закончен и отлично работает в моем усилителе 2 × 7 Вт. 🙂
Думаю, что вам пригодится эта программа. Вы можете писать мне предложения, исправления и другие вещи по электронной почте: [email protected]
Вот список того, что еще я могу добавить в программу:
Добавить возможность редактирования для входного напряжения.
Исправьте ошибку, если она обнаружена.
Программа для пересчета, если рассчитанные провода не подходят к катушке.
Программа для расчета по площади жилы, толщине проволоки и сопротивлению проволоки характеристика трансформатора (входное / выходное напряжение и сила тока).
Авторские права Авторские права © Silvio Klaic 1999.
При повторном распространении в двоичной форме должно воспроизводиться указанное выше уведомление об авторских правах, этот список условий и / или другие материалы, предоставляемые вместе с распространением. Имена участников не могут использоваться для поддержки или продвижения продуктов, созданных на основе этого программного обеспечения, без специального предварительного письменного разрешения.
Примеры расчетов трансформаторов
Вот несколько расчетов, которые я сделал и из своих трансформаторов.
Трансформатор: 220В – 2×27В 8А
Входное напряжение 220 В.
Выходное напряжение два раза по 27 В 8 ампер, симметричное для усилителя. Площадь пересечения жил
EI составляет 50 на 48 миллиметров.
Расчетные значения:
Вход 220 Вольт 2.258 Ампер
443 катушки 1,05 миллиметра толщиной провода
Здесь я использую провод толщиной 1 миллиметр, потому что сердечник достаточно большой, а нагрев при такой толщине невелик. Истинная причина в том, что у меня не было провода 1,05 миллиметра. 🙂
Выход 2 x 27 В 8 ампер
2 x 54 катушки по 1.Округление от 98 миллиметров до 2 миллиметров.
При сборке использую для вывода два провода по 2 миллиметра на одной игле. Начальная точка двух проводов соединена и это выходная земля, конечная точка – два выхода по 27 Вольт. Я построил этот трансформатор, и он отлично работает.
Калькулятор трансформатора Скачать программу:
СПИСОК ССЫЛКИ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ФАЙЛОВ (в формате TXT): LINKS-4605.zip
Новый эталонный импульсный трансформатор LAN | Примечание по применению
Новый эталонный импульсный преобразователь LAN
В последние годы разъемы LAN стали стандартным оборудованием не только для компьютеров и других ИТ-продуктов, но и для цифровых телевизоров, а также для многих других типов аудиовизуальных устройств и потребительских товаров.Импульсные трансформаторы являются ключевыми компонентами таких интерфейсов LAN. Трансформаторы должны передавать импульсные сигналы с высокой скоростью и в то же время обеспечивать другие функции, такие как изоляция между входом и выходом. Компания TDK применила свои обширные технологические ноу-хау, полученные при разработке синфазных фильтров типа SMD (устройство поверхностного монтажа), для создания нового типа импульсного трансформатора SMD, изготовленного с использованием технологии автоматической намотки катушек. Обычные устройства с обмотками, уложенными вручную, страдают от различных проблем, таких как неровные характеристики из-за производственных допусков.Напротив, новые импульсные трансформаторы от TDK обеспечивают превосходную однородность и производительность, сопоставимую с существующими продуктами, при гораздо меньшей занимаемой площади. Серия ALT обязательно станет новым ориентиром в этой области.
Ethernet стал доминирующим форматом LAN вместе с развитием компьютеров
Стандарт Ethernet, который в настоящее время является доминирующим во всем мире форматом для LAN (локальных сетей), был разработан в начале 1980-х годов в США. Первоначально он был разработан для связи рабочих станций в исследовательских учреждениях, на предприятиях и в аналогичных профессиональных средах.Но вместе с развитием персонального компьютера ЛВС стала широко распространенным решением для подключения нескольких ПК, и рынок ЛВС рос не по дням, а по часам. Соединение отдельных локальных сетей на большем расстоянии называется глобальной сетью (WAN), а соединение между несколькими компьютерами и аудиовизуальными устройствами в доме называется домашней сетью или домашней локальной сетью. В отличие от беспроводных локальных сетей, локальная сеть Ethernet требует кабельного соединения, но это обеспечивает очень надежную передачу данных на гораздо более высоких скоростях.
Существуют различные форматы Ethernet, которые различаются по таким аспектам, как тип кабельного подключения и скорость передачи. Они определены соответствующими стандартами и обозначены такими терминами, как 100BASE-T или 1000BASE-T. Первый рассчитан на скорость передачи (пропускную способность) 100 Мбит / с, а второй достигает скорости до 1000 Мбит / с (1 гигабит в секунду). Буква «T» означает, что в формате используется витая пара.
Импульсный трансформатор: ключевой компонент интерфейса LAN
Электронные устройства, оснащенные разъемом LAN, имеют встроенный адаптер LAN, который позволяет подключить устройство к сети, просто подключив кабель.До того, как адаптеры LAN стали стандартом на материнских платах ПК, они обычно были доступны в виде сменных карт, предназначенных для вставки в слот компьютера. Одна из причин, по которой адаптеры теперь встраиваются в компьютеры, – это распространение широкополосных подключений к Интернету.
Разъем LAN, также называемый портом LAN, чем-то похож на модульное телефонное гнездо, но имеет немного большие размеры. Это называется разъемом RJ45. Внутри сигналы разъема RJ45 направляются через дроссельные катушки синфазного режима (фильтры) на импульсный трансформатор, а затем на ИС приемопередатчика.Модуль разъема LAN объединяет разъем RJ45, синфазные дроссельные катушки и импульсный трансформатор в единый компактный блок.
Импульсный трансформатор – это специальный трансформатор, предназначенный для передачи сигналов импульсной формы. В отличие от силового трансформатора, он не предназначен для передачи энергии; следовательно, его можно сделать значительно более компактным, что позволит ему поместиться в соединительный модуль.
Традиционный метод: ручная намотка на тороидальном сердечнике
Импульсный трансформатор имеет простую конструкцию, построенную вокруг тороидального (кольцевого) сердечника, на который намотаны первичная и вторичная обмотки.Однако, хотя принцип работы и конструкция просты, импульсные трансформаторы на самом деле являются довольно сложными электронными компонентами, которые нужно правильно построить. Такие аспекты, как конструкция, выбор материала сердечника и метод намотки, значительно влияют на результат, а добиться единообразных характеристик нелегко.
По сравнению с другими трансформаторами с сердечниками, которые по своей природе имеют воздушные зазоры, тороидальный трансформатор имеет более низкий поток рассеяния и, следовательно, может обеспечивать лучшую производительность. Следовательно, импульсные трансформаторы традиционно проектировались как тороидальные трансформаторы, но из-за их формы катушки обычно наматываются вручную, потому что автоматическую намотку сложно реализовать.Это неизбежно приводит к допускам между готовыми изделиями и препятствует стабильному качеству и массовому производству.
Новый метод производства, основанный на революционной идее
В наши дни не только персональные компьютеры, но и многие другие типы оборудования, такие как цифровые телевизоры и аудиовизуальные устройства, обычно поставляются с разъемами для LAN. Таким образом, импульсные трансформаторы для ЛВС стали очень востребованным продуктом. Если принять форму тороидального сердечника как данность, автоматическая намотка невозможна, а потребности рынка трудно удовлетворить.
Серия импульсных трансформаторов SMD ALT от TDK представляет собой радикальный отход. Путем нестандартного мышления наши инженеры придумали решение, позволяющее реализовать производственный процесс с использованием автоматизированной намотки.
Команда разработчиков взяла подсказку от фильтров синфазных помех типа SMD, которые широко используются в качестве компонентов подавления шума. Фильтр синфазных помех похож на импульсный трансформатор, поскольку в нем используются две обмотки на тороидальном сердечнике. Чтобы обеспечить массовое производство, TDK разработала новаторский подход, в котором используется автоматическая намотка сердечника барабана с последующим соединением его с сердечником из плоской пластины.Оказалось, что конструкция сердечника и метод автоматической намотки, очень похожие на фильтры синфазных помех типа SMD, могут быть применены к импульсным трансформаторам. Это привело к разработке новых импульсных трансформаторов типа SMD.
Конструкция обмотки
требует передовых технических знаний
Прочность связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора выражается как коэффициент связи (k). В идеальном трансформаторе это было бы 1, но в реальном мире поток утечки и другие факторы приводят к тому, что коэффициент k меньше 1.
Таким образом, ключевым аспектом конструкции трансформатора является вопрос о том, как достичь коэффициента, который максимально приближается к 1. Как описано выше, воздушный зазор в сердечнике трансформатора вызывает поток рассеяния, приводящий к индуктивности рассеяния, которая ухудшает характеристики трансформатора. Разработав сердечник новой формы, пригодный для автоматической намотки, TDK смогла уменьшить зазор в стыке между сердечником барабана и сердечником пластины до менее чем половины, что привело к значительному уменьшению потока рассеяния.
Конструкция обмотки также важна для снижения коэффициента связи. Обмотки трансформатора подвержены так называемой паразитной емкости, которая не отображается на принципиальных схемах. Хотя обмотки электрически изолированы, разность потенциалов заставляет соседние обмотки действовать как электроды конденсатора. Этот тип паразитной емкости называется внутриобмоточной емкостью. Кроме того, существует еще один тип паразитной емкости, а именно емкость распределения обмоток между первичной и вторичной обмотками.Уменьшение этих типов паразитной емкости требует компромисса, поскольку это уменьшение приводит к увеличению индуктивности рассеяния. Поэтому для достижения хорошей конструкции намотки требуются передовые технические ноу-хау, которые нелегко получить.
Использование феррита в качестве идеального сердечника для импульсного трансформатора
Поскольку импульсные сигналы обычно охватывают очень широкий частотный диапазон, выбор материала сердечника имеет решающее значение для предотвращения чрезмерного искажения формы импульса, которое может ухудшить сигнал.
Например, импульсный трансформатор для соединения 100BASE-T Ethernet должен иметь значение индуктивности не менее 350 микрогенри (мкГн) при приложении смещения постоянного тока 8 мА. Таким образом, очень желательны выдающиеся характеристики феррита наложения постоянного тока, поскольку кривая намагничивания остается линейной даже при приложении постоянного магнитного поля смещения. (Искажение формы волны увеличивается по направлению к изогнутой части графика характеристик.) Требуется ферритовый материал, который обеспечивает как высокую магнитную проницаемость, так и высокую плотность потока насыщения и который демонстрирует эти характеристики во всем температурном диапазоне, существующем в нормальной среде локальной сети.
Используя свой обширный опыт в области ферритовой технологии, компания TDK разработала ферритовый материал, оптимизированный для применения в импульсных трансформаторах. Для достижения этой цели были тщательно пересмотрены как состав материала, так и микроструктура. В серии ALT используется новый материал, отвечающий техническим требованиям высокоскоростных локальных сетей нового поколения.
Высокая производительность наравне с предыдущими продуктами, достигнутая за счет автоматической намотки
Серия ALT обеспечивает высокую надежность и производительность, требуемые от импульсного трансформатора для приложений LAN, и делает это в компактном корпусе типа SMD, изготовленном с автоматической намоткой, что считалось очень трудным для реализации.Как видно из глазковой диаграммы, показанной справа, целостность сигнала находится на том же уровне, что и у обычных продуктов, хотя корпус SMD заметно меньше.
В импульсных трансформаторах серии ALT используется не только автоматическая намотка катушек, но и автоматическая термокомпрессионная сварка клеммных электродов и проводов. Для обычных изделий требуется ручная обработка проволоки и пайка. Автоматизация этих шагов приводит к более однородному качеству.
Производственный процесс для обычных продуктов является полуавтоматическим, с пакетной обработкой, которая используется на этапах от электрических испытаний до наклеивания лент.Напротив, производственный процесс для серии ALT является непрерывным и полностью автоматизированным.
Меньшая занимаемая площадь приводит к значительной экономии места
Импульсный трансформатор обычно встроен в модуль LAN вместе с дроссельными катушками синфазного режима и другими частями. С обычными компонентами сложную проводку, а также пайку приходилось выполнять вручную при установке импульсного трансформатора. Затем детали были зафиксированы смолой. Поскольку трансформаторы серии ALT являются SMD-компонентами, их можно устанавливать вместе с другими частями на этапе оплавления, что значительно упрощает процесс и сокращает количество необходимых рабочих часов.
Еще одно преимущество – более компактные размеры, которые способствуют экономии места. В сочетании с удалением шума в соответствии с методом дифференциальной передачи требуемая занимаемая площадь может быть уменьшена примерно на 40–60% (при использовании монтажа на одной плате в сочетании с синфазными фильтрами серии ACM от TDK).
Серия ALT, как и ее предшественники, обозначена TDK как полностью бессвинцовый «экологически безопасный» продукт, который полностью исключает свинец и соединения свинца и совместим с бессвинцовой пайкой.Серия ALT также не содержит галогенов и поэтому подходит для компаний, которые стремятся полностью исключить галогены из своих конечных продуктов.
На пути к высокоскоростной локальной сети нового поколения, объединяющей проводные и беспроводные соединения
Беспроводная локальная сеть становится все более распространенной, но проводная локальная сеть по-прежнему имеет явное преимущество с точки зрения высокой скорости передачи данных, устойчивости к помехам и стабильности работы. Импульсные трансформаторы, которые являются ключевым компонентом приложений LAN, должны будут соответствовать требованиям к производительности для решений Ethernet следующего поколения.
Серверы, маршрутизаторы и подобное оборудование должны поддерживать более высокие скорости и обеспечивать исключительную надежность, в то время как компактные размеры и низкопрофильный форм-фактор являются целями проектирования портативных компьютеров, цифровых телевизоров, рекордеров с жесткими дисками, игровых консолей и т. Д. сектора, необходимы дальнейшие улучшения производительности в широком диапазоне температурных условий.
Охватывая весь спектр от домашнего использования до промышленного применения, серия ALT соответствует высоким техническим характеристикам.В этих компактных импульсных трансформаторах SMD впервые в отрасли реализована автоматическая намотка. Высокоскоростные сети следующего поколения, объединяющие проводные и беспроводные соединения, потребуют передовых компонентных технологий. В полной мере используя свои обширные ноу-хау в основных технологиях, а именно в технологии материалов, технологических процессах, а также в технологиях оценки и моделирования, TDK предлагает сложные прикладные продукты для ЛВС, которые удовлетворяют этим потребностям.
Основные характеристики
Тип SMD с автоматической намоткой, форма может быть адаптирована к требованиям заказчика
Поддержка автоматического монтажа, пайки оплавлением и применения без галогенов
Основные приложения
Бытовое / промышленное оборудование с интерфейсом LAN, такое как цифровая бытовая техника, телевизионные приставки, ПК
Габаритный чертеж и принципиальная схема
Основные характеристики
Деталь No. ALT3232M-151-T001 ALT4532M-171-T001 ALT4532M-201-T001
Индуктивность ^{* 1} 150uH мин. 170uH мин. 200uH мин.
Вносимая потеря ^{* 2} 2,5 дБ макс. 2,5 дБ макс. 1,5 дБ макс.
Внутриобмоточная емкость 25 пФ макс. 35 пФ макс.
Температурный диапазон использования от -40 до 85 ° C
Форм-фактор 3,2 x 3,2 мм 4,5 x 3,2 мм
Толщина 2,9 мм макс. 2,2 мм макс. 2,9 мм макс.
* 1 Смещение постоянного тока 8 мА, 100 кГц
* 2 от 0,1 до 100 МГц
Анализ влияния вспомогательной обмотки на уменьшение индуктивности утечки в импульсном трансформаторе с использованием ANSYS
Журнал электромагнитного анализа и приложений
Vol.2 № 9 (2010), ID статьи: 2764, 6 страниц DOI: 10.4236 / jemaa.2010.29067
Анализ влияния вспомогательной обмотки на снижение индуктивности утечки в импульсном трансформаторе с использованием ANSYS
Алиреза Ходакарами ¹, Сейед Мохаммад Педрамрази ², Хасан Фешки Фарахани ³

¹ Исламский университет Азад, филиал Шахре Годс, Тегеран, Иран; ² Исламский университет Азад, Северный филиал Тегерана, Тегеран, Иран; ³ Исламский университет Азад, филиал Аштиан, Аштиан, Иран.
Эл. Почта: {aqukh, m_pedram_razi, hfeshki}@yahoo.com
Поступила 20 июля ^-го, 2010 г .; доработана 18 августа ^-е, 2010 г .; принято 18 августа ^-е, 2010
Ключевые слова: Вспомогательные обмотки, индуктивности утечки, метод конечных элементов и ANSYS
РЕЗЮМЕ
Некоторым приложениям требуются импульсы высокого напряжения и с малым временем нарастания, которые можно увеличить с помощью с помощью трансформатора.Время нарастания увеличивается из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Одним из способов уменьшения времени нарастания является использование вспомогательных обмоток между первичной и вторичной обмотками. В этой статье один тип импульсного трансформатора, включающий вспомогательные обмотки, моделируется и моделируется в программном обеспечении ANSYS. В этом исследовании сначала был смоделирован трансформатор без вспомогательных обмоток и были получены значения утечки и собственной индуктивности, затем вспомогательные обмотки учитывались в модели для расчета утечки и собственной индуктивности трансформатора.Результаты моделирования могут быть использованы для исследования влияния вспомогательной обмотки на индуктивность рассеяния.
1. Введение
Импульсы высокого напряжения часто получаются из схемы генерации импульсов, управляющей высоковольтным импульсным трансформатором. Большое количество витков во вторичных обмотках, а также изоляционный зазор между слоями обмотки и обмоток увеличивают индуктивность рассеяния импульсных трансформаторов. Время нарастания импульса высокого напряжения зависит от индуктивности рассеяния.Многие приложения, такие как медицина, технология и военная промышленность, нуждаются в высоковольтных быстрорастущих импульсах. Для этого требуются эффективные и гибкие импульсные силовые цепи с оптимизацией всех компонентов [1-5]
Однако, если индуктивность рассеяния в высоковольтном импульсном трансформаторе необходимо уменьшить, к трансформатору можно добавить две вычитающие соединенные обмотки. Если эти обмотки имеют одинаковое количество витков, электродвижущая сила, генерируемая во вспомогательных обмотках, возникает только за счет первичного и вторичного потоков утечки.Ток через них создает магнитное поле, уменьшающее только поток рассеяния и, следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе [6-8]. Наиболее привлекательная конфигурация обмотки для высокого напряжения, трансформатор с сердечником и первичной и вторичной обмотками на разных ветвях сердечника, редко используется в импульсном режиме из-за слабой магнитной связи между обмотками, которая может привести к медленному нарастанию импульса выходного напряжения. . Исключительное улучшение формы выходного импульса высоковольтного трансформатора с сердечником, с разделенными первичной и вторичной обмотками, снабженное двумя вспомогательными обмотками, для приложений плазменной иммерсионной ионной имплантации, где для смещения смещения используются почти прямоугольные отрицательные импульсы высокого напряжения. плазменная мишень для достижения конформной ионной имплантации [9].
Для лучшего понимания работы трансформатора со вспомогательными обмотками разработана математическая модель, основанная на теории электромагнитных цепей [10]. Наряду с новыми методами проектирования [11], [12], используемыми сегодня для изготовления высоковольтных импульсных трансформаторов с использованием новейших материалов, распространенным способом преодоления проблем, вызванных паразитными элементами, является использование резонансных топологий [12-14]. Моделирование методом конечных элементов – это надежный метод расчета рассеяния магнитного потока и индуктивности.Таким образом, в этой статье с помощью программного обеспечения ANSYS был смоделирован и смоделирован высоковольтный импульсный трансформатор. Сначала моделируется импульсный трансформатор без вспомогательных обмоток, а затем со вспомогательными обмотками. Индуктивность рассчитывается энергетическим методом. Результаты моделирования показывают уменьшение индуктивности рассеяния при использовании вспомогательных обмоток.
2. Математические уравнения трансформатора со вспомогательными обмотками [9]
Конструкция четырехобмоточного трансформатора показана на рисунке 1.
Используя закон индукции Фарадея в каждой обмотке, пренебрегая распределенными емкостями обмоток, получаем
(1)
, где нижний индекс:
i: относится к индексу обмотки v: мгновенное напряжение на клеммах i: Мгновенный ток
Ψ: мгновенная магнитная связь e: индуцированное мгновенное напряжение R: эффективное сопротивление Средняя магнитная связь записывается как:
(2)
Это разделено на три основных компонента.
Φ: результирующий поток, связывающий все обмотки
Φ _ii: собственный поток обмотки
Φ _ij: взаимный поток между парами обмоток Поток связи для первичной обмотки определяется как :
(3)
Уравнение (3) можно переписать как:
(4)
, где нижний индекс l _ii – собственная индуктивность, а l _ij – взаимная индуктивность.Согласно (1) и (3) мгновенное напряжение на клеммах первичной обмотки представляет собой сумму падения напряжения на сопротивлении обмотки, индуцированной электродвижущей силы из-за изменяющегося во времени результирующего потока и индуцированных электродвижущих сил, связанных с собственными потоками и потоками взаимной утечки. .
(5)
Рисунок 1. Схема математической модели трансформатора с четырьмя обмотками [9].
Как показано на рисунке 2, вспомогательные обмотки трансформатора подключены в режиме вычитания (клеммы 5 и 6 подключены к клеммам 7 и 8 соответственно).Принимая во внимание это и на рисунке 2, применяя к (5) и принимая во внимание, что, дает,
(6)
Также уравнения (7) – (9) для других трех обмоток выводятся аналогично уравнению (6) соответственно.
(7)
(8)
(9)
В связи с этим, что дает
(10)
Ток во вспомогательных обмотках регулируется (10).Интересно отметить, что не зависит от производной по времени результирующего потока Ф. Если вспомогательные обмотки имеют одинаковое количество витков, существует только следствие связи утечки между первичным и вторичным потоками утечки, связывающими вспомогательные обмотки.
Вспомогательный ток, функция потока рассеяния между первичной и вторичной обмотками с третьей и четвертой обмотками, генерирует магнитный поток, который уменьшает
Рис. 2.Схематическое изображение трансформатора с нагруженной вторичной обмоткой и двумя вспомогательными обмотками, соединенными в субтрактивном режиме и [9].
поток утечки первичной и вторичной обмоток. Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе уменьшается. На результирующий поток Ф не влияют вспомогательные обмотки.
3. Анализ трансформатора методом конечных элементов
Для оценки влияния вспомогательных обмоток на уменьшение индуктивностей рассеяния в программе ANSYS моделируется импульсный трансформатор со вспомогательными обмотками.ANSYS – это программа анализа методом конечных элементов (FEA), широко используемая в области автоматизированного проектирования (CAE). Это мощное программное обеспечение для анализа магнитной энергии методом конечных элементов. Рассеивание и магнитная индуктивность зависят от запасенной энергии в окне импульсного трансформатора и в сердечнике импульсного трансформатора соответственно. Плотность тока необходима для моделирования магнитного потока и потока рассеяния импульсного трансформатора (как нагрузки). Таким образом, плотность тока применяется к области обмоток.Потенциал на границе равен нулю и считается граничным условием. Сначала моделируется импульсный трансформатор без использования вспомогательных обмоток, а затем вспомогательные обмотки рассматриваются при моделировании для достижения желаемых результатов.
Импульсный трансформатор, смоделированный в ANSYS, показан на рисунке 3. Первичная обмотка включает в себя два 25-витковых слоя в окне импульсного трансформатора. Размер каждого слоя первичной обмотки составляет 34 мм × 1,5 мм. Межстрочный интервал между двумя слоями равен 0.1 мм, что электрическая изоляция находится в этом пространстве. Межстрочный интервал между первичной и третьей обмотками составляет 0,1 мм, а между третьей обмоткой и основной ветвью импульсного трансформатора – 0,1 мм. .
Вторичная обмотка на 500 витков в восемь слоев. Межстрочный интервал между вторичной и вспомогательной (четвертой) обмотками
составляет 0,1 мм. Ширина каждого вторичного слоя
Рисунок 3.Модель импульсного трансформатора со вспомогательными обмотками.
Обмотка
составляет 0,5 мм, а поскольку длина слоев не одинакова, средняя длина слоев составляет 25 мм.
Две вспомогательные обмотки по 25 витков в одном слое показаны на рисунке 3. Длина третьей вспомогательной обмотки составляет 34 мм, а ширина – 0,5 мм. Размер четвертой обмотки такой же, как и третьей обмотки. Тип сердечника импульсного трансформатора – ферритовый (высокочастотный) с номинальной частотой 10 кГц.Кривая B-H ферритового сердечника показана на рисунке 4.
4. Моделирование импульсного трансформатора без вспомогательных обмоток
Индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток рассчитываются без влияния вспомогательных обмоток. Энергетический метод используется для расчета индуктивности рассеяния, что объясняется ниже.
4.1. Расчет магнитной индуктивности и индуктивности утечки первичной обмотки
В этом случае плотность тока просто прикладывается к первичной обмотке, а затем получается магнитная энергия, запасенная в импульсном трансформаторе.
Накопленная в трансформаторе магнитная энергия показана на рисунке 5. Согласно этому рисунку общая накопленная энергия в трансформаторе равна 104,348 Дж на один метр глубины. Но глубина смоделированного трансформатора составляет 0,007 м, поэтому общая запасенная энергия в трансформаторе составляет 0,730436 Дж (104,348 × 0,007). Распределение магнитной энергии в каждом элементе сердечника показано на рисунке 6. Также обратите внимание на этот рисунок, общая запасенная энергия в сердечнике составляет 104,319 Дж для 1 метра глубины и, следовательно, для 0.007 м, запасенная энергия составит 0,730233Дж. Собственная индуктивность первичной обмотки может быть получена из уравнения (11).
Рис. 4. Кривая B-H для ферритового сердечника импульсного трансформатора.
Рисунок 5. Распределение энергии по всем элементам модели и общая величина сэкономленной энергии.
Рисунок 6. Распределение энергии в элементах активной зоны и величина сэкономленной энергии (только в сердечнике).
(11)
Индуктивность утечки можно рассчитать, используя разницу между запасенной энергией в трансформаторе и сердечнике.
(12)
Энергия утечки составляет 0,203 мДж для глубины 7 мм. Согласно уравнению (11), утечка и собственная индуктивность равны 1,8 мкГн и 6,5 мГн соответственно.
4.2. Расчет магнитной индуктивности и индуктивности утечки вторичной обмотки
Подобно первичной обмотке, энергия, запасенная в трансформаторе и сердечнике, определяется путем моделирования, а собственная вторичная индуктивность и индуктивность рассеяния вычисляются, что составляет 645 мГн и 273 мкГн соответственно.Собственные индуктивности и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток без вспомогательных обмоток перечислены в таблице 1.
5. Моделирование первичной обмотки с третьей вспомогательной обмоткой
В этом случае вспомогательные обмотки подключаются в дифференциальном режиме и получаются индуктивности. .
5.1. Моделирование первичной обмотки импульсного трансформатора с третьей вспомогательной обмоткой
Для моделирования рассеяния магнитного потока импульсного трансформатора со вспомогательными обмотками к первичной и третьей вспомогательной обмотке прикладываются две плотности тока, затем получается энергия, накопленная в трансформаторе и сердечнике, которая показано на Рисунке 7 и Рисунке 8 соответственно.
Рисунок 7. Распределение и полная величина магнитной энергии в единицах глубины модели.
Рис. 8. Распределение и величина сэкономленной энергии в керне на единице глубины.
Таблица 1. Магнитные индуктивности и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток без вспомогательных обмоток.
Энергия, запасенная в трансформаторе и сердечнике на глубине 1 м, составляет 103.217 Дж и 103,195 Дж соответственно, что для глубины керна 0,007 м составляет 0,722519 Дж и 0,722365 Дж соответственно. Используя значение накопленной энергии и уравнение (11), собственная индуктивность первичной обмотки составляет 6,42 мГн, а индуктивность рассеяния составляет 1,37 мкГн.
5.2. Моделирование вторичной обмотки импульсного трансформатора с четвертой вспомогательной обмоткой
Направление тока вспомогательных обмоток противоположно основным обмоткам (первичной и вторичной обмотке), поэтому направление плотности тока во вторичной обмотке противоположно направлению плотности тока четвертой вспомогательной обмотки. .В результате противоположная магнитная индукция четвертой вспомогательной обмотки является основной причиной уменьшения магнитной индукции вторичной обмотки, что приводит к уменьшению индуктивности рассеяния.
Рассчитанная собственная индуктивность вторичной обмотки равна 640 мГн, а также полная энергия утечки в этом случае составляет 0,000217 Дж. Следовательно, индуктивность рассеяния получается равной 193 мкГн. Собственные индуктивности и индуктивности рассеяния импульсного трансформатора со вспомогательной обмоткой показаны в таблице 2.
6.Выводы
В данной статье исследуется влияние вспомогательных обмоток, используемых в импульсном трансформаторе. Вспомогательные обмотки располагались рядом с первичной и вторичной обмотками. Было показано, что вспомогательный ток, i _aux, функция потока рассеяния между первичной и вторичной обмотками с третьей и четвертой обмотками, генерирует магнитный поток, который уменьшает поток рассеяния первичной и вторичной обмоток. Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе уменьшается.На результирующий поток Ф не влияют вспомогательные обмотки. Для этого в программе ANSYS был смоделирован импульсный трансформатор со вспомогательными обмотками. Сначала моделирование проводилось без использования вспомогательных обмоток, а затем вспомогательные обмотки были добавлены в модель трансформатора. Используя полученный результат из
Таблица 2. Магнитные индуктивности и индуктивности рассеяния первично-вторичных обмоток со вспомогательными обмотками.
в первом случае (без вспомогательных обмоток) индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток рассчитываются равными 1.8 мкГн, 273 мкГн соответственно. Во втором случае (со вспомогательными обмотками) первичная и вторичная индуктивности уменьшаются до 1,36 мкГн, 193 мкГн соответственно. Результат показывает, что самоиндуктивности существенно не меняются в двух случаях моделирования.
7. Выражение признательности
Этот документ взят из исследовательского проекта под названием «Проектирование, моделирование и конструирование высоковольтных импульсных трансформаторов с малым временем нарастания и использованием вспомогательных обмоток» в Исламском университете Азад, филиал Шахре Годс.
ССЫЛКИ
Y.-H. Чанг и К.-С. Ян, «Полностью твердотельный импульсный импульсный генератор для NO управления», 36 ^th IEEE Industry Applications Conference, 30 сентября – 4 октября 2001 г., Vol. 4, 2001, стр. 2533-2540.
Н. Грасс, В. Хартманн и М. Ромхельд, «Микросекундный импульсный источник питания для электростатических осадителей», 36 ^th Конференция по промышленным приложениям IEEE, 30 сентября – 4 октября 2001 г., Vol.4, 2001, стр. 2520-2524.
Дж. Джетва, Е. Е. Маринеро и А. Мюллер, «Схема лавинного транзистора с наносекундным временем нарастания для запуска азотного лазера», Review of Scientific Instrument, Vol. 52, No. 7, 1981, pp. 989-991.
М. П. Дж. Годро, Т. Хоки, Дж. Петри и М. А. Кемпкес, «Твердотельная импульсная система питания для пищевой промышленности», Наука о импульсной плазме, документы по цифровым методам, Vol. 2, 2001, с. 1174–1177.
г.C. Cheng, K. Ping, X. Tian, X. Wang, B. Tang и P. Chu, «Специальный модулятор для иммерсионной ионной имплантации в высокочастотную низковольтную плазму», Review of Scientific Instrument, Vol. 70, No. 3, 1999, pp. 1824-1828.
А. М. Перния, Дж. М. Лопера, М. Дж. Прието и Ф. Нуньо, «Новое семейство ZVS QRC и MRC с ШИМ-управлением на основе модификации магнитных элементов», European Power Electronics EPE Journal, Vol. 8, No. 12, 1999, pp. 25-32.
A. M. Pernía, J.М. Лопера, М. Дж. Прието и Ф. Нуньо, «Анализ и разработка нового регулятора постоянной частоты для QRC и MRC на основе модификации магнитных элементов», IEEE Transactions Power Electronics, Vol. 13, No. 2, 1998, pp. 244-251.
Л. М. Редондо, Э. Маргато и Дж. Ф. Силва, «Низковольтная полупроводниковая топология для генерации квантовых импульсов с использованием повышающего трансформатора с коррекцией потока утечки», Труды конференции специалистов по силовой электронике IEEE, 2000, стр. 326-331.
л.М. Редондо, Э. Маргато и Дж. Ф. Сильва, «Снижение времени нарастания в высоковольтном импульсном трансформаторе с использованием вспомогательных обмоток», IEEE Transactions Power Electronics, Vol. 17, No. 2, 2002, pp. 196-206.
Л. М. Редондо, Дж. Ф. Сильва и Э. Маргато, «Улучшение формы импульса в высоковольтных импульсных трансформаторах с сердечником и вспомогательными обмотками», IEEE Transactions Magnetics, Vol. 43, No. 5, 2007, pp. 1973–1982.
М. Х. Хералувала, Д. В. Новотны и Д. М.Диван, «Коаксиальные трансформаторы с обмоткой для мощных высокочастотных приложений», IEEE Transactions Power Electronics, Vol. 7, No. 1, 1992, pp. 54-62.
М. Гарсия, К. Вьехо, М. Секадс и Х. Гонсалес, «Критерии проектирования трансформаторов для высоковольтных выходов, применение высокочастотных преобразователей мощности», European Power Electronics EPE Journal, Vol. 4, No. 4, 1994, pp. 37-40.
Дж. Кейн и М. Падберг, «Модульный недорогой высоковольтный генератор импульсов, высокоэффективный с точки зрения энергии импульса и частоты повторения», Measurement Science Technology, Vol.6, No. 5, 1995, pp. 550-553.
Дж. М. Сан, С. П. Ван, Т. Нишимура и М. Накаока, «Резонансный ШИМ-преобразователь постоянного тока в постоянный с высоковольтным трансформатором и его методы управления для источников питания рентгеновского излучения в медицинских целях», Труды 8-й Европейской конференции заявителя о силовой электронике, Лозанна, Швейцария, 7-9 сентября 1999 г., Proc. на компакт-диске.
Правильная намотка импульсного трансформатора
Добро пожаловать, Самоделкинс!
Как известно, трансформатор – это основной элемент любого источника питания.Начинающие радиолюбители довольно часто задаются вопросом: как правильно изготовить обмотку трансформатора самостоятельно? Поэтому данная инструкция (автор: Роман, YouTube-канал “Open Frime TV”) целиком посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.

Итак, начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Часто бывает, что люди берут какой-нибудь трансформатор, попавший под руку, и начинают трясти на нем свои обмотки, не задумываясь об одной маленькой, но очень важной детали, которая называется зазором.

Существует два основных типа схемы управления трансформатором: однотактная и двухтактная.

Из рисунка выше видно, что двухтактный включает в себя: мостик, полумост и пуш-пул. В этих схемах не должно быть зазора в сердечнике, причем это касается не только силового трансформатора, но и ТГР.
Что касается однотактных схем, то они бывают прямолинейные и обратные – и в них зазор в сердечнике должен быть обязательным, поэтому в первую очередь всегда нужно более подробно узнать, что вы делаете.
В качестве более наглядного примера в этой статье мы рассмотрим обмотку двух разных трансформаторов, один для двухтактной схемы, другой – для однотактной.

Автор решил создать трансформер по готовым проектам. Первый – это блок на SG3525. Схема ниже.

Как видно из схемы – полумост. Таким образом, этот тип относится к разряду двухтактных схем, поэтому, как уже говорилось в начале статьи – зазор в сердечнике не нужен.
Мы накрасили лицо, но это еще не все. Перед намоткой требуются специальные расчеты (расчет трансформатора). Благо в Интернете без особого труда можно найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.

Спасибо автору этих программ, а у него их нет, количество самоходных источников питания постоянно растет. Вы можете прочитать все программы этого автора, но в примере мы разберем только две из них.Первый – это «Расчет с помощью Lite-CalcIT импульсного трансформатора с двухтактным трансформатором» (версия 4.1).

Не будем вдаваться в подробности, коснемся только важных моментов. Первое – это выбор схемы преобразователя: толкающий, полумост или мостовая. Далее у нас есть строка выбора напряжения питания, и вам также нужно указать, можете ли вы указать либо уже выпрямленное напряжение (постоянное), либо только сеть (переменное). Ниже находится поле частоты преобразования.Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор задает частоту в районе 40-50 Гц, выше поднимать не нужно. Далее следует указать характеристики преобразователя. В соответствующих столбцах указываем напряжение, мощность и провод, по которому будет производиться обмотка. Не забудьте указать схему выпрямления и поставить галочку напротив «Использовать нужные параметры».

Кроме того, есть еще два важных поля для заполнения в программе. Первый – наличие или отсутствие стабилизации.

При включении галочки программа автоматически подбрасывает пару оборотов на вторичку для очистки работы ШИМа.
Второе поле – охлаждение. Если он присутствует, можно выжать из трансформатора больше мощности.
И последнее, но самое главное, необходимо указать, какой сердечник будет использоваться при намотке этого трансформатора.

Большинство стандартных номиналов уже включены в программу, осталось только выбрать необходимый.
Итак, когда все поля заполнятся, можно нажать кнопку «Рассчитать».

В результате мы получаем данные для намотки нашего трансформатора, а именно количество витков первичной и вторичной обмоток вместе с количеством жил.

Необходимые расчеты произведены, можно начинать намотку.
Это важный момент! Все обмотки намотаны в одну сторону, но начало и конец намотки строго по схеме.Пример: допустим, мы здесь установили начало намотки (подробнее на изображении ниже), намотали необходимое количество витков и сделали вывод.

Давайте визуализируем, как течет ток. Скажем так:

Затем он перейдет через провод в том же направлении. А теперь просто поменяем начало и конец намотки местами.

Хотя обмотка была сделана справа, ток будет течь в противоположном направлении, и это будет равносильно намотке влево.Таким образом, точки на схеме можно легко сместить по фазе, главное при этом все обмотки должны быть направлены в одну сторону.

Пример разобрали, приступаем к реальной обмотке. Начало намотки в этой точке (см. Изображение ниже), поэтому мы будем наматывать отсюда.

Стараемся ровно укладывать обороты, также необходимо избегать перекрещивания проволоки и различных узлов, петель и подобных явлений. От того, как вы намотаете трансформатор, зависит дальнейшая работа всего блока питания.
Шлепаем ровно половину первички и делаем диверсию, но не прямо на штыревой трансформатор, а вверх. Затем встряхнем вторичный, а поверх него оставшийся первичный.

Это увеличивает магнитную связь обмотки и снижает индуктивность рассеяния.

Между обмотками нужно использовать Изоляцию. Здорово быть таким. термочехол.

И для самого последнего слоя изоляции можно использовать ленту Mailar Для красоты.

Вторичная обмотка наматывается так же, как и первичная.

Подходим к началу намотки и равномерно закручиваем до оборотов стираем. При этом желательно, чтобы вторичка умещалась в один слой. Но если вы рассчитывали на большее напряжение, то второй слой нужно равномерно растянуть по всему кадру.
Когда пласт наматывается, то снова делаем отвод вверх и начинаем трясти вторую часть второстепенного.Прямо как первый.

Вот это уже как-то обозначить, где у вас первая половина второстепенной, а где вторая.
Следующий шаг Здесь находится первичная обмотка. В этом случае автор обычно оставляет на плате пустой контакт, чтобы можно было подключить среднюю точку первичной обмотки.

Вот от этой пины и начинаем качать оставшуюся первичную, все равно равномерно.

Вот уже за конец провода зацепляться не надо, можно сразу заводить его в нужном месте.
Затем проводим такую же операцию для остальных выводов.

Когда основные обмотки закончены, можно приступать к намотке дополнительной, в данном случае это самозагревающая обмотка. С ним все точно так же, начало и конец размечены на плате, изолируют и болтают.

Верхний слой, как уже говорилось ранее, прикрывает малярную ленту.Теперь трансформатор выглядит как промышленный образец.

На заметку новичкам! Как правило, начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания нестабилизированными на микросхемах типа IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: крот намотался на одно напряжение, а на выходе получилось другое. Перемотка не дает результатов. В чем дело? А дело в том, что делать замеры нужно при нагрузке не менее 15% от номинала. А потом выясняется, что выходной конденсатор заряжен до амплитудного значения, собственно вы его измеряете и не можете понять, что не так.
Обмотка трансформатора обратного питания ничем не отличается от предыдущей, но для расчета воспользуемся другой программой из того же пакета программ – «Flyback – Reverse Transformer Calculation Program» (версия 8.1).

Указываем необходимые параметры: частоту, выходное напряжение и так далее, это не так важно. Единственное, что заслуживает особого внимания, – это зазор сердечника и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры нужно будет соблюдать как можно точнее.

Вот и все. Спасибо за Ваше внимание. Чтобы встретиться снова!
Видео автора:

Устранение магнитных проблем с помощью Pulse Tran
Аннотация: В этой заметке по применению описывается, как управлять или подавлять влияние внешних магнитных полей на трансформаторы, используемые в ИС для учета электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543. Особое внимание уделяется тому, как противодействовать воздействию сильного магнита постоянного тока в ограниченном пространстве небольшого корпуса счетчика.
Введение
Фон
Семейство ИС 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 предназначено для использования с трансформаторами тока (ТТ), которые традиционно используются в одно- и многофазных счетчиках, или шунтирующими резисторами, которые подключаются к изолирующим интерфейсам удаленных датчиков. Интерфейсы удаленных датчиков 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и 71M6545 обычно подключаются к микросхемам 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 через небольшие недорогие импульсные трансформаторы.
Под воздействием очень сильного магнитного поля постоянного тока трансформатор тока (т.Т. е. трансформатор тока, традиционно используемый в типичных многофазных счетчиках электроэнергии) перейдет в режим насыщения, и его выходная мощность будет меньше, чем пропорциональна приложенному току, что приведет к потере доходов для коммунального предприятия. Такое насыщение происходит при больших токах, и его нелегко обнаружить.
Как и их аналоговые аналоги, трансформаторы тока и импульсные трансформаторы также могут подвергаться воздействию внешних магнитных полей. В худшем случае трансформаторы насыщаются и, следовательно, теряют свою индуктивность, превращая их в низкоомную нагрузку для драйверов в устройстве учета электроэнергии.Это закорачивает дифференциальные драйверы и, как следствие, приводит к падению напряжения питания.
Следовательно, система измерения, состоящая из ИС учета электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и одного или нескольких интерфейсов удаленных датчиков 71M6601, 71M6103 или 71M6113, подключенных к датчикам токового шунта, не полностью защищена от магнитных полей. В этом примечании к применению описывается, как управлять или подавлять влияние внешних магнитных полей на трансформаторы, используемые в семействе ИС для измерения электроэнергии 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 / 71M6545.Особое внимание уделяется тому, как противодействовать воздействию сильного магнита постоянного тока в ограниченном пространстве небольшого корпуса счетчика.
Обратите внимание, что защита от магнитных эффектов не может быть реализована с помощью универсального рецепта. Каждый случай индивидуален, в зависимости от того, присутствуют ли поля переменного или постоянного тока, погружен ли счетчик в магнитное поле или просто подвергается воздействию магнита, расположенного снаружи, и есть ли в корпусе счетчика пространство для перемещения трансформаторов подальше от источник поля.
После краткого обзора требований к магнитным счетчикам электроэнергии представлены некоторые основные термины, касающиеся магнитных полей. Также представлены методы смягчения последствий, от простейших недорогих методов до методов экранирования и, наконец, до использования трансформаторов с передовыми магнитными материалами.
Требования к магнитным полям в измерительных приборах
Традиционно стандарты как ANSI, так и EN / IEC требовали, чтобы счетчики электроэнергии работали при относительно умеренных уровнях магнитных полей:
ANSI C12.1, подпункт 4.7.3.4, описывает испытание с 6-футовым. х 6 футов. Катушка Гельмгольца, работающая при токе 100 А переменного тока, с указанием максимального отклонения в регистрации Втч ± 1%.
IEC 62053-11, Таблица 8, устанавливает плотность потока переменного тока 0,5 мТл, создаваемую круглой катушкой с витками 400 А.
В IEC 62053-21, раздел 8.2.4, указывается, что должна применяться напряженность поля постоянного тока в 1000 А (как указано в Таблице 11, погрешность регистрации 2% для счетчика класса 1 допустима).
EN 50470-1 определяет магнитные поля постоянного тока на 1000 А витков и описывает испытательную катушку (в основном магнит постоянного тока), которая должна быть приложена к всем доступным поверхностям счетчика.
EN 50470-1 относится к EN 61000-4-8 для магнитных полей переменного тока (настольное оборудование, магнитное поле переменного тока на частоте сети).
Эти требования не новы и являются результатом двух соображений:
Измерители могут иметь ошибки регистрации при работе вблизи (паразитные поля) сильноточных цепей переменного тока.
Конечные потребители могут вмешиваться в счетчик, используя магниты постоянного тока.
Условия испытаний варьируются от стандартных до стандартных, но их можно разделить на две категории:
Метод погружения : Весь тестируемый измеритель подвергается воздействию магнитного поля, создаваемого большой катушкой.
Метод приближения : Магнитное устройство прикладывают к поверхности тестируемого счетчика.
Применяемый тест имеет значение для того, как можно защитить счетчик от магнитного воздействия: когда используется метод приближения, геометрическое расположение чувствительных компонентов имеет большое значение. При использовании метода погружения геометрическое расположение чувствительных компонентов имеет второстепенное значение, поскольку поле достигает любого места в пределах тестируемого измерителя.
Внутренние стандарты, используемые в некоторых странах, могут содержать требования для конкретной страны, которые применяются поверх стандартов IEC или EN.
Новые требования к постоянному магнитному полю
На некоторых рынках появляются более строгие требования из-за наличия очень мощных редкоземельных магнитов постоянного тока, которые можно использовать для подделки счетчиков. ¹ В случае немецкого измерителя частоты EHz очень строгие магнитные требования сочетаются с малым физическим форм-фактором корпуса, что еще больше затрудняет защиту от магнита.
В таблице 1 показан пример влияния магнита постоянного тока на незащищенный счетчик электроэнергии. Перечисленные результаты получены на основе измерений тока, полученных с помощью измерителя, работающего с трансформаторами тока с наличием и без наличия постоянного магнитного поля (генерируемого испытательным магнитом, предписанным немецкими требованиями PTB). ² В таблице показаны значительные ошибки при высоких токах, которые являются результатом насыщения сердечника.
Следовательно, трансформаторы тока, предназначенные для работы в сильных магнитных полях, часто экранируются от магнитных полей (что снижает стоимость) или заменяются так называемыми «устойчивыми к постоянному току трансформаторами тока», что значительно увеличивает стоимость и влияет на точность фазы по току и температуре.
Таблица 1. Отображение тока с трансформатором тока под воздействием магнитного поля постоянного тока
Ток (А) Дисплей без магнитного поля (A) Дисплей с постоянным магнитным полем (A) Ошибка отображения
200 199,7 80 -60%
100 99,8 25 -75%
50 49,9 49,8 -0.2%
10 9,99 9,99 0%
Некоторые основы магнетизма
В электротехнике мы думаем о напряжениях, которые управляют токами через резисторы по замкнутому пути. Аналогию с этой картиной можно установить при рассмотрении магнитных полей: здесь магнит (или катушка с протекающим электрическим током) заменяет напряжение; свободный воздух или магнитные материалы заменяют дискретные резисторы; а индукция эквивалентна электрическому току.Силовые линии магнитного поля исходят от полюса магнита, проникают через открытый воздух или магнитные материалы и, наконец, возвращаются к противоположному полюсу. Таблица 2 показывает некоторые магнитные свойства и их физические единицы.
Таблица 2. Магнитные / электрические элементы и их свойства в сравнении
Магнитный элемент или свойство Символ Физическое устройство Описание
Стержневой магнит – – Источник постоянного магнитного поля
Напряженность поля H А / м Величина поля, создаваемого магнитом или током
Относительная проницаемость мкм _r против Проводимость магнитного потока по сравнению с проницаемостью вакуума (µ ₀)
Флюс Φ против Эквивалент тока в электрическом поле
Remanence B Т «Сила» магнита постоянного тока
Индукция, плотность потока B Т B = Φ / A (поток на площадь)
Для постоянного магнита силовые линии больше всего сосредоточены вокруг полюсов, и напряженность поля уменьшается с увеличением расстояния (r) от полюсов.В относительной близости напряженность поля будет уменьшаться со скоростью от 1 / r² до 1 / r³.
В вакууме или воздухе индукция (B) пропорциональна напряженности поля:
B = µ ₀ × H
Внутри магнитного материала индукция зависит от относительной проницаемости материала и напряженности поля:
B = µ ₀ × µ _r × H
В этом уравнении µ _r сильно нелинейно. µ _r зависит от напряженности магнитного поля (H), материала, температуры и других факторов.Для типичных материалов магнитного экранирования µ _r может находиться в диапазоне 80 000 в линейном диапазоне. При высокой напряженности приложенного поля B больше не будет увеличиваться, и произойдет насыщение.
Постоянные магниты обычно характеризуются размерами, остаточной намагниченностью, коэрцитивным полем и магнитной проницаемостью. Характеристики типичного небольшого редкоземельного магнита перечислены в Таблица 3 .
Таблица 3. Характеристики малого редкоземельного магнита
Имущество Физическое устройство Величина Описание
Размеры мм 40 × 18 × 12 Геометрические размеры
Remanence Т 1.35 –
Коэрцитивное поле А / м 1 × 10 ⁶ –
Проницаемость отдачи – 1,05 Проницаемость по сравнению со свободным пространством
Магнитные свойства типичной измерительной системы на основе 71M6541 / 71M6542 / 71M6543
Корпус счетчика
Счетчики электроэнергии обычно заключены в пластиковые корпуса, которые легко проникают магнитными полями.Для всех практических целей, касающихся магнитных эффектов, измерители вообще не имеют корпусов.
В правильно спроектированном измерителе чувствительные импульсные трансформаторы должны быть расположены как можно дальше от сторон корпуса.
Импульсные трансформаторы
Для стандартных приложений, например, в благоприятных магнитных средах, Maxim рекомендует использовать импульсные трансформаторы на ферритовых сердечниках вместе с интерфейсами удаленных датчиков 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 и 71M6601 / 71M6103 / 71M6113.Эти трансформаторы имеют свойства, перечисленные в Таблица 4 . Для получения данных производителя и номеров деталей обратитесь к представителю компании Maxim FAE или к продавцу.
Таблица 4. Магнитные свойства типичного импульсного трансформатора
Имущество Физическое устройство Значение Комментарий
Тип сердечника – Тороид –
Размеры сердечника (OD) мм 4.8 Наружный диаметр
Размеры сердечника (ID) мм 2,3 Толщина тороида 1,27 мм
Начальная проницаемость – 2700 При плотности потока 0 мТл и комнатной температуре
Максимальная проницаемость – 4400 При комнатной температуре и плотности потока 200 мТл
Плотность потока насыщения мТ 470 При комнатной температуре
Мы можем основать некоторые расчеты на типичном импульсном трансформаторе на основе материала ферритового сердечника (как описано в Таблице 4).Плотность потока насыщения для этого трансформатора составляет 470 мТл. Сигнальный ток, протекающий через обмотки, будет создавать плотность потока, которая должна быть намного ниже, чем плотность потока насыщения, так что некоторая плотность потока может быть добавлена магнитным полем, не вызывая насыщения.
Чтобы вычислить плотность потока, связанную с цифровым сигналом, мы сначала вычисляем напряженность поля, которая задается для сердечника тороида по формуле:
H = (i × N) / (2 × π × r)
N – количество первичных обмоток, i – ток, подаваемый 71M6541 / 71M6542 / 71M6543 / 71M6545, а r – радиус тора.Используя i = 12 мА, N = 13 и r = 0,0024 м, мы определяем H равным 10,35 А / м.
Кривая намагничивания материала сердечника затем может использоваться для оценки плотности потока, соответствующей напряженности поля (см. , рисунок 1, ). Плотность потока, соответствующая 10,35 А, составляет 170 мТл, что означает, что у нас есть теоретический бюджет 470 мТл – 170 мТл = 300 мТл для потока, генерируемого внешним магнитом до достижения насыщения.

Рис. 1. Кривая намагничивания материала сердечника.
Прочие магнитные компоненты
При разработке измерителя магнитного сопротивления мы не должны упускать из виду тот факт, что измеритель может содержать несколько других компонентов, чувствительных к магнитным полям. Примеры таких компонентов:
Трансформаторы питания и / или дроссели
Ферриты, используемые для защиты от электромагнитных помех
Трансформаторы, используемые в схемах ПЛК
Трансформаторы, используемые в цепях изоляции
Меры против магнитного вмешательства
Разработчику счетчика доступны различные меры для борьбы с магнитными помехами.Меры перечислены ниже в порядке затрат и усилий:
Регистрация событий
Стратегическое размещение компонентов, чувствительных к магнитным полям
Магнитное экранирование
Использование трансформаторов с альтернативными (высоконасыщенными) материалами сердечника
Эти меры будут обсуждаться в следующих разделах.
Регистрация событий
Первая линия защиты от насыщения трансформатора из-за магнитных полей может быть такой же простой, как регистрация событий.³ Магнитное событие может привести к действиям, которые могут варьироваться от юридических мер против нарушителя до отключения нагрузки (с помощью выключателя) или наказания клиента максимальными тарифами.
Для обнаружения постоянного магнита можно использовать различные методы. В измерительной промышленности используются следующие методы:
Герконовые реле : Эти крошечные реле имеют ферромагнитные контакты, которые замыкаются при приложении магнитного поля.Контакты обычно подключаются к контактам ввода / вывода микросхемы счетчика.
Датчики на эффекте Холла : Эти аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, пропорциональное приложенному магнитному полю. Выход датчика Холла обычно направляется на вход АЦП или компаратора ИС измерителя.
Демонстрационный код доступен для демонстрационных плат 71M6543F-DB и 71M6541F-DB, который обрабатывает провалы напряжения питания, связанные с насыщением трансформатора, и регистрирует событие тампера. Код проводит различие между потерей реальной мощности и потерей мощности, вызванной вмешательством, следующим образом:
Потеря мощности сети связана с сигналом проседания от CE.
Потеря питания платы, вызванная событием магнитного тампера, не связана с событием провисания. Код на короткое время выполнится в режиме пониженного энергопотребления и включит пульты дистанционного управления при возврате в режим миссии. Если ситуация с магнитным тампером все еще существует, это приведет к установке бита 0 в регистре VSTAT [2: 0], и MPU записывает это как событие тампера.
Размещение компонентов, чувствительных к магнитным полям
Если для измерителя используется проверка приближения, что характерно для наиболее тяжелых магнитных приложений, имеет смысл расположить магниточувствительные компоненты, т.е.т.е. трансформаторы питания и дроссели, а также импульсные трансформаторы как можно дальше от доступных поверхностей счетчика.
Ранее было сказано, что в относительной близости напряженность поля магнита будет уменьшаться со скоростью, пропорциональной от 1 / r² до 1 / r³. Из этого можно сделать вывод, что поле будет меньше 1/4 на расстоянии 2 см по сравнению с расстоянием 1 см от магнита. Это соображение делает размещение основной линией защиты, когда одной регистрации событий недостаточно.
Еще одно соображение – ориентация трансформаторов. Тороидальные трансформаторы имеют тенденцию быть более восприимчивыми, если отверстие тороидального сердечника обращено к источнику магнитного поля. На рис. 2 показаны две разные ориентации сердечника. Ориентация, показанная слева, менее восприимчива к магнитному полю от магнита выше.

Рис. 2. Ориентация ферритового сердечника: вертикальная (слева), горизонтальная (справа).
Экранирование
Если требования к счетчику выходят за рамки регистрации событий, а варианты геометрического расположения импульсного трансформатора (-ов) вдали от сторон корпуса счетчика ограничены, для уменьшения магнитного поля можно использовать экранирование.Чтобы сэкономить экранирующий материал, можно расположить трансформаторы в плотном кластере, который затем окружен экраном.
Идея магнитного экранирования заключается в том, что при заданной напряженности поля плотность потока будет максимальной в высокопроницаемом материале. Защитный материал будет «впитывать» флюс (как губка, впитывающая воду), отводя его от чувствительных компонентов. Однако при достижении определенной напряженности поля экран насыщается и больше не несет плотности потока, пропорциональной приложенному полю.Важно знать проницаемость и другие магнитные свойства компонентов, которые должны быть экранированы. Как и экранирующий материал, эти компоненты будут концентрировать магнитный поток, поскольку их проницаемость обычно больше, чем проницаемость свободного пространства.
Доброкачественные магнитные поля можно эффективно экранировать с помощью мю-металла, материала с высокой относительной проницаемостью (обычно от 70 000 до 80 000). Такие материалы доступны в виде фольги или клейкой пленки от различных производителей (ссылки на производителей см. В разделе «Инструменты и ресурсы»).Эти пленки легко режутся и сгибаются в желаемую форму для лабораторных испытаний. Как только будет найдено хорошее решение для защиты, можно использовать фиксированный штампованный или механически обработанный щит в форме банки или коробки.
Экспериментируя с магнитными экранами, полезно соблюдать несколько правил, например:
Щиты лучше всего работают, когда углы не острые, а плавно загнутые.
При формировании конструкции из фольги должно быть значительное перекрытие на стыке двух концов.
Двойные или тройные экраны с тонкими промежутками между ними работают лучше, чем твердый материал двойной или тройной толщины. Для разделения слоев щита можно использовать бумагу или полиэтиленовую пленку.
Эффективность экранирования ограничена, особенно когда задействованы сильные магниты. На практике экранирующие материалы с высокой проницаемостью имеют тенденцию к раннему насыщению и, следовательно, теряют свои защитные свойства. Для защиты от сильных магнитов следует использовать мягкую сталь или другие материалы.Однако эффективное экранирование возможно только при использовании больших объемов материала, что делает счетчик тяжелым и дорогим.
Использование альтернативных основных материалов
Типичные импульсные трансформаторы на основе ферритового материала имеют насыщение от 450 до 500 мТл. Эти трансформаторы предлагают хорошее решение в благоприятных магнитных средах, когда можно использовать регистрацию событий или когда размещение и / или экранирование трансформатора дает хорошие результаты.
Не все сценарии магнитного поля могут быть выполнены с этим типом трансформатора.Когда используются большие и мощные магниты постоянного тока, иногда единственным решением является использование импульсных трансформаторов с более высоким потоком насыщения. Компания Maxim сотрудничает с производителями трансформаторов, чтобы определить подходящие материалы сердечника, обеспечивающие хорошее сочетание электрических свойств, магнитного сопротивления и экономичности.
После интенсивных испытаний предпочтение было отдано двум основным материалам:
Компания Maxim сотрудничает с производителем магнитов, который может предоставить образцы трансформаторов с сердечниками Hi-Flux.Для получения данных производителя, номеров деталей и наличия деталей обращайтесь к Maxim FAE или к продавцу.
Некоторые результаты испытаний представлены в разделе «Испытания альтернативных магнитных материалов».
Моделирование экранирования
Моделирование экранирования было выполнено с помощью инструмента моделирования Vizimag 2-D. Для этого моделирования были приняты экранирующие пластины толщиной 1 мм и µ _r, равными 80 000.
Нет щита
Без какого-либо экранирования (см. , рис. 3, ) силовые линии проникают в печатную плату, как воздух, и создают плотность потока 92 мТл в центре и 75 мТл в точке на расстоянии 15 мм от центра.

Рисунок 3. Магнитное поле без экранирования.
Важно отметить, что результаты моделирования 92 мТл или 75 мТл будут , а не , как полученная плотность потока в трансформаторе, когда он будет введен в поле. Ферритовый сердечник будет иметь собственную магнитную проницаемость и поглощать силовые линии магнитного поля. Это приведет к гораздо более высокой плотности потока, чем то, что показывают модели для воздуха.
Плоский щит
Плоский экран немного снижает плотность потока.Использование плоской экранирующей пластины шириной 40 мм с µ _r = 80 000 и толщиной 1 мм снижает плотность потока с 40 мТл (в центре) до 57 мТл (15 мм от центра). Эффект экранирования можно оценить по расстоянию между силовыми линиями (см. , рисунок 4, ), которое примерно в два раза больше в этом моделировании по сравнению с моделированием на рисунке 3.

Рисунок 4. Магнитное поле с плоским экраном.
Перемещение экрана вверх и вниз не приводит к значительному изменению плотности потока на поверхности печатной платы.Интересно, что толщина экрана оказывает незначительное влияние на плотность потока.
U-образный щит
Смещение сторон экрана вниз для образования U-образной структуры (см. , рис. 5, ) снижает плотность потока до 25 мТл (центр) и 29 мТл (15 мм от центра). Силовые линии имеют тенденцию повторять структуру мю-металла и проникают в печатную плату только в двух местах.

Рис. 5. Магнитное поле с U-образным экраном.
Дальнейшее улучшение возможно за счет удлинения сторон U-образного экрана.На рис. 6 показано поле для U-образной конструкции с длиной стороны 12 мм. Силовые линии стремятся избежать полости под перевернутой буквой «U» и оставить структуру из мю-металла на самых концах удлиненных боковых панелей. Этот метод снижает плотность потока до 15 мТл (центр) и 12 мТл (15 мм от центра). По сравнению с неэкранированной конфигурацией теперь мы добились более чем шестикратного снижения плотности потока.
Обратите внимание, что теперь экран проникает в печатную плату, поэтому на печатной плате необходимо сделать прорези.
Затем результаты проверяются путем введения сердечников тороидального трансформатора с физическими свойствами, указанными выше, поскольку эффект экранирования в конечном итоге проявляется в виде пониженной плотности магнитного потока внутри сердечников (см. , рис. 7, ).

Рисунок 6. Магнитное поле с удлиненным U-образным экраном.
Моделирование показывает максимальные плотности потока в сердечниках, которые теперь достигают 2 мТл, что ниже предела насыщения. Для сравнения, плотность потока в сердечниках неэкранированной конфигурации (см. , рис. 8, ) достигает 200 мТл, что близко к максимальному потоку, который может быть добавлен на основе бюджета ошибок, установленного ранее.

Рис. 7. Магнитное поле с удлиненным U-образным экраном и сердечниками трансформатора.
Рисунок 8. Магнитное поле без экрана и сердечников трансформатора.
Закрытый щит
Лучших результатов экранирования можно достичь, закрыв защитную конструкцию со всех сторон. Это может оказаться непрактичным из-за соображений сборки и изоляции, но в крайних случаях это может быть единственным жизнеспособным решением для экранирования. Двухмерное моделирование показывает плотности потока ниже 1.6 мТл в сердечниках (см. Рисунок 9 ).

Рисунок 9. Магнитное поле с закрытым экраном и сердечниками трансформатора.
Ограничения моделирования
Простые инструменты моделирования, используемые для примеров, показанных выше, имеют ограничения, такие как:
Только 2-D: нет осведомленности о третьем измерении
Тороиды не могут быть точно представлены с точки зрения их ориентации. Как показано на графиках, оси тороидов перпендикулярны бумаге (ось Z).В правильном монтажном положении, то есть с трансформатором, припаянным к печатной плате, оси тороидов должны быть параллельны бумаге (ось Y).
Самое главное, что все экранирующие материалы пропитают вблизи сильного магнита и, следовательно, теряют свои экранирующие свойства.
Эти ограничения означают, что результаты не могут точно предсказать свойства реального экрана. Доступны более мощные инструменты трехмерного моделирования, которые следует использовать там, где требуется более высокая точность.
Кроме того, экранирование осложняется следующими соображениями:
Магнитные материалы токопроводящие.
На трансформаторах присутствует высокое напряжение.
Для экранирования предпочтительны трехмерные структуры.
Необходимо соблюдать зазоры и пути утечки.
Естественно, разработчик счетчика постарается держать металлические конструкции подальше от импульсных трансформаторов. Это ограничивает применение экранов областями, удаленными от импульсных трансформаторов.Тот факт, что трансформаторы работают лучше всего, когда они размещены внутри трехмерных экранных структур, также означает, что физические структуры ограничены: они не могут проникать в печатные платы.
Тесты экранирования
Испытания экранирования на измерителе EHz
Тесты проводились с корпусом, очень похожим на тот, который указан для немецкого измерителя частоты EHz. Этот корпус имеет длину 135 мм, ширину 90 мм и глубину 80 мм. Небольшие размеры (см. , рис. 10, ) представляют собой проблему для разработчиков измерителя, поскольку любой магнитный компонент никогда не может быть размещен на расстоянии более 45 мм от внешней стороны корпуса.
Для испытания использовался стандартный магнит PTB, как указано в документах EHz: FNN Lastenheft EDL для немецкого измерителя EHz определяет поверхностную плотность потока 380 мТл, применяемую к одной из доступных поверхностей, когда измеритель установлен для работы (близость метод). В рекомендуемом методе испытаний используется магнит Nd2Fe14B 280/167 в соответствии с IEC 60404-8-1 с остаточной намагниченностью 1200 мТл (размер 75 мм x 50 мм x 25 мм), который наносится “поперечно”, т. Е. С поверхностью 75 мм x 50 мм непосредственно на корпус счетчика.Этот магнит можно приложить ко всем поверхностям, кроме дна, которое вставлено в приборную панель.

Рис. 10. Размеры корпуса EHz с возможным расположением трансформатора (ов).
На рис. 11 показан наихудший сценарий, когда магнит прикладывается сбоку к корпусу счетчика.

Рис. 11. Корпус EHz с магнитом PTB.
После облицовки четырех боковых стенок корпуса стальным щитком 0.При толщине 75 мм (, рис. 12, ) трансформатор (-ы) можно расположить в узкой зеленой зоне вдоль продольной оси (верхней стороной к боковой стенке корпуса). Трансформатор (ы) нужно было «закопать» на глубине> 48 мм от верха, чтобы избежать магнитных помех.
При применении двухслойного экрана толщиной 0,75 мм каждый, разделенного пластиковой пленкой 0,2 мм на внутренней стороне корпуса (, рис. 13, ), трансформатор (-ы) можно разместить в большей зеленой зоне (с верхней стороной, обращенной к боковая стенка ограждения).Опять же, трансформатор (-ы) пришлось «закопать» на глубине> 48 мм от верха. Этот вариант с двойным экраном значительно увеличивает вес счетчика, но стоимость материала невысока. Однако варианты размещения трансформатора ограничены и не оставляют много свободы проектировщику.

Рис. 12. Корпус EHz с одним экраном.
Рис. 13. Корпус EHz с двойным экраном.
Испытания альтернативных магнитных материалов
Были испытаны образцы трансформаторов с сердечниками на основе MPP, Hi-Flux и Sendust, предоставленные производителем магнитов, который сотрудничает с Maxim.Предварительные испытания показали, что достижимые расстояния от магнита PTB могут быть уменьшены на 50% по сравнению с расстояниями, достигаемыми со стандартными ферритовыми сердечниками.
В качестве доказательства концепции трансформаторы с сердечником из трех материалов были установлены на демонстрационной плате 71M6543F-DB, а затем подвергнуты воздействию магнита PTB, который был установлен на переменном расстоянии от трансформаторов ( Рисунок 14 ), а также с вертикальным смещением. 0 мм или 10 мм. Были взяты линии нагрузки на различных расстояниях между трансформаторами.
Рис. 14. Тест счетчика с магнитом PTB.
Результаты хороши как для сердечников Hi-Flux, так и для сердечников MPP, даже когда испытательный магнит находится на расстоянии около 17 мм от трансформаторов (см. Рисунок 15, и Рисунок 16, ).
Для сравнения, типичные трансформаторы на ферритовой основе уже насыщаются, когда магнит PTB находится на расстоянии 40 мм.

Рис. 15. Линия нагрузки Wh для сердечника MPP с магнитом PTB.
Рис. 16. Линия нагрузки Wh для сердечника Hi-Flux с магнитом PTB.
Инструменты и ресурсы
Импульсные трансформаторы
Инструменты моделирования
Некоторые инструменты двухмерного моделирования доступны недорого или бесплатно:
Инструмент трехмерного моделирования:
Мю-металл и экраны
Образцы мю-металлической фольги и инженерные комплекты доступны из различных источников. Типичные инженерные комплекты содержат фольгу из мю-металла, покрытую клеем. Ниже перечислены несколько источников:
Источники для штампованных жестяных банок:
Тестовые магниты
Ниже перечислены производители одного специализированного оборудования:
Список литературы
В качестве примера см.

Деталь No.	ALT3232M-151-T001	ALT4532M-171-T001	ALT4532M-201-T001
Индуктивность ^{* 1}	150uH мин.	170uH мин.	200uH мин.
Вносимая потеря ^{* 2}	2,5 дБ макс.	2,5 дБ макс.	1,5 дБ макс.
Внутриобмоточная емкость	25 пФ макс.	35 пФ макс.
Температурный диапазон использования	от -40 до 85 ° C
Форм-фактор	3,2 x 3,2 мм	4,5 x 3,2 мм
Толщина	2,9 мм макс.	2,2 мм макс.	2,9 мм макс.

Таблица 1. Отображение тока с трансформатором тока под воздействием магнитного поля постоянного тока
Ток (А)	Дисплей без магнитного поля (A)	Дисплей с постоянным магнитным полем (A)	Ошибка отображения
200	199,7	80	-60%
100	99,8	25	-75%
50	49,9	49,8	-0.2%
10	9,99	9,99	0%

Таблица 2. Магнитные / электрические элементы и их свойства в сравнении
Магнитный элемент или свойство	Символ	Физическое устройство	Описание
Стержневой магнит	–	–	Источник постоянного магнитного поля
Напряженность поля	H	А / м	Величина поля, создаваемого магнитом или током
Относительная проницаемость	мкм _r	против	Проводимость магнитного потока по сравнению с проницаемостью вакуума (µ ₀)
Флюс	Φ	против	Эквивалент тока в электрическом поле
Remanence	B	Т	«Сила» магнита постоянного тока
Индукция, плотность потока	B	Т	B = Φ / A (поток на площадь)

Таблица 3. Характеристики малого редкоземельного магнита
Имущество	Физическое устройство	Величина	Описание
Размеры	мм	40 × 18 × 12	Геометрические размеры
Remanence	Т	1.35	–
Коэрцитивное поле	А / м	1 × 10 ⁶	–
Проницаемость отдачи	–	1,05	Проницаемость по сравнению со свободным пространством

Таблица 4. Магнитные свойства типичного импульсного трансформатора
Имущество	Физическое устройство	Значение	Комментарий
Тип сердечника	–	Тороид	–
Размеры сердечника (OD)	мм	4.8	Наружный диаметр
Размеры сердечника (ID)	мм	2,3	Толщина тороида 1,27 мм
Начальная проницаемость	–	2700	При плотности потока 0 мТл и комнатной температуре
Максимальная проницаемость	–	4400	При комнатной температуре и плотности потока 200 мТл
Плотность потока насыщения	мТ	470	При комнатной температуре