Почему трансформатор не работает на постоянном токе
Обновлено: 29.04.2024
Почему трансформаторы не работают в цепях постоянного тока?
Трансформаторы требуют изменения тока для создания изменяющегося электромагнитного поля, которое заставляет их работать так, как они делают. В цепях постоянного тока изменений нет, поэтому трансформатор не может создать поле и передать энергию.
Почему трансформатор с двойной катушкой не работает на чистом источнике постоянного напряжения?
Согласно Закону Фарадея только в случае изменения флюсовой связи проводника, ток индуцируется между взаимными индукторами. Теперь DC индуцирует постоянный постоянный поток в сердечнике трансформатора, следовательно, во вторичной катушке. Таким образом, постоянный поток не может индуцировать ток во вторичном. SUBHRA JYOTI SAHA
Почему вы не можете преобразовать DC?
Трансформатор работает по принципу электромагнитной индукции ..
Если поток, генерируемый в первичной обмотке, непрерывно изменяется, и он также связывается со вторичной обмоткой, тогда напряжение будет индуцироваться во вторичной обмотке.
При подаче переменного тока мгновенное значение подачи непрерывно изменяется, чтобы следовать за синхронной волной на частоте питания (увеличение от нуля до максимального значения, затем сведение к нулю, затем к отрицательному максимуму, а затем обратно к нулю в каждом цикле). Это создает непрерывно изменяющийся поток в первичной обмотке, который соединяется со вторичной обмоткой трансформатора, тем самым вызывая в нем напряжение.
Однако в DC мгновенное значение напряжения питания остается постоянным, никаких изменений вообще не происходит. Таким образом, он не может производить непрерывно изменяющийся поток и, следовательно, не может вызвать напряжение во вторичной обмотке. Следовательно, DC не может быть преобразован.
Почему трансформатор может происходить в цепи постоянного тока?
Почему трансформатор не работает на источнике постоянного тока?
Давайте сначала посмотрим на трансформатор. Трансформаторы представляют собой, по существу, две катушки, которые обертываются (наматываются) вокруг общего сердечника. Первичный источник питания с изменяющимся напряжением. Это развивает меняющееся магнитное поле в ядре. И это изменяющееся магнитное поле в ядре «размахивает» вторичные обмотки и генерирует напряжение в этих вторичных обмотках. Изменения в первичном из-за меняющегося напряжения индуктивно связаны во вторичной обмотке для генерации напряжения там.
Общий ответ на вопрос, почему трансформатор не работает на источнике постоянного тока, состоит в том, что постоянное напряжение не «меняет» и вызывает изменения магнитного поля в сердечнике и, следовательно, вызывает изменения напряжения во вторичных обмотках , Когда мы «включаем» постоянный ток (постоянный ток), в ядре будет построено поле, оно будет подметать вторичные обмотки и выдавать «импульс» по мере создания поля. Но тогда вторичное напряжение упадет до нуля после импульса. Это связано с тем, что вокруг вторичных обмоток существует статическое магнитное поле, а статическое поле не будет подметать обмотки и не создавать напряжение. Вторичного напряжения не будет.
В трансформаторе можно генерировать импульсы напряжения, пульсируя постоянное напряжение, подаваемое на первичный. Таким образом работает катушка зажигания в автомобиле. Питание 12 вольт подается на катушку, чтобы генерировать высокое напряжение для зажигания свечей зажигания. Возможно, трансформатор работает на DC. Но, в общем, трансформаторам требуется динамически изменяющееся напряжение, подаваемое на них, чтобы вызвать изменение магнитного поля в ядре. Это изменяющееся магнитное поле будет подметать вторичные обмотки и генерировать изменяющееся напряжение там. AC (переменный ток) отлично работает для этого приложения, и мы используем эту идею в электрических сетях по всему миру.
почему трансформаторы не работают от сети постоянного тока
Потому что закон электромагнитной индукции говорит нам, что эдс наводится ИЗМЕНЕНИЕМ магнитного потока. Если то постоянный, то создаваемый им магнитный поток не меняется, а значит - не наводит эдс во второичной обмотке.
При приложении к первичной обмотке постоянного напряжения в катушке возникает линейно нарастающее магнитное поле, тут всё нормально. Проблема в том, что это магнитное поле будет линейно нарастать всё то время, которое будет к катушке приложено это постоянное напряжение. И скоро магнитное поле будет очень большим. Вот здесь и возникают проблемы. Если в трансформаторе есть магнитный сердечник, как это почти всегда бывает, этот сердечник через некоторое время войдёт в насыщение и его магнитные свойства упадут в сотни раз. Вторая проблема в том, что даже и без магнитного сердечника, это изменяющееся магнитное поле будет вызвать протекание такого же линейно нарастающего тока через первичную обмотку, который во вторичную обмотку трансформироваться не будет, а будет просто греть провод первичной обмотки. Например, если первичная обмотка имеет индуктивность 1 Генри и к обмотке приложено напряжение 100 вольт, то через 1 секунду через обмотку будет протекать ток в 100 Ампер. Этот ток должен обеспечить источник напряжения, во вторичку он трансформироваться не будет, а чтобы провод не расплавился, придётся обеспечить сечение провода обмотки не менее двадцати квадратных миллиметров. Вот именно поэтому приходится использовать трансформатор либо для передачи относительно коротких импульсов (импульсные трансформаторы) , либо для передачи знакопеременного напряжения.
Как же все таки работает трансформатор? Или немного о мифах и парадоксах.
Если кратко, автор той статьи утверждал, что магнитный поток не принимает участия в передаче энергии через трансформатор, поскольку теория говорит, что он постоянен. Общий магнитный поток в трансформаторе, идеальном, действительно не зависит от тока нагрузки. В реальном трансформаторе общий магнитный поток имеет некоторую зависимость от тока нагрузки. Поэтому говорят, что он почти не зависит. Тем не менее, магнитный поток принимает самое непосредственного участие в работе трансформатора.
О том, как работает трансформатор, написано много статей. Но чаще всего трансформатор описывается с точки зрения электротехники. Я же опишу его работу с точки зрения и электротехники, и физики. Начнем с самого начала, хоть оно и кажется элементарным.
Электрический ток в направленное движение заряженных частиц. Это могут быть, например, электроны или ионы. А движение заряженных частиц порождает магнитное поле. Магнитное поле характеризуется двумя величинами, вектором напряженности магнитного поля Н и вектором магнитной индукции В. Эти величины связаны между собой
J это магнитный момент, или вектор намагниченности среды в данной точке Мы не будем принимать во внимание какие либо внешние магнитные поля и эффекты, поэтому J=0. μ это относительная магнитная проницаемость среды, а μ0 это магнитная постоянная. Для вакуума μ=1. Если μ не зависит от напряженности магнитного поля, то такую среду называют изотропной. Мы будем рассматривать именно такую среду, а про анизотропность поговорим позднее. Число в скобках это номер формулы, что бы было удобнее ссылаться на них в тексте.
Теперь переходим к рассмотрению катушки с током. Начнем с одного витка, или контура. Текущий по контуру ϒ электрический ток создает в каждой точке пространства r0 магнитное поле с индукцией (для вакуума)
Это закон Био-Савара-Лапласа. Здесь r это положение точек самого контура. Для примера, магнитная индукция поля катушки, длина которой намного больше ее диаметра, намотанная проводом, диаметр которого много меньше диаметра катушки, через которую течет постоянный ток хорошо известна и вовсе не столь устрашающая (с учетом магнитной проницаемости среды)
Обратите внимание на те условия, для которых эта формула применима. Именно эти ограничения позволяют формуле быть такой простой. Теперь введем понятие магнитного потока Ф, который является потоком вектора индукции В через через поверхность S.
При изменении магнитного потока, пронизывающего какой либо контур, в контуре наводится ЭДС. Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления контура ψ
Потокосцепление равно алгебраической сумме всех пронизывающих контур потоков. Если все витки обмотки w пронизываются потоком Ф, то ψ=wФ. Нужно отметить, что ψ это полное (результирующее) потокосцепление контура (обмотки). Оно создается не только внешним, по отношению к данному контуру потоком, но и собственным потоком пронизывающим контур при протекании по нему электрического тока.
Наведение ЭДС в контуре при изменении тока протекающего через этот контур называют самоиндукцией. Наведенную ЭДС называют ЭДС самоиндукции.
Формулу (4), с учетом того, что поверхность S у нас не изменяется, и заменив поток на потокосцепление, можно выразить как ψ=Li. Здесь L это коэффициент пропорциональности между ψ и i, который называют индуктивностью. Подставив это в формулу (5) получим
Следовательно, ЭДС самоиндукции в катушке пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке. Если ток не меняется, то ЭДС самоиндукции равна 0. Минус означает, что ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в катушке.
Теперь возьмем вторую катушку и расположим ее так, что бы их магнитные потоки частично пересекались. Такие катушки называются магнитно связанными. Теперь у нас изменяющийся магнитный поток первой катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС во второй. А изменяющийся магнитный поток второй катушки, при изменении тока в ней, будет наводить ЭДС в первой. Наведение ЭДС в каком либо контуре при изменении тока в другом контуре называют взаимоиндукцией. А наведенную ЭДС называют ЭДС взаимоиндукции.
Поток Ф1, создаваемый током первой катушки, частично замыкается (Ф11) не проходя через вторую, частично проходит через нее (Ф12). При этом Ф1=Ф11+Ф12. Аналогично для потока второй катушки Ф2=Ф22+Ф21. Полное потокосцепление катушек будет
Если поток взаимоиндукции для катушки направлен согласно потоку самоиндукции, то в формулах (7) ставят знак плюс. При встречном направлении, знак минус. При этом ψ21 пропорционально току i2, а ψ12 пропорционально току i1.
Коэффициенты пропорциональности численно равны друг другу М12=М21=М. Коэффициент М называют взаимной индуктивностью катушек. Полная ЭДС, индуцируемая в катушках будет суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции.
Взаимная индуктивность М зависит только от взаимного расположения катушек, числа их витков, геометрических размеров и магнитной проницаемости среды.
Я назвал катушки магнитно связанными. Введем понятие коэффициента связи k
Коэффициент связи равен 1 только в том случае, когда весь поток создаваемый первой катушкой, сцепляется со второй, и наоборот.
Собственно говоря, две магнитно связанные катушки это и есть трансформатор. И мы получили все формулы, которые описывают его работу. А теперь рассмотрим частный случай использования трансформатора для передачи энергии из первичной цепи во вторичную. Да, это именно частный случай, но, обычно, трансформатор так и используется.
Мы рассматривали две катушки без сердечника, это так называемый воздушный трансформатор. Но большинство трансформаторов имеют сердечник. Мы, для упрощения, будем рассматривать сердечник магнитная проницаемость которого не зависит от напряженности магнитного поля. Фактически, в нашем случае, сердечник просто концентрирует магнитное поле внутри себя позволяя считать коэффициент связи, формула (10), равным 1.
К первой катушке, называемой первичной обмоткой, прикладывается напряжение u1, а вторичная обмотка (вторая катушка) подключается к нагрузке Z2 с, в общем случае, комплексным сопротивлением. Работа трансформатора описывается уже знакомыми нам формулами (9). При этом обмотки (катушки) включены встречно, то есть, в формулах будет стоять знак минус. Кроме того, вспомним второй закон Кирхгофа. Получим систему уравнений описывающих работу трансформатора
Приложенное к первичной обмотке напряжение вызывает в ней протекание тока i1, который вызывает сцепленный с ней поток Ф1 Этот поток индуцирует в ней ЭДС самоиндукции, а во вторичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. ЭДС взаимоиндукции вторичной вызывает протекание в ней тока нагрузки i2. Протекающий по вторичной обмотке ток вызывает сцепленный с ней поток Ф2, который наводит в ней ЭДС самоиндукции, а в первичной обмотке ЭДС взаимоиндукции. Уравнения (11) отражают именно это. Суммарная ЭДС в каждой обмотке является алгебраической суммой ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции. То есть именно так, как мы ранее и видели. Однако, вместо двух потоков, Ф1 и Ф2, мы можем рассматривать суммарный поток, или общий, магнитный поток Ф равный алгебраической сумме потоков Ф1 и Ф2. С учетом их встречного направления Ф=Ф1-Ф2.
В трансформаторе работающем в установившемся режиме под нагрузкой ЭДС в обмотках индуцируются именно этим общим потоком.
Теперь посмотрим, что будет, если у нас изменится сопротивление нагрузки, например, уменьшится. При этом у нас увеличится ток i2, что вызовет увеличение магнитного потока Ф2 сцепленного с вторичной обмоткой. Это вызовет увеличение ЭДС взаимоиндукции для первичной обмотки, что приведет к увеличению тока i1 в первичной обмотке. Увеличение тока i1 в первичной обмотке вызовет увеличение сцепленного с ней потока Ф1. Если внимательно посмотреть на уравнения (11) и формулу (6), то будет видно, что увеличение потока Ф1 будет равно увеличению потока Ф2. То есть, общий поток у нас не изменится. Это одно из основных свойств трансформатора. Однако, обратите внимание, что не изменится именно общий, суммарный поток. Само изменение тока в цепи первичной обмотки было вызвано взаимоиндукцией, через изменение сцепленных с обмотками потоков. То есть, оба потока, и Ф1, и Ф2, увеличились, а вот их алгебраическая сумма осталась прежней. Нельзя считать, что общий поток это и есть сцепленный с каждой из обмоток поток, которые не меняются. Общий поток это лишь абстракция позволяющая описать установивший режим работы трансформатора, когда напряжение, подаваемое на первичную обмотку, когда неизменно сопротивление подключенной к вторичной обмотке нагрузки. То есть, только для случая постоянства протекающих по обмоткам токов. Это очень важный момент. И именно в этом допустил ошибку автор критикуемой мной статьи.
Чему же равен этот общий поток? Давайте рассмотрим работу трансформатора с не подключенной к вторичной обмотке нагрузке. Это называется режимом холостого хода. В этом случае вторичная обмотка не оказывает влияния на ток первичной обмотки, так как ток в ней отсутствует. Ток холостого хода первичной обмотки будет определяться формулой (6). Общий магнитный поток идеального трансформатора будет равен магнитному потоку холостого хода. И, для установившегося режима, не будет зависеть от тока нагрузки.
Многие даже и не знают, но трансформатор работает именно так!
Человек без инженерного образования, на вопрос о том, что такое электрическая сеть, сходу назовет несколько характерных ее составных частей, среди которых практически обязательно будет упомянут трансформатор. Если с проводами и розетками такой человек постоянно сталкивается дома, то о трансформаторе он знает по трансформаторной будке и по тому характерному гудению, которое раздается из-за закрытых дверей.
Так почему же этот компонент электрической сети так популярен и как он работает? Вторая часть вопроса далеко не лишняя т.к. трансформатор не имеет интуитивно понятных и привычных движущихся деталей.
Основные физические процессы в трансформаторе
В основе электрической сети любого назначение лежит использование электрической энергии для совершения механической работы (силовая электротехника) и передачи информации (электросвязь). Данная энергия может существовать в виде двух полей: электрического и магнитного.
Электрическое и магнитное поле тесно связаны между собой. Известно, что в металле имеется большое количество свободных электронов, которые определяют его высокую проводимость. Если металлический предмет провести через магнитное поле, что вместе с ним перемещаются электроны, что означает возникновения электрического тока. Важно при этом то, что данный процесс является обратимым, т.е. электрический ток создает вокруг проводника магнитное поле.
О трансформаторе импульсном замолвите слово
Несмотря не то, что не так давно проскакивали довольно неплохо написанные статьи о расчете трансформатора импульсного источника питания, я предложу вашему вниманию свою методику, и не просто голую методику, а максимально прозрачное описание принципов, в ней использующихся.
Картинок не будет, будет около 18 несложных формул и много текста. Всех желающих приобщиться прошу на борт.
Я хочу поведать вам о том, как расчитать такого хитрого зверя, как импульсный трансформатор обратноходового источника питания. Обратноходовик, или FlyBack — это, наверное, самая популярная топология импульсного преобразователя. По моему мнению, в ИИП есть два очень важных и тонких момента — это трансформатор и петля обратной связи. В данной статье я хочу показать один из возможных наборов несложных математических уравнений, решая которые мы можем получить данные вполне реального трансформатора для флайбэка.
В интернете, в различных авторских статьях, или в AppNotes различных производетелей, можно найти различные методики расчета, которые зачастую максимально «сжаты», так, что из формул совершенно не понятно, как они получается. Я хочу сделать упор не на точность, а на максимальную наглядность и прозрачность производимых расчетов, так чтобы вы поняли, «почему так».
Далее постараюсь писать кратко и емко, так, чтобы вы смогли сесть и посчитать сразу после прочтения статьи. Эпюры напряжений и токов в обратноходовом источнике рисовать не буду, считаю, что вы достаточно подготовлены для того, что бы такие термины, как «индуктивность рассеяния», «отраженное напряжение», «пиковое значение тока через силовой ключ», «размагничивание магнитопровода» вам понятны.
Итак, считать будем трансформатор обратноходового источника питания, без корректора коэфициента мощности, как наиболее распространенный, да и «расчётка» моя пока только под него заточена.
Отдельно сделаю примечание, что подразумевается т.н. квазирезонансный режим работы преобразователя, когда накачка энергии в трансформатор начинается сразу после полного размагничивания магнитопровода. Т.е. т.н. «коэффициент безразрывности тока» =1, т.е. как только вся энергия вытекла через вторичную обмотку(и рассеялась в снабберной цепи), сразу включаем ключ и накачиваем снова. Такой режим в последнее время очень популярен в обратноходовых источниках питания, т.к. позволяет чуток поднять КПД.
Заранее оговорюсь — нижеприведенная методика весьма груба, но она «железобетонно» работает, многократно проверена на реальных трансформаторах в реальных источниках питания.
Для начала скачайте расчетку, откройте, пробегитесь глазами. В нее уже «вбиты» значения для расчета трансформатора источника питания, с выходной мощностью 100Вт.
Расчетка: к сожалению, по какой-то неведомой мне причине, публичная ссылка не отображается.
Возможно публикация публичных ссылок противоречит правилам. Надеюсь на то, что модераторы услышат этот крик души и снизошлют на меня персональную настройку фильтра, а пока можете переписать в Эксель, или маткад, все нижеприводимые формулы и получить годный результат.
Итак, поехали. Для того, чтобы начать расчет нам потребуется задаться несколькими исходными параметрами (все они выделены зеленым цветом в расчетке), а именно:
1. Выходная мощность источника питания для которого делаем трансформатор (POUTmax).
2. Выходное напряжение источника (Uout)(1).
3. Выходное напряжение служебной обмотки (Ubias)(2).
4. Минимальное напряжение питающей сети (UACmin)(3).
5. Максимальное напряжение в сети (UACmax)(3).
6. Уровень пульсаций на фильтрующем конденсаторе сетевого выпрямителя (Urpl)(4).
7. Ожидаемый КПД трансформатора (берите 0,85 и не прогадаете) (ŋ).
8. Частота работы преобразователя (5).
9. Пиковое значение тока протекающего через ключ коммутирующий первичную обмотку (ILPRpeak) (6).
(1) Если выходные напряжения достаточно низкие- учитывайте прямое падение напряжения на диоде.
(2) В подавляющем большинстве конструкций источников питания, требуется третья обмотка, от которой будет питаться управляющая микросхема.
(3) Всегда берите с запасом, т.е. если указан диапазон 180-264, берите от 160 до 280.
(4) Этот параметр зачастую можно только угадать, берите 10% от постоянной составляющей на нем и не ошибетесь, по факту полученного рабочего прототипа «подрихтуете» расчет.
(5) Частота к преобразователях с ожиданием размагничивания сердечника- плавающая, берем «с потолка» такую, которую хотим получить при полной нагрузке.
(6) Я надеюсь вы в курсе, что форма тока треугольная, что коммутирует ключ, что такое ключ и т.п.
Итак, первая формула:
Начнем с определения индуктивности первичной обмотки, Lpr.
Для упрощения я выкину КПД, и множитель 1000, который нужен только для приведения результата к микроГенри от Генри, получится нижеследующее уравнение:
На первый взгляд совершенно непонятно как так получается. Давайте попробуем ее преобразовать. Перенеся множители справа-налево, получим.
Преобразуем правую часть, получим:
Итак, в левой части у нас энергия содержащаяся в индуктивности (учебник физики, если не понятно). В правой части имеем мощность которая расходуется за период работы преобразователя. Т.е. энергия запасенная в индуктивности первичной обмотки (на этапе накачки, от начала периода до размыкания ключа) равна мощности передаваемой в нагрузку за весь период T (от начала накачки, до полного исчерпания энергии в трансформаторе и начала нового импульса).
В установившемся режиме то, что закачали в трансформатор из сети, должно равняться тому, что слили в нагрузку. Т.е. все рассуждения предполагают, что наш источник уже работает, а не стартует.
Оставим-же пока эту формулу (1), мы потом воспользуемся ею в расчётке, я лишь хотел продемонстрировать как она так получается.
Теперь о параметрах. Присмотримся к формуле. Зафиксировав (выбрав на свое усмотрение) три из четырех неизвестных, мы можем получить значение четвертой.
Мощность (POUTmax), мы уже задали.
Частота, ее можно просто выбрать по своему желанию. Не мудрствуя лукаво тыкнем скажем 50кГц и не проиграем. Лезть за 150кГц не стоит, так как потери на переключение станут неоправданно высокими, да еще скинэффект, не нужно это нам во флайбэке.
Пиковое значение тока через первичную обмотку, и одновременно ключ- ILPRPeak, это параметр на нервах которого мы будем играть. Выбирая его значение ILPRPeak, мы изменяем Lpr, а вместе с ней еще много чего другого. В моей расчетке будем менять ILPRpeak и наблюдать за другими ячейками таблицы, в которых будут находится результаты других формул. Опять-же, ближе к реальности, для 100Вт источника можно задаться для начала ILPRpeak= 3…4A.
Просто попробуйте подставить в ячейку различные числа, и вы увидите, как изменятся другие производные параметры. В частности, выбирая пиковый ток «первички», мы смотрим на «отраженное» напряжение, и исходим из соображений наличествующих у нас ключей. Так же этот параметр влияет на пиковое значение тока «вторички», что тоже важно, ибо во флайбэках токи имеют форму прямоугольного треугольника, и пиковые значения в разы превышают действующие, т.е. если ток нагрузки 5А, то пиковое может быть и 50, ориентируйтесь на наличествующие диоды и потери в меди обмотки.
Тут упрощать нечего, думаю понятно, что мы получаем самое худшее значение постоянного напряжения, с учетом просадки на буферном конденсаторе, что стоит за сетевым выпрямителем, или за ККМ.
В формуле (3) мы вычисляем, сколько времени должен быть открыт ключ, чтоб ток в индуктивности, при приложении к ней нашего самого худшего UDCmin вырос от нуля до желаемого ILPRpeak.
Частотой мы задались ранее, период посчитали в (4). На 1000 умножаем потому, что желаемую частоту мы записали в кГц а не в 1000-х Герц.
Оставшаяся часть периода, которая будет посвящена передаче энергии в нагрузку, вычисляется по формуле (5).
Максимальный коэффициент заполнения для худшего напряжения в сети и максимальной просадки на фильтрующем конденсаторе вычисляем в (6).
«Отраженное» напряжение. Наш трансформатор, хоть и обратноходовый, но таки трансформатор, а значит коэффициент трансформации к нему так-же применим. Если на нашей вторичной обмотке во время протекания тока через выпрямительный диод, апряжение (например) 12.7В, то через соотношение количества витков это напряжение трансформируется в первичную обмотку (ведь магнитный поток «омывает» одновременно все обмотки).
Формула (7), немного хитрая, попробуем ее «раскрутить». Получим:
(7.1) Демонстрирует один очень важный момент, называемый в народе «равенство вольт*секундных интервалов». Возможно справедливость утверждения (7.1) не очевидна, или не сразу понятна, пока используем полученное с помощью (7) численное значение как есть, в его правомерности не сомневайтесь.
Надеюсь вы хорошо понимаете, что на обратном ходу, первичная обмотка, для постоянного напряжения, что на фильтрующем конденсаторе- просто кусок проволоки, т.е. если наш фильтрующий конденсатор все еще заряжен до 310В, то при разомкнутом силовом ключе, протекании тока через вторичную обмотку, постоянка попросту «проходит» через первичку и прикладывается к ключу, но вместе с ней, к ключу добавляется еще отраженное напряжение. И самое печальное, что оно суммируется с постоянкой. И это без учета выброса от индуктивности рассеяния, имейте это ввиду, в расчетке данное обстоятельство специально выделено красным шрифтом.
Тогда (8) показывает, какое напряжение будет приложено к силовому ключу на обратном ходу. Можно сразу прибавить к максимальному напряжению, на которое расчитан ключ, еще сверху вольт этак 200 и не ошибетесь. Макетирование покажет реальную амплитуду выброса напряжения порожденного индуктивностью рассеяния.
Теперь можем посчитать коэффициент трансформации трансформатора, например таким образом:
Я называю этот коэффициент трансформации «обратным», т.к. считается он задом наперед. Теперь классический коэффициент трансформации, который можно получить:
Далее посчитаем максимальное напряжение, которое будет приложено к выпрямительному диоду на прямом ходу преобразователя. Думаю вы хорошо понимаете, что оно будет складываться из напряжения на фильтрующем конденсаторе нагрузки, которое в рабочем режиме, можно считать постоянным, и трансформированного, через коэффициент трансформации, напряжения приложенного к первичной обмотке.
И не забываем, что выбросы от паразитных индуктивностей обмоток трансформатора, действуют и на диод в т.ч. Если речь идет о источниках с высокими выходными напряжениями, берите запас по напряжению минимум 200В. Для низковольтных, как минимум 1.5, и внимательно смотрите осциллографом на выпрямитель.
Из (12) получаем индуктивность вторичной обмотки трансформатора. Правило которое используется в формуле гласит, что «индуктивности обмоток трансформатора соотносятся как квадраты их витков», т.к. выражение можно представить как:
Далее посчитаем пиковый ток вторичной обмотки. Готовьтесь получить тут достаточно большие цифры, потому, что это «обратноход», и ток у него во «вторичке» — треугольный, и пиковое значение может быть ощутимо больше тока нагрузки.
Данная формула преобразуется точно также как и первая формула для ILPRpeak.
В (14) вычисляется действующее значение тока через вторичную обмотку трансформатора. Обяснить почему корень из (1-Q)/3 я не могу, вероятно это можно объяснить построив эпюры и прибегнув к геометрии. Тут же прикинем и действующее значение тока первичной обмотки.
Итак, индуктивности, токи, частоты посчитали. А как выбрать магнитопровод, спросите вы, как расчитать немагнитный зазор? Для начала мы его «прикинем», основываясь на своем жизненном опыте, а «загнав» его параметры в расчетку, поглядев посчитанную индукцию, можно выбрать другой магнитопровод. Вот захотелось мне источник мощностью 100Вт, с выходным напряжением 12В. Беру я «с потолка» магнитопровод типоразмера PQ2620.
Из его Datasheet выписываю Ae, предполагаемый зазор, и Коэффициент индуктивности для данного зазора (в даташитах Epcos, часто приводится таблица со стандартными зазорами для данного магнитопровода, и значениях Al и эквивалентной проницаемости). Если-же данных о коэфициенте Al для желаемого вами зазора, нет, придется его(зазор) изготовить, намотать пробные 100 витков, и посчитать по простой формуле Al=√(L/N^2), где L- измеренное значение индуктивности на сердечнике с пропиленным вами зазором, N — количество витков, что вы набросали(рекомендую мотать пробных 100 витков).
Объяснять что Такое Ae, G, и Al не буду, предполагая, что вы и сами знаете, зачем нужен зазор в магнитопроводе, и что такое Al. Также в расчетку можно вписать эквивалентную проницаемость сердечника с зазором, но она там не используется, чисто для красоты). В формуле (16) считаем необходимое количество витков.
Один из самых важных параметров для трансформатора- пиковое значение потока магнитной индукции.
Превышать значение 0,3 я категорически не рекомендую, а 0,4 это уже катастрофа. Так совпало, что данный магнитопровод вроде как вполне подходит под наши нужды. Индукция меньше 0,3Тл, так и хочется его заложить под наши нужды. К сожалению, расчетка не содержит формул для расчета заполненности окна магнитопровода медью, поэтому дать по ней окончательный вердикт — нельзя.
Если же индукция больше 0,3Тл, можем или выбрать более крупный магнитопровод, или увеличить зазор. Увеличив зазор мы получим уже другое значение Al и соотв. значение потока индукции.
Вообще, жизненный опыт показывает, что лучше не лезть в зазоры более 1.5мм., ибо им свойственны свои паразитные явления, такие как выпучивание линий магнитного поля, разогрев витков находящихся вблизи зазора, до температур, при которых им может настать «хана», короче от 0.2мм до 1.5мм. Меньше 0.2- температурное расширение материала может существенно изменить параметры трансформатора. Больше 1.5мм — написал выше.
Выбирая магнитопровод, а именно сравнивая различные модели, только по поперечному сечению керна (Ae), можно упустить из виду то, что длина магнитной линии тоже влияет на Al при том-же сечении, и зазоре.
Например магнитопровод PQ2620 имеет площадь сечения керна 122мм.кв, а ETD34 только 97мм.кв., но длины магнитных линий этих магнитопроводов различны, и через ETD34 можно так-же успешно прокачать 100Вт, как и через PQ2620. Я к тому, что берите и подставляйте в расчетку все феррриты, что находятся вблизи тех размеров, что, как вам кажется, могут прокачать желаемую мощность.
После расчета магнитной индукции в расчетке идет расчет количества витков вторичной обмотки и вспомогательной обмотки, на них специально останавливаться не буду, методология та-же, что и ранее.
Я надеюсь написанное выше будет вам полезно. Разработка ИИП это огромный пласт прикладной науки, и сия «расчетка» лишь маленький листик одного из талмудов, в котором собран весь опыт человечества, но она крайне полезна в прикладном плане, для разработки простеньких «флайбэков».
Моя «расчетка» (а на самом деле не моя, а унаследованная от идейного вдохновителя) довольно примитивный инструмент, поэтому я могу порекомендовать использовать сборник программ Владимира Денисенко, что легко находятся через поисковик. Тех, кто «рубит» в «силовой» теме, и имеет что сказать- вэлкам в коменты. Любая критика приветствуется!
Что непонятно — спрашивайте, я дополню статью более детальными объяснениями.
Где применяют трансформаторы для постоянного тока?
Суть существования трансформаторов такова, что они работают только на переменном токе. Поэтому можно утверждать, что нигде и никогда никто не использует трансформаторы постоянного тока.
Но есть условное название: "измерительный трансформатор постоянного тока":
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим комментировать в избранное ссылка отблагодарить simpl [102K] 4 года назад
Согласно принципу электромагнитной индукции трансформаторы работают только на переменном токе..
Есть понятие "трансформаторы постоянного тока", строго говоря это магнитный усилитель, преобразования сигнала постоянного тока происходит благодаря изменению намагниченности сердечника..
Просто говоря есть первичная обмотка, которой подводится переменное напряжение от специального источника синусоидального напряжения, есть обмотка управления, которая подмагничивает сердечник и есть вторичная обмотка, с которой снимается переменный сигнал, причём его величина обусловливается напряжением на первичной и подмагничивающией обмотках, если мы выпрямим и сгладим напряжение, полученное со вторичной обмотки, то выйдет, что изменяя сигнал постоянного тока на одной обмотке, мы получаем сигнал постоянного тока на вторичной обмотке.. Это объяснение оооочень упрощённое..
Есть ещё довольно распространённые сейчас преобразователи "постоянное напряжение - постоянное напряжение", но в них есть просто промежуточное преобразование постоянного напряжения в переменное, затем оно подаётся на трансформатор, затем снова выпрямляется.. Так работают импульсные источники питания (появились ещё в 1960-х годах)..
Так что "трансформатор постоянного тока" работает как и все трансформаторы на переменном токе, постоянный ток просто изменяет немного его параметры, что и лежит в его принципе работы.. Сделать трансформатор вообще без использования переменного тока не возможно!
"Трансформаторы постоянно тока" не могут передавать значительные мощности, они применяются как датчики постоянного напряжения или постоянного тока..
В последнее время появились токоизмерительные клещи, которые кроме переменного тока могут измерять и постоянные токи без разрыва цепи..
Читайте также: