Отличие дросселя от трансформатора: Внутрисхемное измерение параметров дросселей и трансформаторов в импульсных источниках питания

Содержание

Внутрисхемное измерение параметров дросселей и трансформаторов в импульсных источниках питания

Дроссели и трансформаторы являются сердцем импульсных источников питания. Обеспечение их нормальной работы требует проведения тщательных внутрисхемных измерений в рабочих условиях. В данной статье описано всё, что нужно для этого знать.

В импульсных источниках питания (ИИП) очень важную роль играют индуктивные компоненты, а именно дроссели и трансформаторы. В процессе проектирования ИИП приходится опираться на технические характеристики компонентов и их модели для симуляторов. Однако в реальных условиях паразитные сигналы, температура и другие внешние воздействующие факторы могут влиять на характеристики индуктивных компонентов, вследствие чего источник питания будет работать не так, как можно было предположить на основе технических характеристик и моделирования. В результате внутрисхемные измерения дросселей и трансформаторов в рабочих условиях играют определяющую роль в обеспечении надёжной работы ИИП.

Имея под рукой нужные приборы, такие измерения можно выполнить сравнительно быстро и легко. Но сначала давайте освежим в памяти основы работы дросселей и трансформаторов, особенно в отношении внутрисхемных измерений, а также познакомимся с применением осциллографов и пробников во время работы источника питания и узнаем, как измерять индуктивность и строить кривые B-H для оценки технических характеристик.

Принцип действия дросселей

Согласно законам Ленца и Фарадея, ток, протекающий через дроссель, и напряжение на ней связаны уравнением:

Отсюда следует, что индуктивность можно представить, как некий коэффициент преобразования скорости изменения тока в напряжение противоположного знака. Интегрируя, перегруппировывая и пренебрегая знаком, можно получить следующее уравнение для индуктивности:

Из этого уравнения следует, что индуктивность можно определить, как функцию, зависящую от изменения тока и напряжения во времени. Такое измерение во временной области лучше выполнять осциллографом, оснащенным пробником напряжения и пробником тока, а также способным выполнять интегрирование и строить графики зависимостей в координатах X и Y.

В отличие от идеального дросселя, индуктивность реального дросселя зависит от величины тока, температуры и рабочей частоты. В источнике питания эти параметры могут зависеть от режимов работы и меняться во времени.

Например, индуктивность тороидального дросселя, показанного на рисунке 1, можно приблизительно определить по формуле

где: µ - магнитная проницаемость сердечника, N – число витков обмотки, r – радиус сердечника в сантиметрах (измеренный до центральной пунктирной линии), A – площадь поперечного сечения сердечника в см2 (предполагается малой по сравнению с радиусом тороида).

Поскольку число витков входит в формулу в квадрате, оно даёт максимальный вклад в значение индуктивности. Магнитная проницаемость материала сердечника тоже играет значительную роль. Однако значение индуктивности зависит и от геометрических размеров компонента. Чтобы минимизировать размер дросселей, в них как правило используют материалы, магнитная проницаемость которых значительно превышает магнитную проницаемость воздуха.

Короче говоря, характеристики материала и геометрия сердечника сильно влияют на значение индуктивности в разных рабочих условиях, а также на потери мощности в устройстве.

Рисунок 1. Простейший дроссель – обмотка на замкнутом ферромагнитном сердечнике. Ток величиной I ампер протекает через обмотку из N витков. Индуктивность дросселя определяет связь между током, протекающим в обмотке, и магнитным потоком.

Измерение индуктивности

Для определения необходимых значений индуктивности разработчики источников питания используют обычно методы моделирования. После изготовления дросселя его индуктивность проверяют обычно с помощью измерителя RLC. Однако большинство измерителей RLC подаёт на измеряемый компонент синусоидальный сигнал в узком диапазоне частот, поэтому, хотя такой метод вполне пригоден для грубой оценки индуктивности, он плохо предсказывает характеристики дросселя в реальной схеме.

Индуктивность дросселя зависит от протекающего через него тока и напряжения, формы и частоты сигнала возбуждения, которые в реальных условиях могут меняться со временем. Поэтому важно измерять и наблюдать поведение дросселя непосредственно в динамически изменяющейся среде источника питания.

Такие измерения можно выполнить, регистрируя напряжение на устройстве, как правило, с помощью дифференциального пробника. Для измерения тока, протекающего через индуктивный компонент, обычно используется пробник тока. Для определения индуктивности, встроенная в осциллограф программа анализа мощности интегрирует напряжение по времени и делит результат на величину изменения тока. Кроме того, она устраняет постоянное смещение и использует усреднение для расчёта индуктивности.

Измеряя индуктивность трансформатора, важно отключить нагрузку от вторичной обмотки. Измерение первичной обмотки трансформатора без нагрузки эквивалентно измерению дросселя с одной обмоткой. При измерении индуктивности связанной катушки с несколькими обмотками на одном сердечнике, измеренное значение будет отличаться от реального из-за влияния тока, протекающего в других обмотках.

На рисунке 2 показано измерение, дающее среднее значение индуктивности в Генри. Жёлтая кривая (канал 1) представляет собой напряжение на дросселе, а синяя кривая (канал 2) – ток, протекающий через него. Левый график показывает зависимость тока i от ∫vdt, наклон которой равен индуктивности.

Рисунок 2. Среднее значение индуктивности в Генри

На рисунке 3 показана измеренная зависимость I от ∫V, которая позволяет глубже понять поведение индуктивности. Здесь наблюдается постоянное смещение, накапливающееся за миллисекундные периоды. Жёлтая кривая (канал 1) представляет собой напряжение на дросселе, а синяя кривая (канал 2) – ток, протекающий через него.

Рисунок 3. Измеренная зависимость I от ∫V позволяет глубже понять поведение дросселя.

Измерение кривой B-H

Индуктивные компоненты источника питания проектируются в расчёте на определенное напряжение, ток, топологию и конкретный тип силового преобразователя. Рабочие режимы дросселей и трансформаторов помогают достичь стабильности импульсного источника питания. Однако рабочие характеристики источника могут отличаться во время включения, во время стабильной работы, при изменении нагрузки и условий окружающей среды, что сильно усложняет учёт всех возможных сценариев в процессе проектирования.

Для обеспечения стабильности импульсного источника питания важно определить рабочую область индуктивного компонента. Как правило, нужно не допустить насыщения сердечника и обеспечить работу в линейной области кривой гистерезиса. Тем не менее, расчёт индуктивного компонента и обеспечение его работы в линейной области гистерезиса во всех условиях является очень сложной задачей.

Кривые B-H, аналогичные той, что показана на рисунке 4, помогают разработчикам визуализировать поведение дросселя и его сердечника. В данном примере H представляет собой напряжённость магнитного поля в устройстве. Она измеряется в амперах/метр и пропорциональна току:

Рисунок 4. Производитель сердечника может приводить кривую гистерезиса в технических характеристиках.

Результирующая магнитная индукция B пропорциональна интегралу от напряжения на устройстве. Магнитная индукция измеряется в теслах и характеризует силу магнитного поля. Она определяет силу воздействия магнитного поля на движущийся заряд.

Эта кривая позволяет оценить следующие важные характеристики:

  • Магнитная проницаемость µ. Измеряется в Гн/м. Является характеристикой материала сердечника и равна скорости, с которой напряжённость магнитного поля H (зависящая от тока) порождает магнитную индукцию B (интеграл от напряжения). Магнитная проницаемость равна наклону кривой B-H. Для создания компактных дросселей и трансформаторов разработчики используют материалы с большой магнитной проницаемостью.
  • Магнитная индукция насыщения. Точка, в которой дальнейший рост напряжённости магнитного поля H перестаёт порождать дополнительный рост магнитной индукции B. В большинстве источников питания разработчики должны избегать насыщения.
  • Параметры гистерезиса. Гистерезисом называется “ширина” кривой B-H, и он характеризует потери источника питания. Большинство разработчиков старается применять магнитомягкие материалы с малым значением остаточной намагниченности Br – магнитной индукции, которая остаётся в материале после снятия магнитного поля, и малой коэрцетивной силой c, равной значению H, необходимому для снижения магнитной индукции B до нуля.

Потенциальную стабильность можно определить по следующим признакам:

  • Если измеренная пиковая магнитная индукция приближается к магнитной индукции насыщения, определённой в технических характеристиках, это означает, что компонент приближается к точке насыщения.
  • Если кривые B-H меняются от периода к периоду, это свидетельствует о наличии насыщения. В стабильном источнике питания кривая B-H имеет симметричный обратный ход и сохраняет форму от периода к периоду.

Для внутрисхемного измерения напряжения на дросселе и тока, протекающего через его обмотку, можно использовать осциллограф. Зная число витков обмотки, магнитную длину устройства и площадь поперечного сечения сердечника, можно определить реальные значения B и H по формам напряжения и тока, измеренным с помощью осциллографа.

Для построения кривой B-H нужно измерить напряжение на индуктивном элементе и протекающий через него ток. В случае трансформатора, интерес представляют токи, протекающие через первичную и вторичную обмотки. Высоковольтный дифференциальный пробник подключается к дросселю или к первичной обмотке трансформатора.

Токовый пробник измеряет ток, протекающий через дроссель или первичную обмотку трансформатора. Кроме того, при необходимости токовые пробники используются для измерения токов, протекающих через вторичные обмотки.

На рисунке 5 показаны измерения трансформатора с несколькими вторичными обмотками. Кривая Ref 1 (белая) представляет собой напряжение на дросселе, а кривая Ref 2 (синяя) – протекающий ток. В данном случае показана математически рассчитанная форма тока (оранжевая), поскольку осциллограф был настроен на измерение нескольких вторичных обмоток.

Рисунок 5. Измерение характеристик трансформатора с несколькими вторичными обмотками.

Кривые B-H для трансформаторов

Для измерения характеристик трансформатора в рабочих условиях нужно учесть ток, переданный во вторичную обмотку. Измеряя кривую B-H трансформатора полезно учитывать теоретический элемент, называемый “индуктивностью намагничивания”.

Током намагничивания называется ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора при разомкнутой (ненагруженной) вторичной обмотке. Другими словами, ток намагничивания не порождает ток во вторичной обмотке. Как показано на рисунке 6, трансформаторы моделируются с током намагничивания, протекающим через “индуктивность намагничивания”, включенную параллельно первичной обмотке.

Рисунок 6. В схеме трансформатора (слева) и в эквивалентной схеме (справа) ток намагничивания протекает через индуктивность намагничивания LM, включенную параллельно первичной обмотке. LM моделирует магнитные характеристики трансформатора.

Анализ потерь

Потери в индуктивных компонентах дают существенный вклад в потери источника питания. Потери в сердечнике зависят от магнитных свойств материала и включают потери на гистерезис и потери на вихревые токи. Потери в меди связаны с сопротивлением обмоток, а также зависят от нагрузки, подключенной к вторичной обмотке трансформатора.

Для оценки потерь в сердечнике используются разные методы. Один из наиболее популярных методов использует эмпирическую формулу Штейнмеца, которая связывает потери в сердечнике с частотой и магнитной индукцией:

где k, a и b – константы, описывающие материал сердечника и обычно приведённые в техническом описании. Кроме того, в техническом описании могут приводиться приблизительные значения потерь на разных частотах и для различных значений магнитной индукции, но, как правило, эти значения даются для синусоидальных сигналов. Однако в реальных системах питания компоненты обычно возбуждаются несинусоидальными сигналами, что порождает погрешность подобных оценок.

Для вычисления полных магнитных потерь путём усреднения произведения кривых напряжения и тока (v(t) ∙ i(t)) можно использовать осциллографическое приложение. При использовании этого метода рассчитываются полные магнитные потери, включающие потери в меди и в сердечнике. Пример такого расчёта показан на рисунке 7, где измерение магнитных потерь даёт полные магнитные потери, включающие потери в меди и сердечнике. Потери в сердечнике могут быть приведены в документации производителя. В этом случае можно найти потери в меди, вычитая потери в сердечнике из полных магнитных потерь.

Рисунок 7. Пример измерения полных магнитных потерь.

Осциллографы могут рассчитывать магнитные потери дросселей с одной обмоткой, с несколькими обмотками и даже трансформаторов. Для измерения трансформатора с одной обмоткой дифференциальный пробник используется для измерения напряжения на первичной обмотке. Токовый пробник измеряет ток, протекающий через трансформатор. Затем программа измерения мощности может автоматически рассчитать магнитные потери.

Дроссели и трансформаторы являются сердцем импульсных источников питания и используются в фильтрах, повышающих/понижающих преобразователях, устройствах развязки, накопителях энергии и генераторах. Обеспечение их нормальной работы требует проведения тщательных внутрисхемных измерений в рабочих условиях. Как обсуждалось выше, современные осциллографы с прикладным ПО анализа мощности предлагают быстрые настройки и повышенный уровень воспроизводимости измерений.

Об авторе

Уилсон Ли (Wilson Lee) работает менеджером по техническому маркетингу в компании Tektronix. Более 25 лет он занимал руководящие должности в области технического маркетинга и технических продаж в таких производящих компаниях, как CTS Electronic Components, а также в компаниях-дистрибьюторах, таких как Richardson RFPD и Premier Farnell. Большей частью Уилсон работал в таких секторах рынка, как ВЧ/радиосвязь, промышленные системы питания и промышленная автоматизация.

Уилсон получил степень бакалавра в Корнеллском университете. В течение своей карьеры ему приходилось жить в Нью-Йорке, Чикаго и в Азии. В настоящее время он живёт в Портленде (штат Орегон).

Автотрансформаторы и дроссели насыщения

Автотрансформаторы. В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор вместо двух электрически изолированных обмоток имеет одну, разделенную на две части.

В понижающем автотрансформаторе (рис. 172) к первичной обмотке с числом витков и>дв = и>! подводится напряжение иг. Вторичной обмоткой является часть первичной с числом ВИТКОВ Ш2 = йУ.\Б.

В автотрансформаторе происходят те же процессы, что и в трансформаторе. Под действием синусоидального напряжения их в первичной обмотке возникает переменный ток 1г. Намагничивающая сила этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток, который наводит в обмотках э. д. с. Ех и Ег. Напряжение вторичной обмотки иг пропорционально числу витков и>2. В понижающем автотрансформаторе 10!, поэтому напряжение V 2 < Ч)л,

а ток 12 > 11. в широких пределах.

Рис. 173. Схема дросселя насыщения (о) и конструкция (б) и схема включения трехфазного дросселя насыщения

Трехфазный дроссель насыщения (рис. 173, б и в) состоит из шести замкнутых сердечников с обмотками. Обмотки переменного тока 1 и 2 включают в первую фазу, 3 и 4 - во вторую фазу, 5 и 6 - в третью фазу. Обмотка подмагничивания охватывает стержни всех сердечников и является общей для всех трех фаз цепи.

⇐Однофазный и трехфазный трансформаторы | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Трансформаторы железнодорожной автоматики и телемеханики⇒

Автотрансформаторы и дроссели насыщения

Автотрансформаторы. В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор вместо двух электрически изолированных обмоток имеет одну, разделенную на две части.

В понижающем автотрансформаторе (рис. 172) к первичной обмотке С ЧИСЛОМ ВИТКОВ К1 А В - подводится напряжение и1. Вторичной обмоткой является часть первичной С ЧИСЛОМ ВИТКОВ Ы>2 = КУдБ.

В автотрансформаторе происходят те же процессы, что и в трансформаторе. Под действием синусоидального напряжения ІІ1 в первичной обмотке возникает переменный ток /х. Намагничивающая сила этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток, который наводит в обмотках э. д. с. Е1 и Ег. Напряжение вторичной обмотки ІІ2 пропорционально числу витков ьу2. В понижающем автотрансформаторе ш2 < поэтому напряжение (/2 < (/,, а ток /2 > /,.

В обмотках нагруженного автотрансформатора по виткам ш2 протекают два тока: первичный /х и вторичный /2. Как и в обычном трансформаторе, эти токи сдвинуты на угол, равный 180°. Результирующий ток на участке А Б /аб = /2 - /], а ток второго участка обмотки /БВ - /1; причем /АБ < /ББ• Поэтому совмещенную часть обмотки, т. .

Намагничивающую силу выбирают так, чтобы при отсутствии тока подмагничивания крайние стержни дросселя находились в ре-

Рис 173. Схема дросселя насыщения (и) и конструкция (б) и схема включения трсхфалпого дросселя насыщения жиме насыщения. Поэтому при увеличении тока подмагничивания а следовательно, и потока Ф_ снижается переменный магнитный поток в сердечнике дросселя. В результате уменьшается индуктивность обмотки переменного тока /. п ее индуктивное сопротивление XI 2д/Т. Наоборот, при уменьшении тока подмагни чивания /_ индуктивное сопротивление Х[, обмотки переменного тока увеличивается. Таким образом, при изменении тока подмагничивания можно регулировать реактивное сопротивление дросселя насыщения X, в широких пределах.

Трехфазный дроссель насыщения (рис. 173, 6 и в) состоит из шести замкнутых сердечников с обмотками. Обмотки переменного тока 1 и 2 включают в первую фазу, 3 и 4 - во вторую фазу, д и 6 - в третью фазу. Обмотка подмагничивания охватывает стержни всех сердечников и является общей для всех трех фаз цепи.

⇐Однофазный и трехфазный трансформаторы | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Трансформаторы железнодорожной автоматики и телемеханики⇒

6. Трансформаторы и дроссели.

Трансофматором называют электромагнитное устройство для преобразованияосновных параметров электрической энергии в цепях переменного тока. Дросселибывают высокочастотные и низкочастотные . Дросселем называют устройство,которое служит для уменьшения пульсации, получающейся после выпрямленияпеременного тока и применяется в качестве фильтров и выпрямителей.ВЧ/дроссели - это устройства предназначенное для того, чтобы уменьшить токвысокой частоты, проходящий в какую либо цепь, сохранив возможность прохождениятока низкой частоты или постоянного тока. 6.1 Классификация трансформаторов.

Трансформаторы классифицируются по его мощности, силе тока, рабочей частоте,

напряжению, режиму работы, предназначению и расположению в схеме.

По напряжению трансформаторы делятся на низко и высоковольтные. Рабочее

напряжение, характеризует величину, на которую должна рассчитана изоляция какой

либо одной, нескольких или всех обмоток трансформатора. К высоковольтным

относятся трансформаторы у которых рабочее напряжение в любой обмотке не

превышает 1000 - 1500В.

Такие трансформаторы делят на 2 типа:

1) имеет высокое номинальное напряжение.(свыше 1500В) и надежнуюизоляцию между отдельными обмотками трансформатора или междукаждой обмоткой и корпусом, а так же надежную слоевую изоляцию ввысоковольтных обмотках.

2) Имеет невысокое рабочее напряжение в обмотках, но в силу схемныхособенностей высокие напряжения существуют между обмотками илимежду какой то обмоткой или корпусом. В этом случае трансф. считаетсявысоковольтным т.к требуется выполнение высоковольтной изоляциимежду обмоткой и корпусом. Однако в этом случае применяетсянизковольтная.

6.2 Область применения трансформаторов.

Силовые трансформаторы служат для получения напряжений питающихвыпрямители моторы и других нагрузок (около 70% всех приборов)

Низкочастотные трансформаторы применяются в качестве согласующегоэлемента между источником сигнала и входом усилителя, между двумя усилителямиили между усилителем и нагрузкой.

Особую группу составляют импульсные трансформаторы, которыеиспользуются для трансформации или формирования импульсов малой длительности.Они применяются в импульсной технике, гидролокации, в схемах ультразвуковыхприборов и установок. В импульсном режиме их мощность достигает большихзначений. Дроссели применяют в фильтрах питания (сглаживающие дроссели) вфильтрах выпрямителей, в высокочастотных фильтрах, в различных избирательныхцепях, в различных стабилизаторах и регуляторах.

6.3 Элементы конструкций трансформаторов и дросселей.Несмотря на различия функций силовых трансформаторов и низкочастотных,основные физические процессы происходящие в них одни и те же. Поэтомутрансформаторы разного схемного назначения имеют однотипную конструкцию :любой трансформатор состоит из сердечника изготовленного из магнитногоматериала, на котором размещена катушка с обмотками , а так же элементов,служащих для скрепления частей сердечника и закрепления трансформатора.6.3.1 Магнитопроводы.

Для трансформаторов и дросселей применяют три шипа магнитопроводов:стержневой, броневой т кольцевой.

При использовании броневого магнитопровода все обмотки трансф. размещают наодной катушке, которую надевают на средний стержень магнитопровода.

При использовании стержневого на 2 его стержнях расположены 2 катушки.

В маломощных силовых и низкочастотных трансф. используется броневойсердечник, т.к применение одной катушки упрощает конструкцию и позволяетполучить максимальный коофициент усиления , заполнена она медью.

Стержневую конструкцию используют для трансф. средней и большоймощности : наличие двух катушек увеличивает теплопередачи и улучшает тепловойрежим обмоток.

Преимуществом стержневой системы конструкции является слабое внешнеемагнитное поле, т.к поля от этих катушек направлены навстречу друг - другу.Наименьшее внешнее поле получается при использовании в трансф. кольцевыхмагнитопроводов. Но они используются редко т.к низка производительность приполомке магнитопровода.

По конструкции броневые и стержневые магнитопроводы подразделяются насобранные из пленочных пластин и пленочные.

Ленточный магнитопровод можно получить наливкой и обмоткой полосытрансформаторной системы. После разрезки получают С -образные сердечники.

Для получения мин. намагниченного зазора в магнитопроводе торцысердечников после установки в катушку заливают пастой содержащийферромагнитный материал. Если зазор необходим то в месте слепка двух сердечниковустанавливают накладки из бумаги или картона необходимой толщины. Ленточнаяконструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления.

При использовании некоммутируемых сталей применение ленточныхсердечников позволяет сохранить размеры и массу трансформаторов. Это происходитпотому, что в магнитных силовых линий проходит перпендикулярно по направлениюпотока. При этом можно иметь достаточно большие размеры. В ленточныхсердечниках линии расположения поля находятся по всей длине магнитопровода.

К основным параметрам сердечника относятся : средняя длинна магнитнойсиловой линии 1с, активная площадь поперечного сечения магнитопровода Sc,площадь окна So, и вес магнитопровода Gc.

Площадь поперечного сечения

Sc = kc * 2ab где kc - коофициент заполнения , учитывающий, что частьплощади поперечного сечения магнитопровода занял оксид металла и другиенамагниченные материалы.

Кс - зависит от толщины материала и лежит в пределах 0.85 <kc< 0.95

Трансформаторы.

ГОСТ 17596 - 72 - трансформаторы согласования, низкочастотные мощностью до 25

Вт.

Основные параметры:

Термины и определения.

Номинальная мощность - расчетная суммарная мощность вторичных обмотокпри номинальных напряжениях и сопротивлениях нагрузки в режиме согласования.

Номинальное сопротивление нагрузки - сопротивление на которое рассчитантрансформатор.

Коофициент трансформации отношение числа витков вторичной обмотки кчислу витков первичной или напряжение на вторичной обмотке к напряжению напервичной обмотке. В режиме холостого хода будет учтено падение напряжения натрансформаторе.

Внутрисхемное измерение параметров дросселей и трансформаторов в импульсных источниках питания | Альфа Инструментс

Дроссели и трансформаторы являются сердцем импульсных источников питания. Обеспечение их нормальной работы требует проведения тщательных внутрисхемных измерений в рабочих условиях. В данной статье описано всё, что нужно для этого знать.

В импульсных источниках питания (ИИП) очень важную роль играют индуктивные компоненты, а именно дроссели и трансформаторы. В процессе проектирования ИИП приходится опираться на технические характеристики компонентов и их модели для симуляторов. Однако в реальных условиях паразитные сигналы, температура и другие внешние воздействующие факторы могут влиять на характеристики индуктивных компонентов, вследствие чего источник питания будет работать не так, как можно было предположить на основе технических характеристик и моделирования. В результате внутрисхемные измерения дросселей и трансформаторов в рабочих условиях играют определяющую роль в обеспечении надёжной работы ИИП.

Имея под рукой нужные приборы, такие измерения можно выполнить сравнительно быстро и легко. Но сначала давайте освежим в памяти основы работы дросселей и трансформаторов, особенно в отношении внутрисхемных измерений, а также познакомимся с применением осциллографов и пробников во время работы источника питания и узнаем, как измерять индуктивность и строить кривые B-H для оценки технических характеристик.

Принцип действия дросселей

Согласно законам Ленца и Фарадея, ток, протекающий через дроссель, и напряжение на ней связаны уравнением:

Отсюда следует, что индуктивность можно представить, как некий коэффициент преобразования скорости изменения тока в напряжение противоположного знака. Интегрируя, перегруппировывая и пренебрегая знаком, можно получить следующее уравнение для индуктивности:

Из этого уравнения следует, что индуктивность можно определить, как функцию, зависящую от изменения тока и напряжения во времени. Такое измерение во временной области лучше выполнять осциллографом, оснащенным пробником напряжения и пробником тока, а также способным выполнять интегрирование и строить графики зависимостей в координатах X и Y.

В отличие от идеального дросселя, индуктивность реального дросселя зависит от величины тока, температуры и рабочей частоты. В источнике питания эти параметры могут зависеть от режимов работы и меняться во времени.

Например, индуктивность тороидального дросселя, показанного на рисунке 1, можно приблизительно определить по формуле

где: µ - магнитная проницаемость сердечника, N – число витков обмотки, r – радиус сердечника в сантиметрах (измеренный до центральной пунктирной линии), A – площадь поперечного сечения сердечника в см2 (предполагается малой по сравнению с радиусом тороида).

Поскольку число витков входит в формулу в квадрате, оно даёт максимальный вклад в значение индуктивности. Магнитная проницаемость материала сердечника тоже играет значительную роль. Однако значение индуктивности зависит и от геометрических размеров компонента. Чтобы минимизировать размер дросселей, в них как правило используют материалы, магнитная проницаемость которых значительно превышает магнитную проницаемость воздуха.

Короче говоря, характеристики материала и геометрия сердечника сильно влияют на значение индуктивности в разных рабочих условиях, а также на потери мощности в устройстве.

Рисунок 1. Простейший дроссель – обмотка на замкнутом ферромагнитном сердечнике. Ток величиной I ампер протекает через обмотку из N витков. Индуктивность дросселя определяет связь между током, протекающим в обмотке, и магнитным потоком.

Измерение индуктивности

Для определения необходимых значений индуктивности разработчики источников питания используют обычно методы моделирования. После изготовления дросселя его индуктивность проверяют обычно с помощью измерителя RLC. Однако большинство измерителей RLC подаёт на измеряемый компонент синусоидальный сигнал в узком диапазоне частот, поэтому, хотя такой метод вполне пригоден для грубой оценки индуктивности, он плохо предсказывает характеристики дросселя в реальной схеме.

Индуктивность дросселя зависит от протекающего через него тока и напряжения, формы и частоты сигнала возбуждения, которые в реальных условиях могут меняться со временем. Поэтому важно измерять и наблюдать поведение дросселя непосредственно в динамически изменяющейся среде источника питания.

Такие измерения можно выполнить, регистрируя напряжение на устройстве, как правило, с помощью дифференциального пробника. Для измерения тока, протекающего через индуктивный компонент, обычно используется пробник тока. Для определения индуктивности, встроенная в осциллограф программа анализа мощности интегрирует напряжение по времени и делит результат на величину изменения тока. Кроме того, она устраняет постоянное смещение и использует усреднение для расчёта индуктивности.

Измеряя индуктивность трансформатора, важно отключить нагрузку от вторичной обмотки. Измерение первичной обмотки трансформатора без нагрузки эквивалентно измерению дросселя с одной обмоткой. При измерении индуктивности связанной катушки с несколькими обмотками на одном сердечнике, измеренное значение будет отличаться от реального из-за влияния тока, протекающего в других обмотках.

На рисунке 2 показано измерение, дающее среднее значение индуктивности в Генри. Жёлтая кривая (канал 1) представляет собой напряжение на дросселе, а синяя кривая (канал 2) – ток, протекающий через него. Левый график показывает зависимость тока i от ∫vdt, наклон которой равен индуктивности.

Рисунок 2. Среднее значение индуктивности в Генри

На рисунке 3 показана измеренная зависимость I от ∫V, которая позволяет глубже понять поведение индуктивности. Здесь наблюдается постоянное смещение, накапливающееся за миллисекундные периоды. Жёлтая кривая (канал 1) представляет собой напряжение на дросселе, а синяя кривая (канал 2) – ток, протекающий через него.

Рисунок 3. Измеренная зависимость I от ∫V позволяет глубже понять поведение дросселя.

Измерение кривой B-H

Индуктивные компоненты источника питания проектируются в расчёте на определенное напряжение, ток, топологию и конкретный тип силового преобразователя. Рабочие режимы дросселей и трансформаторов помогают достичь стабильности импульсного источника питания. Однако рабочие характеристики источника могут отличаться во время включения, во время стабильной работы, при изменении нагрузки и условий окружающей среды, что сильно усложняет учёт всех возможных сценариев в процессе проектирования.

Для обеспечения стабильности импульсного источника питания важно определить рабочую область индуктивного компонента. Как правило, нужно не допустить насыщения сердечника и обеспечить работу в линейной области кривой гистерезиса. Тем не менее, расчёт индуктивного компонента и обеспечение его работы в линейной области гистерезиса во всех условиях является очень сложной задачей.

Кривые B-H, аналогичные той, что показана на рисунке 4, помогают разработчикам визуализировать поведение дросселя и его сердечника. В данном примере H представляет собой напряжённость магнитного поля в устройстве. Она измеряется в амперах/метр и пропорциональна току:

Рисунок 4. Производитель сердечника может приводить кривую гистерезиса в технических характеристиках.

Результирующая магнитная индукция B пропорциональна интегралу от напряжения на устройстве. Магнитная индукция измеряется в теслах и характеризует силу магнитного поля. Она определяет силу воздействия магнитного поля на движущийся заряд.

Эта кривая позволяет оценить следующие важные характеристики:

  • Магнитная проницаемость µ. Измеряется в Гн/м. Является характеристикой материала сердечника и равна скорости, с которой напряжённость магнитного поля H (зависящая от тока) порождает магнитную индукцию B (интеграл от напряжения). Магнитная проницаемость равна наклону кривой B-H. Для создания компактных дросселей и трансформаторов разработчики используют материалы с большой магнитной проницаемостью.
  • Магнитная индукция насыщения. Точка, в которой дальнейший рост напряжённости магнитного поля H перестаёт порождать дополнительный рост магнитной индукции B. В большинстве источников питания разработчики должны избегать насыщения.
  • Параметры гистерезиса. Гистерезисом называется “ширина” кривой B-H, и он характеризует потери источника питания. Большинство разработчиков старается применять магнитомягкие материалы с малым значением остаточной намагниченности Br – магнитной индукции, которая остаётся в материале после снятия магнитного поля, и малой коэрцетивной силой c, равной значению H, необходимому для снижения магнитной индукции B до нуля.

Потенциальную стабильность можно определить по следующим признакам:

  • Если измеренная пиковая магнитная индукция приближается к магнитной индукции насыщения, определённой в технических характеристиках, это означает, что компонент приближается к точке насыщения.
  • Если кривые B-H меняются от периода к периоду, это свидетельствует о наличии насыщения. В стабильном источнике питания кривая B-H имеет симметричный обратный ход и сохраняет форму от периода к периоду.

Для внутрисхемного измерения напряжения на дросселе и тока, протекающего через его обмотку, можно использовать осциллограф. Зная число витков обмотки, магнитную длину устройства и площадь поперечного сечения сердечника, можно определить реальные значения B и H по формам напряжения и тока, измеренным с помощью осциллографа.

Для построения кривой B-H нужно измерить напряжение на индуктивном элементе и протекающий через него ток. В случае трансформатора, интерес представляют токи, протекающие через первичную и вторичную обмотки. Высоковольтный дифференциальный пробник подключается к дросселю или к первичной обмотке трансформатора. Токовый пробник измеряет ток, протекающий через дроссель или первичную обмотку трансформатора. Кроме того, при необходимости токовые пробники используются для измерения токов, протекающих через вторичные обмотки.

На рисунке 5 показаны измерения трансформатора с несколькими вторичными обмотками. Кривая Ref 1 (белая) представляет собой напряжение на дросселе, а кривая Ref 2 (синяя) – протекающий ток. В данном случае показана математически рассчитанная форма тока (оранжевая), поскольку осциллограф был настроен на измерение нескольких вторичных обмоток.

Рисунок 5. Измерение характеристик трансформатора с несколькими вторичными обмотками.

Кривые B-H для трансформаторов

Для измерения характеристик трансформатора в рабочих условиях нужно учесть ток, переданный во вторичную обмотку. Измеряя кривую B-H трансформатора полезно учитывать теоретический элемент, называемый “индуктивностью намагничивания”.

Током намагничивания называется ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора при разомкнутой (ненагруженной) вторичной обмотке. Другими словами, ток намагничивания не порождает ток во вторичной обмотке. Как показано на рисунке 6, трансформаторы моделируются с током намагничивания, протекающим через “индуктивность намагничивания”, включенную параллельно первичной обмотке.

Рисунок 6. В схеме трансформатора (слева) и в эквивалентной схеме (справа) ток намагничивания протекает через индуктивность намагничивания LM, включенную параллельно первичной обмотке. LM моделирует магнитные характеристики трансформатора.

Анализ потерь

Потери в индуктивных компонентах дают существенный вклад в потери источника питания. Потери в сердечнике зависят от магнитных свойств материала и включают потери на гистерезис и потери на вихревые токи. Потери в меди связаны с сопротивлением обмоток, а также зависят от нагрузки, подключенной к вторичной обмотке трансформатора.

Для оценки потерь в сердечнике используются разные методы. Один из наиболее популярных методов использует эмпирическую формулу Штейнмеца, которая связывает потери в сердечнике с частотой и магнитной индукцией:

где k, a и b – константы, описывающие материал сердечника и обычно приведённые в техническом описании. Кроме того, в техническом описании могут приводиться приблизительные значения потерь на разных частотах и для различных значений магнитной индукции, но, как правило, эти значения даются для синусоидальных сигналов. Однако в реальных системах питания компоненты обычно возбуждаются несинусоидальными сигналами, что порождает погрешность подобных оценок.

Для вычисления полных магнитных потерь путём усреднения произведения кривых напряжения и тока (v(t) ∙ i(t)) можно использовать осциллографическое приложение. При использовании этого метода рассчитываются полные магнитные потери, включающие потери в меди и в сердечнике. Пример такого расчёта показан на рисунке 7, где измерение магнитных потерь даёт полные магнитные потери, включающие потери в меди и сердечнике. Потери в сердечнике могут быть приведены в документации производителя. В этом случае можно найти потери в меди, вычитая потери в сердечнике из полных магнитных потерь.

Рисунок 7. Пример измерения полных магнитных потерь.

Осциллографы могут рассчитывать магнитные потери дросселей с одной обмоткой, с несколькими обмотками и даже трансформаторов. Для измерения трансформатора с одной обмоткой дифференциальный пробник используется для измерения напряжения на первичной обмотке. Токовый пробник измеряет ток, протекающий через трансформатор. Затем программа измерения мощности может автоматически рассчитать магнитные потери.

Дроссели и трансформаторы являются сердцем импульсных источников питания и используются в фильтрах, повышающих/понижающих преобразователях, устройствах развязки, накопителях энергии и генераторах. Обеспечение их нормальной работы требует проведения тщательных внутрисхемных измерений в рабочих условиях. Как обсуждалось выше, современные осциллографы с прикладным ПО анализа мощности предлагают быстрые настройки и повышенный уровень воспроизводимости измерений.

Об авторе

Уилсон Ли (Wilson Lee) работает менеджером по техническому маркетингу в компании Tektronix. Более 25 лет он занимал руководящие должности в области технического маркетинга и технических продаж в таких производящих компаниях, как CTS Electronic Components, а также в компаниях-дистрибьюторах, таких как Richardson RFPD и Premier Farnell. Большей частью Уилсон работал в таких секторах рынка, как ВЧ/радиосвязь, промышленные системы питания и промышленная автоматизация.

Уилсон получил степень бакалавра в Корнеллском университете. В течение своей карьеры ему приходилось жить в Нью-Йорке, Чикаго и в Азии. В настоящее время он живёт в Портленде (штат Орегон).

Russian HamRadio - Блоки питания для системных модулей типа IBM PC-XT/AT. Глава 6.3.ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ.

6.3.ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ.

Представляют собой частные случаи катушек индуктивности с магнитным сердечником. В реальной катушке провод, из которого она навивается, обладает последовательным сопротивлением, а между витками обмотки имеется распределенная емкость.

Две катушки индуктивности, связанные друг с другом через общий магнитный сердечник, образуют трансформатор. При этом реальные трансформаторы (в отличие от идеальных) имеют между вторичными и первичными обмотками емкость.

Эквивалентная схема катушки индуктивности показана на рис. 74,6.

Межвитковая емкость представлена здесь в виде шунтирующего конденсатора с сосредоточенными параметрами, так что на некоторой частоте имеется параллельный резонанс. Эта частота резонанса определяет верхнюю частоту, на которой можно использовать катушку индуктивности.

Другой важной характеристикой катушек индуктивности является их чувствительность к паразитным магнитным полям и способность генерировать эти поля. Поэтому к силовым импульсным трансформаторам ИБП предъявляют жесткие требования по обеспечению электромагнитной совместимости, по индуктивности рассеяния обмоток при условии обеспечения хорошего потокосцепления между обмотками, а также по конструкции с высокой прочностью изоляции (как правило, пробивное напряжение не менее 2кВ). Эти требования прежде всего обусловлены прямоугольностью формы напряжения с большой частотой (около З0кГц), а также большой амплитудой импульсов в каждом полупериоде напряжения.

Импульсные трансформаторы предназначены для передачи кратковременных электрических импульсов достаточно большой мощности. Возникающие при этом искажения плоской части импульса определяются конечной величиной индуктивности первичной обмотки L1, а искажения фронта - индуктивностью рассеяния Ls. Эти искажения фронтов импульсов вызываются паразитными колебаниями, возникающими в контуре, образованном индуктивностью рассеяния Ls и собственной емкостью С0. Поэтому при выполнении импульсного трансформатора принимаются специальные меры для уменьшения этих паразитных параметров.

Меры эти в основном сводятся к следующему. Обмотки располагают таким образом, чтобы между их выводами было приложено в процессе работы возможно меньше импульсное напряжение. Рекомендуется обмотку с меньшим числом витков располагать внутри, а с большим числом витков -

снаружи катушки. Для получения малой величины индуктивности рассеяния одну из обмоток наматывают в два слоя, между которыми помещают вторую обмотку. В некоторых импульсных трансформаторах первичная и вторичная обмотки наматываются одновременно двумя проводами, так что витки одной обмотки располагаются между витками другой. В качестве межслоевой и межобмоточной изоляции обычно используются пленки неорганических диэлектриков. Сами трансформаторы пропитывают компаундами или лаками.

В силовых импульсных трансформаторах ИВП персональных компьютеров находят широкое применение Ш-образные ферритовые магнитопроводы, наиболее технологичные для процесса намотки обмоток и характеризующиеся высоким коэффициентом их заполнения.

Исходя из вышесказанного, можно сделать неутешительный вывод о том, что при выходе из строя силового импульсного трансформатора его ремонт или изготовление нового - дело весьма сложное и требует специального оборудования, материалов, оснастки и высокой квалификации.

Кроме того импульсный трансформатор является оригинальной неунифицированной деталью, которая разрабатывается и применяется для данной конкретной схемы ИВП и, как правило, не подходит для других схем.

При нарушении хотя бы одного из вышеперечисленных параметров в результате ремонта импульсного трансформатора, он будет работать неудовлетворительно, что приводит к нарушению оптимального соотношения потерь мощности на элементах ИВП и скорому повторному выходу ИБП из строя.

К счастью, силовые импульсные трансформаторы необратимо выходят из строя довольно редко, что объясняется их высокой надежностью, которая заложена в технологии их изготовления, т.к. импульсный трансформатор является одним из самых ответственных элементов схемы ИБП.

Рассмотрим теперь основные особенности построения трансформаторов тока, которые используются во многих схемах ИБП в качестве датчика схемы токовой защиты.

Характерной особенностью

трансформатора тока в отличие от трансформатора напряжения является то, что вторичная обмотка его должна быть обязательно замкнута на нагрузку, сопротивление которой не превышает определенного значения. Разомкнутое состояние вторичной обмотки является аварийным режимом. Поясним это подробнее.

Т.к. ток первичной обмотки не изменяется при разрыве цепи вторичной обмотки, в отличие от трансформатора напряжения, то переменный магнитный поток в сердечнике имеет очень большую амплитуду из-за того, что отсутствует встречный компенсирующий магнитный поток, порождаемый током вторичной обмотки. Скорость изменения магнитного потока при смене полярности тока, протекающего через первичную обмотку, также очень велика. Поэтому будет очень велика ЭДС, наводимая этим потоком на разомкнутой вторичной обмотке. Величина этой ЭДС такова, что может привести к пробою изоляции. Для безопасности работы в случае повреждения изоляции между первичной и вторичной обмотками, вторичная обмотка должна быть обязательно заземлена.

Кроме того, большая амплитуда переменного магнитного потока в сердечнике приводит к значительному возрастанию потерь на его перемагничивание. Поэтому трансформатор начинает сильно перегреваться.

В схеме ИБП PS-6220C, например, функцию нагрузки вторичной обмотки трансформатора тока Т4 выполняет резистор R42 (470 Ом) (см. рис.56).

Трансформатор тока в рассматриваемом классе ИБП в основном имеет две конструктивные реализации. В одном варианте он представляет собой трансформатор на Ш-образном ферритовом сердечнике, на среднем керне которого расположен каркас с намотанной на него вторичной обмоткой. Первичная обмотка расположена поверх вторичной и представляет из себя один виток монтажного провода в пластмассовой изоляции (рис.76,а,б).

 

Рис. 76. Встречающиеся на практике конструкции трансформатора тока на Ш-образном (а) и на кольцевом (б,

в) сердечнике.

 

В другом варианте вторичная обмотка наматывается на кольцевой ферритовый сердечник, а первичной обмоткой является вывод конденсатора, который включен последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора (рис. 76,в).

Однако встречаются и другие варианты конструктивного исполнения трансформатора тока.

Дроссели выходных фильтров (кроме дросселя групповой стабилизации) представляют собой катушки индуктивности с однорядной намоткой из медного провода большого сечения на незамкнутом ферритовом сердечнике цилиндрической формы (ферритовые стержни). Большое сечение провода объясняется значительной величиной выходных токов ИБП, а незамкнутая форма сердечника - работой дросселя с большим током

подмагничивания. Замкнутая форма сердечника в этом случае привела бы к вхождению его в магнитное насыщение и потере дросселем фильтрующих свойств.

Неисправности индуктивных элементов можно подразделить на:

• обрыв в обмотке;

• межвитковое замыкание;

• межобмоточное замыкание (только для трансформаторов),

• замыкание (пробой) обмотки на сердечник;

• потеря сердечником магнитных свойств (из-за перегрева, механических повреждений и т.д.).

Выход из строя выходных дросселей фильтров в ИБП явление крайне редкое из-за их высокой надежности.

Выход из строя трансформаторов часто можно определить при внешнем осмотре по потемнению отдельных участков наружной изоляции, появлению пузырьков воздуха под изоляцией, вспениванию и выделению из под изоляции пропиточного компаунда.

Целостность обмоток на "обрыв", а также наличие межобмоточного замыкания и замыкания какой-либо из обмоток на сердечник легко проверяются с помощью омической "прозвонки".

Остальные из перечисленных выше неисправностей поддаются обнаружению крайне сложно, так как омическое сопротивление обмоток трансформатора очень мало (единицы и даже доли Ом!).

Если есть подозрение на межвитковое замыкание или на потерю сердечником магнитных свойств, то трансформатор нуждается в замене на аналогичный.

АО «Желдоравтоматизация» (ЖДА) - ДТЕ-0,2(0,4)-1500

Дроссель-трансформатор постоянного тока ДТЕ-0,2(0,4)-1500 (дроссель-трансформатор) предназначен для применения в системе сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железнодорожной автоматики и телемеханики в тяжёлых условиях эксплуатации (движение поездов большой массы, с высокой скоростью и на участках с горным профилем пути).

Дроссель-трансформатор предназначен для установки на участках железных дорог с электрической тягой на постоянном токе и включения в рельсовые цепи при частотах от 50 до 1000 Гц и выше.

На участках железных дорог с рельсовыми цепями тональной частоты возможно дроссельтрансформатор устанавливать без включения дополнительной обмотки.

Основные параметры

Дроссель-трансформатор изготавливается с коэффициентами трансформации 17, 23 и 40 (15, 38).

Сопротивление основной обмотки дроссель-трансформатора постоянному току между выводами (А1-А2) при температуре 20 'С не более – 0,55 мОм (0,88 мОм).

Полное сопротивление дроссель-трансформатора переменному току частотой 50 Гц при напряжении 0,5 В на его основной обмотке между выводами (А1-А2) и при отсутствии подмагничивания постоянным током не менее 0,2 Ом и не более 0,22 Ом (не менее 0,38 Ом и не более 0,43 Ом).

Масса дроссель трансформатора – 250 (380) кг
Габаритные размеры – 450*800*550 (450*950*550) мм.

Отличие дроссель-трансформатора ДТЕ-0,2-1500 от дроссель-трансформаторов ДТ-0,2-500(1000).

Дроссель-трансформатор рассчитан для пропуска длительного постоянного тягового тока 1500 А через каждую секцию основной обмотки и 3000 А через средний вывод, а также для работы при отсутствии асимметрии тягового тока (подмагничивания постоянным током), так и при максимальном его значении 400 А.

В процессе эксплуатации разработанного дроссель-трансформатора отпадает необходимость осуществлять контроль уровня и качество охлаждающего масла вследствие того, что дроссельтрансформатор залит диэлектрическим теплопроводным компаундом, предназначенным для охлаждения дроссель-трансформатора и являющийся заменителем масла. Применение компаунда позволило повысить уровень воздействия механических и климатических нагрузок.

Разница между индукторами и трансформаторами

Трансформаторы и индукторы кажутся очень похожими в визуальном и конструктивном смысле. Однако они имеют разное применение и имеют свой уникальный дизайн и элементы конструкции. Ниже приводится краткое изложение их обоих, которое дает небольшое представление о различиях.

Катушки индуктивности

Индуктор (также называемый дросселем или реактором) - это пассивный двухконтактный электрический компонент. Он состоит из электрического проводника, например провода, обычно намотанного в катушку.Ток, протекающий через него, временно накапливает энергию в магнитном поле в катушке. Если протекающий через него ток изменяется, это создает напряжение (закон Фарадея).

Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, отношением напряжения к скорости изменения тока, которая имеет единицы Генри (Гн). Катушки индуктивности имеют значения в диапазоне от 1 мкГн (10-6Гн) до 1 Н. Внутренняя часть большинства индукторов состоит из магнитного сердечника из железа или феррита, который увеличивает магнитное поле и, следовательно, индуктивность.Индукторы широко используются в электронном оборудовании переменного тока. Они используются для блокировки переменного тока, позволяя проходить постоянному току (дросселирование). Электронным фильтрам нужны дроссели для разделения сигналов разных частот, а в сочетании с конденсаторами они образуют настроенные цепи.

В AGW мы производим индукторы различных стилей, используя различные методы - от автоматизированных до ручных. Существуют тороидальные намоточные машины, машины для намотки медной ленты и устройства для намотки воздушных змеевиков.

Мы используем самые разные материалы сердечника, такие как железо, феррит, железный порошок, аморфные и самые разные проводники, такие как эмалированный провод, медная полоса и высоковольтный изоляционный провод.

Производимые нами индукторы используются в импульсных источниках питания (SMPS), используемых для контроля электромагнитной совместимости (EMC), в качестве датчиков безопасности и в аудиосистемах (см. Пример из практики Russel.K).

Схема работы индуктора

Трансформаторы

По сути, простой трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода.В большинстве трансформаторов провода намотаны на железосодержащую структуру, называемую сердечником. Одна катушка (первичная) подключена к входному источнику переменного тока, который создает постоянно изменяющееся магнитное поле вокруг катушки. Это, в свою очередь, создает переменный ток в другой катушке. Эта катушка (вторичная) подключена к отдельной электрической цепи, чтобы обеспечить выход.

Отношение количества витков в первичной катушке к количеству витков во вторичной катушке (отношение витков) определяет соотношение напряжений в двух катушках.Например, если есть один виток в первичной обмотке и десять витков во вторичной обмотке, напряжение во вторичной обмотке будет в 10 раз больше, чем в первичной, это называется повышающим трансформатором. Если в первичной катушке десять витков и один виток во вторичной, то напряжение во вторичной обмотке будет в десять раз меньше, чем в первичной обмотке. Такой трансформатор называется понижающим. Отношение силы электрического тока или силы тока в двух катушках обратно пропорционально отношению напряжений; таким образом, электрическая мощность (напряжение, умноженное на силу тока) одинакова в обеих катушках.

В автотрансформаторе есть только одна катушка, к которой подключены обе цепи. Одна цепь содержит больший сегмент катушки (имеет больше витков), чем другая.

В AGW мы производим различные трансформаторы, в том числе ферритовые, тороидальные и ламинированные. Они производятся с использованием многоголовочных автоматов (см. Видео), полуавтоматических машин, станков для намотки медной ленты, ручных намоточных станков, а также различных технологий и машин для намотки тороидальной катушки.

Воспроизвести видео о многошпиндельной мультикамерной

Используется большое количество разнообразных материалов сердечника и проводника, специально предназначенных для удовлетворения требований к мощности, частоте и изоляции трансформатора.Материалы сердечника включают железо, феррит, железный порошок, аморфный. Они представлены в полном диапазоне стилей формы, таких как вариации сердечника E, ламинирование, сердечники RM и т. Д. Материал проводника обычно медь, но может быть в виде эмалированного провода, медной ленты, высоковольтного изоляционного провода и многожильного кабеля. многожильный провод.

Произведенные нами трансформаторы

используются во многих сферах применения, таких как SMPS для светодиодного освещения (см. Пример использования LPA), преобразование мощности сети для коммерческого и медицинского использования и трансформаторы высокого напряжения (HV) для таких применений, как электростатическое напыление.

Схема работы трансформатора

Мы предлагаем нашим клиентам индивидуальные услуги, соответствующие их дизайнерским требованиям. Вся продукция, которую мы производим, уникальна для индивидуального проекта. Итак, если у вас есть проект, который вы хотите обсудить с нами, свяжитесь с нами по телефону 01246 473086 или щелкните здесь, чтобы открыть форму обратной связи.

Разница между синфазным дросселем и трансформатором

Синфазный дроссель и трансформатор представляют собой электронные компоненты, изготовленные из индуктивности электромагнитной катушки на исходном материале каркаса трансформатора.Оба они используют принцип «движущийся магнит для генерации электричества, движущийся электрический - для генерации магнетизма»

В частности, синфазный дроссель и трансформатор имеют несколько обмоток электромагнитной катушки. Следовательно, дроссель синфазного сигнала и трансформатор имеют много общего по конструкции и принципу.

С точки зрения базовой конструкции, нет большой разницы между синфазным дросселем и трансформатором. Однако между синфазными дросселями и трансформаторами есть принципиальные различия, которые заключаются в трех аспектах.

1. Разница между двумя основными ИСПОЛЬЗОВАНИЯМИ заключается в том, что они предназначены для разных основных ИСПОЛЬЗОВАНИЙ.

2. Синфазная дроссельная катушка - это электронное устройство, предназначенное для защиты от электромагнитных помех в цепях питания. Фактически, он эквивалентен двойному фильтру, который не только отфильтровывает электромагнитные помехи синфазного режима в цепи источника питания, но также отфильтровывает собственные электромагнитные помехи, чтобы гарантировать, что другие компоненты с той же мощностью цепь питания не будет подвергаться электромагнитным помехам.Синфазные дроссели обмениваются только сигналами данных на основе сигналов данных переменного тока и чрезвычайно низкочастотной связи. Трансформатор предназначен для изменения рабочего напряжения в цепи питания. Трансформаторы могут быть на основе переменного тока и переменного тока.

3. Количество витков синфазной дроссельной катушки значительно меньше, чем у трансформатора в структуре. Фактически, поскольку их первичное применение принципиально отличается, используется другое сырье.Наиболее существенное различие заключается в том, что исходным материалом сердечника трансформатора обычно является сердечник трансформатора из листовой кремнистой стали, в то время как дроссельная катушка синфазного режима обычно представляет собой ферритовый сердечник.

В этом разница между синфазным дросселем и трансформатором. Надеюсь, вам понравится! Мы производитель индукторов, если вам нужно купить оптом или настроить, пожалуйста, свяжитесь с нами

Контакт для СМИ
Название компании: Getwell Electronic (Huizhou) Co., Ltd
Контактное лицо: Связи со СМИ
Электронная почта: Отправить электронное письмо
Телефон: +86 15976129184
Адрес: Yihe-West Industrial Зона LuoYang Town, BoLuo
Город: HuiZhou
Штат: GuangDong
Страна: Китай
Веб-сайт: https: // www.индукторchina.com/contact-us/

5 основных различий между трансформаторами и индукторами

Трансформаторы и катушки индуктивности - два важных устройства, используемых в электронике. Существует заблуждение, что это одно и то же, потому что они похожи по конструкции и внешнему виду. Однако один отличается от другого по нескольким вопросам, включая, среди прочего, области применения, дизайн и конструктивные элементы. Этот пост призван познакомить вас с некоторыми заметными различиями между этими двумя магнитными компонентами.


Различия между трансформаторами и индукторами

Следующие пункты помогут вам понять заметные различия между ними, что, в свою очередь, облегчит принятие мудрого решения о покупке.
Давайте сначала поговорим о трансформаторах.

  1. Трансформаторы имеют две катушки с изолированными проводами, которые намотаны на ферритовый, железный или стальной ламинированный сердечник.
  2. Основные функции трансформаторов включают преобразование переменного тока высокого напряжения в низкое и наоборот.
  3. Трансформаторы имеют первичную и вторичную обмотки. Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, вокруг сердечника из феррита / железа / стали создается постоянно изменяющееся магнитное поле. Таким образом, во вторичной обмотке вырабатывается переменный ток. Вторичная катушка дает выходной сигнал, когда она подключена к отдельной электрической цепи.
  4. Эти устройства широко используются для светодиодного освещения, преобразования энергии в коммерческих и медицинских целях, а также при высоковольтном (HV) и электростатическом напылении.
  5. Основные типы трансформаторов включают повышающие, понижающие, автотрансформаторы, силовые трансформаторы и трансформаторы с тороидальным сердечником.

Перейдем к обсуждению катушек индуктивности.

  1. Катушки индуктивности - это пассивные электрические компоненты. Их также называют катушкой или дросселем. Индуктор состоит из изолированного магнитного провода, намотанного в катушку.
  2. Основные области применения включают обеспечение определенной величины индуктивности в цепи.
  3. Когда ток течет в катушку, он временно накапливает энергию в магнитном поле в катушке (материал сердечника варьируется от железа, феррита, железного порошка, аморфных и других материалов с высоким сопротивлением). Проводник может быть изолированным эмалированным проводом, полосками медной фольги или изолированный выводной провод высокого напряжения в зависимости от области применения).Когда происходит изменение тока, проходящего через катушку, в соответствии с законом Фарадея создается напряжение.
  4. Основные типы индукторов включают воздушный сердечник, сердечник из порошкового железа, ферритовый сердечник и дроссели.

Хотя они выглядят одинаково, трансформаторы и катушки индуктивности служат разным целям в электронных приложениях. Поговорите со своими производителями трансформаторов, чтобы получить более подробное техническое представление о ключевых различиях. Производитель может помочь вам понять больше, что, в свою очередь, поможет определить ваши требования к производителю.

Custom Coils - один из ведущих производителей трансформаторов, катушек индуктивности и других специальных магнитных компонентов. Вы также можете свободно задавать свои вопросы по теме, обсуждаемой здесь, «Различия между трансформаторами и индукторами», команде Custom Coils. Компания предлагает широчайший ассортимент магнитных компонентов, каждый из которых разработан и изготовлен по индивидуальному заказу в соответствии с вашими требованиями.

5 основных различий между трансформаторами и катушками индуктивности Последнее изменение: 23 июля 2019 г., gt stepp

О gt stepp

GT Stepp - инженер-электрик с более чем 20-летним опытом, опытный в исследованиях, оценке, тестировании и поддержке различные технологии.Посвящен успеху; включая сильные аналитические, организационные и технические навыки. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Могу ли я использовать синфазный дроссель в качестве спаренного дросселя в преобразователе SEPIC

Может быть. Но, к сожалению, вероятный ответ - «не для вашего приложения». И, кроме того, лучше спросить: « Должен ли я использовать синфазный дроссель вместо спаренной катушки индуктивности?» И ответ на этот вопрос всегда нет .

Синфазные дроссели обычно имеют два номинала: дифференциальный ток и ток синфазного режима. Если вы нашли массивный дроссель размером с тучную домашнюю кошку, у которого «правильные характеристики» (у него высокий ток общего режима, который вам нужен), то, конечно, он «сработает». Это, конечно, будет не лучший выбор, но он сработает.

Если вы смотрите на номинальные токи дросселей синфазного режима и описываете их как что-то вроде «высокого» или единицей измерения являются целые амперы, то это номинальный ток дифференциального режима.Этот рейтинг не имеет смысла для любых приложений, где можно использовать спаренную катушку индуктивности. Этот номинальный ток представляет собой оценку того, сколько ампер дифференциального тока можно выдержать. Его очень мало (другими словами, есть ток, который идеально сбалансирован, равен по фазе между обмотками, но в противоположных направлениях, как, например, возврат питания и заземления для него).

Этот ток нейтрализует собственный магнитный поток, поэтому он будет видеть только индуктивность рассеяния, равную индуктивности.Другими словами, ток дифференциального режима является максимальным, только если вы на самом деле не «используете» индуктивность. Это существенно ограниченное сопротивление. Поскольку это рейтинг для токов, которые не хранят магнитно, не хранит энергию, и имейте в виду, что индуктивность - это мера энергии, хранящейся в магнитном поле.

Что важно для SEPIC, или действительно для любой схемы, в которой индуктивность используется для, ну, ее индуктивности, так это ток насыщения этой индуктивности.Это максимальный ток, который магнитный сердечник может выдержать до того, как произойдет какое-либо выбранное падение индуктивности (в качестве этого падения часто используется 20-30%). Или, другими словами, ток насыщения - это то, сколько энергии магнитный сердечник может хранить в магнитном поле, прежде чем он «заполнится». Когда он «заполнен», то магнитный сердечник не может хранить больше энергии, поэтому увеличение тока сверх этой точки быстро сохранит только столько дополнительной энергии, сколько воздушный сердечник, что представляет собой быструю потерю индуктивности.

Как это будет на самом деле, сильно зависит от материала сердечника. Феррит всех видов насыщается, как горячий желе, ударяющийся о стенку из карбида кремния на скорости 100 миль в час. Подходить слишком близко к точке насыщения просто невозможно, это слишком рискованно, а падение слишком внезапное.

Сердечники из железного порошка или, как мне кажется, карбонильного железа, насыщаются линейно, так что у вас все равно останется 40% индуктивности, даже после того, как вы увеличите ток насыщения вдвое. У вас также будут смехотворно высокие потери в сердечнике при использовании такого порошкового сердечника на любой полезной частоте, но это может быть полезно для пиковых токов в определенных ситуациях.

Дроссели могут быть с любым сердечником, оба типа часто используются для синфазных дросселей. Но на самом деле это не имеет значения, потому что у нет синфазных дросселей, рассчитанных на большой ток на 1 м / ч. Нет дросселей, соответствующих вашим спецификациям, потому что вы используете номинальный ток в дифференциальном режиме, как если бы это был ток насыщения, а это не так. Большой дроссель на 1 мАч, рассчитанный на ток насыщения / синфазного режима более сотен миллиампер, был бы размером с толстую домашнюю кошку (как упоминалось ранее).3 материала магнитного сердечника, если вы хотите сохранить столько энергии. Никакого другого пути.

Возьмем, к примеру, этого парня. Это уже гигант, по крайней мере, для устройств на уровне печатных плат, и у него есть ваш рейтинг индуктивности, и нет, он не выдержит тока 16 А до насыщения. Он будет обрабатывать 240 мА . Для использования в качестве спаренной катушки индуктивности максимальный ток составляет 240 мА. Я бы не назвал это «сильным током», но вы действительно не упомянули, какие токи вам нужны, так что, может быть, этого достаточно.Хотя, наверное, нет.

Это подводит меня к тому, что не будет ответом на вопрос, который вы задали, но ответом, который вам нужен. Я очень сомневаюсь, что вы найдете дешевый, серийно выпускаемый спаренный индуктор (или дроссель, который можно неправильно использовать как таковой), который соответствует вашим характеристикам. Если вам действительно нужен 1 мГн при 10 А или что-то еще, то ожидайте, что такая вещь будет сделана на заказ, и ожидайте, что это будет очень дорого.

Причина, по которой их нет, заключается в том, что нет необходимости в связанных индукторах такого размера и нет причин для их массового производства и снижения стоимости, как дроссели и разумные связанные индукторы.Я пытаюсь сказать, что если вы думаете, что вам нужен индуктор с сильноточной связью 1 мГн, то ваша конструкция изначально ошибочна. Я думаю, что единственная причина, по которой для этого потребуется такая большая индуктивность, заключается в том, что вы хотите преобразовать токи, которые слишком велики для слишком низкой частоты переключения.

Это неправильный дизайн. Для этого нет никаких причин. Я подозреваю, что вы выбрали какой-то конкретный контроллер или драйвер, который имеет относительно низкую частоту переключения, и хотите построить худший и непрактичный преобразователь постоянного / постоянного тока с очень высокой стоимостью и без каких-либо преимуществ, за исключением того, что вам не нужно учиться использовать чип, который действительно подходит для вашей конечной цели.Я подозреваю, что это потому, что я был там, возможно, все мы когда-то были. Я здесь не осуждаю и открыто признаю себя виновным в этом в прошлом. И теперь я знаю, что если вы думаете, что вам нужен такой большой индуктор и с большой мощностью, то вы недостаточно знаете о переключающих преобразователях, чтобы создать такой большой мощности.

Не отказывайтесь от этой цели, а работайте над ее достижением, делая некоторые промежуточные шаги и создавая более мелкие вещи. Изучите множество топологий и контроллеров.Выясните, как выбрать свои собственные МОП-транзисторы. Узнайте, почему электролитические резисторы - это просто прославленные резисторы с частотой выше 100 кГц или что происходит с керамическими конденсаторами класса II при смещении постоянного тока (подсказка: они теряют емкость. Иногда большую ее часть. Удовольствие! = P). Узнайте, почему вы будете оптимизировать макет для каждого миллиметра и сколько может вам стоить пара наногенри паразитной индуктивности. Узнайте, как снизить вызывное напряжение коммутационных узлов. Прежде всего, узнайте, почему преобразователь SEPIC не подходит или не нужен для чего-то высокой мощности, у которого может быть вход выше или ниже выхода.Вы бы добились большего успеха с истинным понижающим повышением с 4 переключателями.

Игнорируя все это, вам даже не понадобится спаренная катушка индуктивности - вы можете просто использовать две катушки индуктивности. Они не обязательно должны быть на одном ядре. Единственное, что дает вам совместное использование сердечника, - это снижение тока пульсации. Или вы можете сделать то же самое, удвоив частоту переключения или используя две фазы на текущей частоте. Любой из них был бы намного проще, дешевле, эффективнее и выполнимым. Фактически, удвоение частоты дает вам и множество других хороших вещей, таких как уменьшение входной пульсации, уменьшение необходимой индуктивности, меньший размер, меньшая стоимость.

Это не 1990 год, у нас есть переключающие элементы, которые могут иметь такие низкие потери, что резистивные потери от катушек индуктивности с большей индуктивностью, а также потери сердечника / гистерезиса перевешивают коммутационные потери вплоть до сотен кГц. И даже в этом случае ускорение может стоить вам одного или двух ватт, если вы все сделаете правильно. Взгляните на LT8705 или десятки других повышающих преобразователей с 4 переключателями. Они позволят вам делать все, что может сделать sepic, но с индуктивностью 10 мкГн, меньшим уровнем электромагнитных помех, большей эффективностью, меньшими размерами, чем колода карт, и могут быть построены с использованием компонентов, которые действительно существуют.Если вы используете что-то, что переключается на 52 кГц, 70 кГц или 100 кГц, то вы устарели примерно на 26-27 лет. Если вы хотите преобразовать высокие уровни мощности, что ж, тогда мы не могли легко это сделать, не без того, чтобы это было дороже, чем простое использование больших железных и больших медных линейных трансформаторов / якорей для лодок. Есть причина, по которой импульсные блоки питания начали появляться тогда, когда они появились. Источники питания с импульсным режимом высокой мощности были больше, чем линейные источники (но, возможно, немного легче) до относительно недавнего времени.Плотность мощности, которую вы, кажется, себе представляете, была невозможна с каким бы чипом вы ни выбрали. Но это нормально, сейчас есть гораздо лучшие альтернативы.

Итак, я знаю, что вы никогда не спрашивали об этом.

Но если я хочу дать вам наиболее полезный ответ, выходящий за рамки того, о чем вы на самом деле спрашивали, это просто то, что когда вы говорите, что вам нужен индуктор с сильноточной связью 1 м · ч .... нет. Вы этого не сделаете.

В чем разница между индуктором и трансформатором?

Хотя трансформаторы и катушки индуктивности выглядят очень похожими, а также кажутся непрофессионалу похожими по конструкции, на самом деле это два разных элемента, используемых в разных приложениях.Чтобы помочь вам понять эту разницу, мы подробно объяснили трансформаторы и катушки индуктивности ниже.

Трансформаторы

Трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода, намотанного на железный сердечник. Первичная катушка подключена к входному источнику переменного тока, который создает постоянно изменяющееся магнитное поле вокруг катушки, а вторичная катушка подключена к другой электрической цепи для получения выходного сигнала. Магнитное поле, создаваемое вокруг первичной катушки, в свою очередь, создает переменный ток и во вторичной катушке.Есть разница между количеством витков в обеих катушках. Именно эта разница определяет напряжение. Отношение количества витков в первичной катушке к числу витков во вторичной катушке называется отношением витков, и оно определяет соотношение напряжений в обеих катушках.

Это означает, что с одним витком первичной обмотки и десятью витками вторичной обмотки напряжение во вторичной обмотке будет в 10 раз больше, чем в первичной. Точно так же десять витков первичной обмотки и один виток вторичной обмотки приведут к тому, что напряжение на вторичной обмотке будет 1/10 до напряжения в первичной обмотке.Трансформаторы, у которых больше витков во вторичной обмотке, являются повышающими трансформаторами, а те, у которых больше витков в первичной обмотке, являются понижающими трансформаторами.

Miracle Electronics, ведущий производитель трансформаторов в Индии , производит широкий спектр трансформаторов, включая тороидальные, с медицинской изоляцией, силовые, аудиовыходы, трехфазные, EI, согласование аудиолинии, SMPS и UI.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности - это пассивное двухконтактное электрическое устройство, состоящее из электрического провода, намотанного в катушку.Ток, протекающий через катушку, временно накапливает энергию в магнитном поле в катушке. Любое изменение протекающего тока создаст напряжение. Индуктивность катушки индуктивности измеряется в единицах Генри (Гн), которые представляют собой отношение напряжения к силе тока. Эти значения находятся в диапазоне от 1 мкГн до 1 Гн в индукторах. Сердечник индуктора магнитный и сделан из феррита или железа, что увеличивает магнитное поле и, следовательно, индуктивность. Индукторы используются в электронном оборудовании переменного тока для блокировки переменного тока, позволяя при этом проходить постоянному току.

В Miracle Electronics мы производим множество индукторов , которые идеально подходят для любых приложений, требующих высокого напряжения смещения постоянного тока, и хорошо подходят для использования в импульсных источниках питания. С нашими катушками индуктивности вы легко можете получить наивысший импеданс синфазного сигнала в широком диапазоне частот. При такой же индуктивности, как у любого другого соленоида, индукторы Miracle Electronics требуют меньше витков и меньше по размеру. Наши катушки индуктивности не имеют воздушного зазора, обладают очень низким уровнем электромагнитного излучения, имеют безопасную конструкцию с высококачественной проводкой и производят незначительный шум.

Итак, по любым вопросам, связанным с индукторами и трансформаторами, вы можете незамедлительно связаться с нами, чтобы убедиться, что у вас лучшая продукция. Мы также настраиваем продукты в соответствии с вашими требованиями, чтобы вы получали уникальное решение, соответствующее вашим потребностям.

Руководство по отказам трансформатора Каковы преимущества использования жгута проводов в сборе?

Как работает тороидальный сердечник, трансформатор и дроссель

Петля гистерезиса

Электрический ток, протекающий через проводящий материал, создает магнитное поле.Магнитные поля наиболее сильны у поверхности проводника и ослабевают дальше от проводника.

Когда вы намагничиваете материал сердечника, он не перестанет иметь магнитный заряд, когда вы перестанете намагничивать его. Вы должны изменить намагниченность, чтобы вернуть ее к нулевой намагниченности. Это петля гистерезиса, когда к материалу прикладываются переменные магнитные поля (положительное и отрицательное).

Приложение магнитного поля к материалам магнитопровода называется силой намагничивания или «H.”

Тороидальное магнитное поле и поток

Магнитный поток - это полное магнитное поле, протекающее через область. Его интенсивность называется плотностью потока.

Переменная для потока - «B». Петля гистерезиса - это кривая BH. Анализ кривой BH необходим при проектировании трансформаторов, дросселей и катушек индуктивности.

Поток уменьшится, если увеличить площадь жил, количество витков или частоту коммутации.

Проницаемость

Проницаемость материала магнитного сердечника - это его способность увеличивать плотность потока, если через него проходит электрический ток.

Чем больше проницаемость, тем больше плотность потока.

Конструкция дросселя, проводника и трансформатора

При проектировании дросселя или индуктора вы не хотите вызывать насыщение тороидального сердечника за счет увеличения переменного или постоянного тока. Как правило, это постоянный ток, который насыщает сердечник, поскольку он постоянен и перемещает сердечники до определенного уровня магнитного потока.

В конструкции трансформатора необходимо обеспечить, чтобы максимальные токи переменного тока были значительно ниже точки насыщения.

Другой способ достичь насыщения - увеличить плотность потока, обычно увеличивая напряжение. При высокой проницаемости керны насыщаются быстрее. И наоборот, когда проницаемость низкая, сердечники насыщаются при более высокой плотности потока.

Трансформаторы передают мощность, поэтому вам нужны минимальные потери при передаче мощности от первичной обмотки к вторичной. Вот почему ферритовые сердечники часто используются в высокочастотных конструкциях. Для низкочастотных трансформаторов мы используем высокопроницаемую кремнистую сталь с ориентированной зеренной структурой.Катушки индуктивности и дроссели накапливают энергию, поэтому вам нужны сердечники с высоким магнитным потоком.

Тороидальные потери в сердечнике

В трансформаторах, индукторах и дросселях всегда возникают потери мощности, которые выделяют тепло и вызывают тепловые проблемы. Тороидальные потери в сердечнике возникают из-за следующего:

  • Потеря гистерезиса возникает из-за перемещения магнитного потока от положительного к отрицательному и области, ограниченной петлей. Вы можете снизить эти потери, используя более дорогие материалы.
  • Потери на вихревые токи возникают из-за разницы в напряжении магнитного потока в сердечниках, вызывающей циркулирующие токи в магнитном материале.Чем выше частота переключения, тем больше потери тока.
  • Построен на базе сертифицированного ISO 9001 и TS-16949 объекта
  • Соответствует RoHS

Выбор сердечника для обратного трансформатора и конструкции дросселя

Магнитомягкие материалы (материалы, которые легко намагничиваются) бывают разных форм. Для трансформаторов обратного хода и дросселей импульсного источника питания мы будем рассматривать ферриты с зазором, порошок железа, порошок пермаллоя (MPP), порошок с высоким потоком, порошок Fe-Si-Al (Cool Mu ) и т.п.В порошковых сердечниках магнитный материал смешивается с немагнитным связующим материалом, обеспечивая распределенный воздушный зазор, плотность смеси позволяет получить различную проницаемость.

Три свойства, представляющие наибольший интерес для проектировщика, - это проницаемость, плотность потока насыщения и потери в сердечнике. На рис. 1 показан верхний квадрант типичного контура B / H для ферритового сердечника с малым воздушным зазором, ферритового сердечника с большим воздушным зазором и сердечника из железного порошка без воздушного зазора. Также показан второстепенный контур B / H для того же порошкового сердечника для дросселя с высокой составляющей постоянного тока, но с низкой (высокочастотной) пульсацией тока.Этот тип работы типичен для дросселей для приложений коррекции коэффициента мощности, где высокочастотный вспомогательный контур B / H перемещается вверх и вниз по основному контуру на низкой частоте по мере изменения гаверсинусного тока. Помните, что в конечном компоненте намотки ΔB становится пропорциональным приложенным вольт-секундам и преобразуется в ток пульсаций ΔI, как показано. Колебание плотности потока ΔB и частота переводятся в потери в сердечнике, в то время как Bdc и H пропорциональны среднему постоянному току. А это приводит к потерям в меди в обмотках.

Также в Рис. 1 вы можете ясно увидеть три интересующих свойства. Относительная проницаемость (отношение проницаемости воздуха к проницаемости материала сердцевины) показана наклоном петли B / H при нулевой плотности потока (ΔB / ΔH при B = ноль), насыщение показано кривизной по направлению к горизонтали при Bsat, и потери в сердечнике пропорциональны площади, ограниченной петлей B / H. Обратите внимание на малую петлю B / H на порошковом сердечнике, эффективная проницаемость этой петли ниже и изменяется в зависимости от величины потока переменного тока и смещения постоянного тока (качающийся дроссель), а также от площади второстепенного B / Н-петля довольно мала, что обеспечивает относительно низкие потери в сердечнике.

Прожектор с полностью обратным трансформатором

Выбор основного материала

Как и в случае , рис. 1, , контуры B / H из железного порошка и феррита с зазором демонстрируют крайние характеристики, а другие порошковые материалы имеют тенденцию находиться между этими двумя крайними значениями. Обратите внимание, что ферритовый сердечник имеет высокую стоимость, низкие потери в сердечнике, но насыщается при низкой плотности потока, в то время как порошковый сердечник имеет низкую стоимость, высокие потери в сердечнике и насыщается при гораздо более высокой плотности потока. Следовательно, существует компромисс между параметрами, который не является идеальным для всех приложений.

Собственная проницаемость материалов ферритового типа велика, например, от 1000 до 10000, но эффективная проницаемость сердечника с зазором может быть изменена на гораздо более низкий уровень, увеличив размер воздушного зазора. Порошковые сердечники чаще имеют тороидальную форму и не имеют зазоров. Они бывают различной внутренней проницаемости, от примерно 200 до 2, в зависимости от выбранной смеси материалов. Некоторые производители предоставляют порошковые сердечники типа «E», которые могут иметь зазоры для дальнейшего уменьшения проницаемости, однако это делается редко, потому что выбор смеси с более низкой проницаемостью, а не зазора, обычно приводит к более низким потерям в сердечнике.

При выборе материала сердечника следует учитывать следующие пять факторов;

  • Цена - Ферриты и сердечники MPP дороже.
  • Форма сердечника - сердечники типа «E» легче наматывать и монтировать.
  • Core Loss - Высокая частота предпочитает более низкие потери в сердечнике.
  • Плотность потока насыщения - высокий ток способствует более высокой плотности потока насыщения.
  • Проницаемость - Чем выше индуктивность, тем выше проницаемость.

Существует компромисс между параметрами.Например, более высокая индуктивность может быть получена либо путем выбора смеси с более высокой проницаемостью (или меньшего воздушного зазора в феррите), либо путем увеличения числа витков, либо путем увеличения площади сердечника (сердечник большего размера), либо любой их комбинации. «Компромисс» заключается в следующем: более высокая проницаемость требует меньшего количества витков, что дает меньшие потери в меди, но более высокие потери в сердечнике. Чем больше витков, тем больше потери в меди, но уменьшение размаха потока приводит к уменьшению потерь в сердечнике. Сердечник большего размера занимает больше места и является более дорогостоящим, а также может привести к большим потерям в сердечнике.Такое сложное взаимодействие параметров означает, что в целом не существует четкого идеального выбора, только тенденции, поэтому навыки и опыт дизайнера становятся основным фактором в процессе выбора. Одинаково эффективные конструкции могут быть получены на нескольких типах сердечников и выбранных материалов, частично в диапазоне средних частот, скажем, от 25 кГц до 75 кГц.

Однако есть некоторые четкие параметры выбора. Меньшие потери в сердечнике всегда являются преимуществом в любой конструкции. На рис. 2 показаны примеры тенденций потерь в сердечнике (показанные в милливатт / объем при 50 кГц) для некоторых типичных материалов в зависимости от плотности потока переменного тока ΔB (вы можете думать о ΔB как пропорциональном току пульсаций). Обратите внимание на очень широкий диапазон потери в сердечнике.например, при 100 мТл потери в ферритовом сердечнике составляют порядка 30 мВт на см 3 по сравнению с 2500 мВт на см 3 для железного порошка. Очевидно, что приложения с высокочастотным пульсирующим током будут способствовать использованию ферритового материала с зазором.

Для тех же материалов, Рис. 3 показывает типичную плотность потока насыщения в зависимости от намагничивающей силы постоянного тока Эрстеда. (Вы можете думать об этом с точки зрения компонента постоянного тока, если хотите). Обратите внимание на насыщение феррита около 0.35 тесла по сравнению с> 1,1 тесла для железного порошка. Очевидно, что для низкочастотных и сильноточных приложений предпочтительным выбором будет железный порошок.

Между этими двумя крайностями хорошие результаты могут быть получены с другими материалами. Феррит с зазором всегда может быть изготовлен для получения приемлемых результатов путем регулировки размера витков сердечника и зазора сердечника. Однако в некоторых приложениях он может не обеспечивать самую низкую стоимость или наименьший размер. Sendust (холодный порошок Mu ) представляет собой интересный материал, представляющий собой магнитно-эвтектический сплав алюминия, кремния и железа для оптимизации магнитных свойств.Для этого материала заявлены меньшие по размеру более эффективные конструкции 2 .

Как правило, выбирают порошковую смесь для керна, чтобы обеспечить требуемую проницаемость, рассчитанную для требований обратного хода или дросселя, описанных в предыдущих статьях. Затем выберите тип материала в соответствии с целями стоимости и эффективности. Обратите внимание, что материалы с меньшими потерями имеют более высокую стоимость, но производят более эффективные дроссели меньшего размера. Для достижения оптимального КПД отрегулируйте количество витков так, чтобы потери в меди и сердечнике были равны.Если требуется определенная индуктивность, возможно, не удастся оптимизировать конструкцию, но если преобладают потери в сердечнике, вы всегда можете выбрать материал с меньшими потерями.

В следующей колонке Power Design давайте рассмотрим конструкцию прямого трансформатора.

Кейт Биллингс является президентом DKB Power Inc., [email protected] и автором Руководства по источникам питания Switchmode, опубликованного McGraw Hill ISBN 0-07-006719-8. Он также представляет трехдневные работы покойного Эйба Прессмана. Курс по проектированию современной коммутационной мощности »по запросу.Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт www.apressman.com.

Список литературы

  1. Руководство по импульсным источникам питания, Кит Биллингс, опубликовано McGraw Hill ISBN 0-07-006719-8

  2. Порошковые электронные сердечники Fe-Si-Al конкурируют с ферритами с зазорами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *