Імпульсний трансформатор принцип роботи, розрахунок

Конструкція тороїдального імпульсного трансформатора

Конструктивні особливості бронестержневого імпульсного трансформатора

На малюнках позначені:

• A - магнітопроводний контур, виконаний з марок трансформаторної сталі, виготовленої за технологією холодного або гарячого металопрокату (за винятком сердечника тороидальной форми, він виготовляється з фериту);
• В - котушка з ізолюючого матеріалу
• С - провода, що створюють індуктивний зв'язок.

Зауважимо, що електротехнічна сталь містить мало добавок кремнію, оскільки він стає причиною втрати потужності від впливу вихрових струмів на контур муздрамтеатру. В ІТ тороїдального виконання сердечник може проводиться з рулонної або феррімагнітном стали.

Пластини для набору електромагнітного сердечника підбираються товщиною в залежності від частоти. Зі збільшенням цього параметра необхідно встановлювати пластини меншої товщини.

Принцип роботи

Основна особливість трансформаторів імпульсного типу (далі ІТ) полягає в тому, що на них подаються однополярні імпульси з постійною струмового складової, в зв'язку з чим муздрамтеатр знаходиться в стані постійного підмагнічування. Нижче показана принципова схема підключення такого пристрою.

Схема: підключення імпульсного трансформатора

Як бачите, схема підключення практично ідентична зі звичайними трансформаторами, чого не скажеш про тимчасовій діаграмі.

Тимчасова діаграма ілюструє роботу імпульсного трансформатора

На первинну обмотку надходять імпульсні сигнали, які мають прямокутну форму е (t). часовий інтервал між якими досить короткий. Це викликає зростання індуктивності під час інтервалу tu. після чого спостерігається її спад в інтервалі (Т-tu).

Перепади індукції відбуваються зі швидкістю, яку можна виразити через постійну часу за формулою: τp = L0 / Rн

Коефіцієнт, що описує різницю індуктивного перепаду, визначається наступним чином: ΔВ = Вmax - Вr

• Вmax - рівень максимального значення індукції;
• Вr -остаточний.

Більш наочно різницю індукції представлена ​​на малюнку, що відображає зміщення робочої точки в магнітопроводном контурі ІТ.

Як видно на тимчасовій діаграмі, вторинна котушка має рівень напруги U2. в якому присутні зворотні викиди. Так проявляє себе накопичена в муздрамтеатрі енергія, яка залежить від намагнічування (параметр iu).

Імпульси струму що проходить через первинну котушку, відрізняються трапецеидальной формою, оскільки струми навантаження і лінійні (викликані намагнічуванням сердечника) поєднуються.

Рівень напруги в діапазоні від 0 до tu залишається незмінним, його значення еt = Um. Що стосується напруги на вторинній котушці, то його можна обчислити, скориставшись формулою:

• Ψ - параметр потокосцепления;
• S - величина, що відображає перетин магнітопроводного сердечника.

З огляду на, що похідна, що характеризує зміни струму, що проходить через первинну котушку, є постійною величиною, наростання рівня індукції в муздрамтеатрі відбувається лінійно. Виходячи з цього, допустимо замість похідної внести різницю показників, зроблених через певний інтервал часу, що дозволяє внести зміни в формулу:

в цьому випадку Δt буде ототожнюватися з параметром tu. який характеризує тривалість, з якої протікає вхідний імпульс напруги.

Щоб обчислити площу імпульсу, з яким напруга утворюється у вторинній обмотці ІТ, необхідно обидві частини попередньої формули помножити на tu. В результаті ми прийдемо до вираження, яке дозволяє отримати основний параметр ІТ:

Зауважимо, що від параметра ΔВ прямо пропорційно залежить величина площі імпульсу.

Друга за значимістю величина, що характеризує роботу ІТ, - перепад індукції, на нього впливають такі параметри, як перетин і магнітна проникність сердечника магнітопроводу, а також числа витків на котушці:

• L0 - перепад індукції;
• μа - магнітна проникність сердечника;
• W1 - число витків первинної обмотки;
• S - площа перетину сердечника;
• lcр - довга (периметр) сердечника (магнітопровода)
• Вr - величина залишкової індукції;
• Вmax - рівень максимального значення індукції.
• Hm - Напруженість магнітного поля (максимальна).

З огляду на, що параметр індуктивності ІТ повністю залежить від магнітної проникності сердечника, при розрахунку необхідно виходити з максимального значення μа. яке показує крива намагнічування. Відповідно, що у матеріалу, з якого робиться сердечник, рівень параметра Вr. відображає залишкову індукцію, повинен бути мінімальним.

Виходячи з цього, в якості на роль матеріалу сердечника ІТ, ідеально підходить стрічка, виготовлена ​​з трансформаторної сталі. Також можна застосовувати пермаллой, у якого такий параметр як коефіцієнт прямокутності, мінімальний.

Високочастотним ІТ ідеально підходять сердечники з феритових сплавів, оскільки цей матеріал відрізняється незначними динамічними втратами. Але через його низьку індуктивності доводиться робити ІТ великих розмірів.

Розрахунок імпульсного трансформатора

Розглянемо, як необхідно проводити розрахунок ІТ. Зауважимо, ККД пристрою безпосередньо пов'язано з точністю обчислень. Як приклад візьмемо схему звичайного перетворювача, в якій використовується ІТ тороїдального виду.

В першу чергу нам потрібно обчислити рівень потужності ІТ, для цього скористаємося формулою: Р = 1,3 х Рн.

Значення Рн відображає, скільки потужності буде споживати навантаження. Після цього розраховуємо габаритну потужність (РДБ), вона повинна бути не менше потужності навантаження:

Необхідні для обчислення параметри:

• Sc - відображає площу перетину тороїдального сердечника;
• S0 - площа його вікна (як натхненні це і попереднє значення показано на малюнку);

Основні параметри тороїдального сердечника

• Вмакс - максимальний пік індукції, вона залежить від того, яка використовується марка ферромагітного матеріалу (довідкова величина береться з джерел, що описують характеристики марок феритів);
• f - параметр, що характеризує частоту, з якою перетворюється напруга.

Наступний етап зводиться до визначення кількості витків в первинній обмотці ТР2:

(Отриманий результат округляється в більшу сторону)

Величина UI визначається виразом:

UI = U / 2-Uе (U - живить перетворювач напруга; Uе - рівень напруги, що надходить на емітери транзисторних елементів V1 і V2).

Переходимо до обчислення максимального струму, що проходить через первинну обмотку ІТ:

Параметр η дорівнює 0,8, це ККД, з яким повинен працювати наш перетворювач.

Діаметр використовуваного в обмотці дроти обчислюється за формулою:

Залишилося розрахувати вихідну обмотку ІТ, а саме, кількість витків дроту і його діаметр:

Якщо у вас виникли проблеми з визначенням основних параметрів ІТ, в інтернеті можна знайти тематичні сайти, що дозволяють в онлайн режимі розрахувати будь-які імпульсні трансформатори.