Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?


Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

В этой статье рассказано о том, как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для самодельного полумостового блока питания, который можно изготовить из электронного балласта сгоревшей компактной люминесцентной лампочки.


Речь пойдёт о «ленивой намотке». :) Это когда лень считать витки. http://oldoctober.com/


Самые интересные ролики на Youtube

Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube

Близкие темы.

Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Самодельный импульсный преобразователь напряжения из 1,5 в 9 Вольт для мультиметра.


Оглавление статьи.

  1. Выбор типа магнитопровода.
  2. Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
  3. Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
  4. Как рассчитать число витков первичной обмотки?
  5. Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?
  6. Особенности намотки импульсных трансформаторов.
  7. Как намотать импульсный трансформатор?
  8. Дополнительные материалы.

Выбор типа магнитопровода.

Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. http://oldoctober.com/

Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.


На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.

Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.


D – внешний диаметр кольца.

d – внутренний диаметр кольца.

H – высота кольца.


В справочниках по ферритовым магнитопроводам эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.

Пример: К28х16х9


Вернуться наверх к меню.


Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.

Напряжение питания.

Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!

Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:


242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).

341,22 – 0,8 * 2 ≈ 340V (вычитаем падение на выпрямителе).


Индукция.

Определяем примерную величину индукции по таблице.

Пример: М2000НМ – 0,39Тл.


Частота.

Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.


Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.


Марганец-цинковые ферриты.

Параметр Марка феррита
6000НМ 4000НМ 3000НМ 2000НМ 1500НМ 1000НМ
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,005 0,1 0,2 0,45 0,6 1,0
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл 0,35 0,36 0,38 0,39 0,35 0,35

Никель-цинкове ферриты.

Параметр Марка феррита
200НН 1000НН 600НН 400НН 200НН 100НН
Граничная частота при tg δ ≤ 0,1, МГц 0,02 0,4 1,2 2,0 3,0 30
Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл 0,25 0,32 0,31 0,23 0,17 0,44

Вернуться наверх к меню.


Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?

Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в «Дополнительных материалах».


Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.


Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.


Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.

В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.


Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».

Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.


Вернуться наверх к меню.


Как рассчитать число витков первичной обмотки?

Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.

Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.

Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. :) Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.

Вернуться наверх к меню.


Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?


Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален "Используемой мощности трансформатора".


Вернуться наверх к меню.


Особенности намотки импульсных трансформаторов.

Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.

Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.

Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.


Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».


Что для этого нужно?

Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.


Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.

Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.


1 – кольцевой сердечник.

2 - прокладка.

3 – витки обмотки.

D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.


На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.

На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.


Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.


По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.

Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.


w = π(D – 10S – 4d) / d, где:


w – число витков первичной обмотки,

π – 3,1416,

D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,

S – толщина изолирующей прокладки,

d – диаметр провода с изоляцией,

/ – дробная черта.


Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано здесь.

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?


Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.


● Мощность – 50 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,35мм.

D = 16мм.

S = 0,1мм.

d = 0,39мм.

w= π (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39 ≈ 108 (витков).

Реально поместилось – 114 витков.


● Мощность – 20 Ватт.

Магнитопровод – К28 х 16 х 9.

Провод – Ø0,23мм.

D = 16мм.

S = 0,1мм.

d = 0,25мм.

w = π (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25 ≈ 176 (витков).

Реально поместилось – 176 витков.


● Мощность – 200 Ватт.

Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.

Провод – Ø1,0мм.

D = 24.

S = 0,1мм.

d = 1,07мм.

w = π (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07 ≈ 55 (витков).

Реально поместилось 58 витков.


В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.


Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.


Вернуться наверх к меню.


Как намотать импульсный трансформатор?

Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.

Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю. :)



При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.




То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.



Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.

В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.




При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.




Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.




Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.

Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.




При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.



Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.



Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.


Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.

Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.

Пример

34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)



Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).



Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!



Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.




Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05… 0,1мм.




Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.



Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.




Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).




Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.



Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.



Если предполагается использовать выпрямитель с нулевой точкой, то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало. :)




Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.

На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.


Вернуться наверх к меню.


Дополнительные материалы.


Вернуться наверх к меню.




Если Вам не понравилась статья, что расположена выше, Вы всегда можете поискать счастье на стороне, пройдя по этому адресу. Для вас в нашей организации атермальная тонировка предлагаем всем желающим. Ну вот и всё, главное красиво и ненавязчиво закончить мысль. Всем удачи!


Нашли ошибку в тексте?Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо за помощь!

Комментарии (50)

Страниц: « 1 2 3 4 [5] Показать все

СашаИюнь 13th, 2012 at 10:36

Немогли бы вы посчитать сколько витков вторички и первички нужно мотать для моего ферита а также каким проводом?(Желательно чтоб был 1мм если можно!!)Размеры ферита(висота:50мм.ширина:60мм.толщина:10мм )Частота:33Кгц.
PS:Просто ненаучился пользоваться Програмой для росчета!!
Заранее Спасибо.

СергейИюнь 27th, 2012 at 18:22

Ознакомился со статьей, непонятны рисунки программы с расчетом.
Напряжение питания преобразователя Вы установили 248, 310, 340 В, при этом в Вашей статье с лампочкой, до диодного моста напряжение ~220В, следовательно после моста (грубо) до 110В (фактически), соотносим схемы лампочки и той что в программе (полумостовой). В программе видим точки +Uпит и -Uпит, а следовательно к ним подведено 110В.

Почему же в расчетах используется такое завышенное напряжение? Я чего-то не уловил?

adminИюнь 27th, 2012 at 23:40

Сергей, там в архиве вместе с программой есть подробная инструкция по расчёту трансформаторов, написанная автором этой самой программы.

андрейНоябрь 28th, 2012 at 12:35

Немогу расчитать сколько витки первички и вторички купил 2000нн пеобразный сердечник ширина35мм высота 15мм толщина7мм одна половика схема тюнера по програме расчитать не могу

александрДекабрь 13th, 2012 at 16:16

хорошая статья . Однако непонятно,как распределять по кольцу витки первичной и вторичной обмоток.Например,если мотать на кольце согласующий трансформатор ,у которого первичка со средним выводом и вторичка из двух отдельных обмоток (как у БП компьютера).

adminДекабрь 13th, 2012 at 16:28

Александр, эта статья не про согласующий, а про разделительный трансформатор.

александрДекабрь 16th, 2012 at 18:07

Пожалуйста,укажите источник информации по намотке согласующих трансф.

ВасяЯнварь 17th, 2013 at 20:36

Здравствуйте, спасибо за подробную инструкцию. Сделал свой трансформатор понижающий 220V->14V. По крайней мере по расчетом должно было быть так.
Довольно глупый вопрос. Как подключить данный трансформатор к сети? Я по глупости просто присоединил концы первички к вилке. На вторичке поставил резистор 10кОм и мерил напряжение. Был готов к худшему воткнул-вынул вилку к 220V. Короткое замыкание. Надо было подсоединять лампу накаливания последовательно к первичке или как?

adminЯнварь 17th, 2013 at 21:07

Вася, трансформатор, о котором идёт речь в данной статье нельзя втыкать в розетку. Он предназначен для использования в импульсных блоках питания, на частотах в десятки килогерц. Тогда как в осветительной сети частота всего 50 Герц.

Вам, скорее, подойдёт трансформатор, описанный в этой статье: «Как рассчитать и намотать силовой низкочастотный трансформатор».

adminЯнварь 25th, 2013 at 18:33

Превышено количество допустимых сообщений. Обсуждение темы и обмен опытом по данному вопросу можно найти по этому адресу.

Страниц: « 1 2 3 4 [5] Показать все

Загрузка...