Трансформатор с ферритовым сердечником; Подробное руководство по основам

Большинство электрических силовых трансформаторов имеют в качестве основных элементов вторичную и первичную обмотки. В других случаях могут быть третичные обмотки. Таким образом, между обмотками должна быть эффективная потокосцепление для привода трансформатора. Следовательно, добавлен высокоэффективный магнитный путь с низким магнитным сопротивлением, обеспечивающий превосходную работу потокосцепления. Магнитный путь — это то, что мы называем ядром.

Теперь сердечники изготавливаются из различных материалов, таких как ферриты, сталь, кремний и многие другие. В этой статье речь пойдет исключительно о ферритовых сердечниках, а также о различных типах, преимуществах и областях применения. Кроме того, мы можем предоставить другие сведения, которые могут быть важны для вас.

1. Что такое трансформатор с ферритовым сердечником?

Часто магнитные ферритовые сердечники имеют комбинацию соединений марганца, цинка, никеля и оксидов железа. Поскольку соединения обладают низкой коэрцитивной силой, они попадают под мягкие ферриты. Типы ферритовых сердечников включают оболочковые, тороидальные, цилиндрические и закрытые сердечники.

(тороидальные или цилиндрические индукторы на магнитопроводе)

Трансформаторы с ферритовым сердечником обычно имеют более высокий спрос по сравнению с трансформаторами с железным сердечником. Ферритовые трансформаторы имеют преимущества, в том числе устойчивость к повышенным токам, низкие потери на гистерезис и отсутствие необходимости в ламинировании.

С другой стороны, трансформаторы с железным сердечником требуют ламинирования для достижения режима низких потерь на вихревые колебания. Кроме того, поскольку вы не можете сделать пластины тоньше, они, как правило, неэффективны для высоких частот.

2. Типы и преимущества трансформаторов с ферритовым сердечником

Типы

В приведенном ниже списке представлены основные типы трансформаторов с ферритовым сердечником.

Марганец-цинк (MnZn)

Помимо того, что MnZn имеет более высокую проницаемость, он также имеет более высокий уровень насыщения, чем никель-цинковый феррит. Поэтому они лучше всего подходят для приложений с рабочей частотой менее 5 МГц. Кроме того, импеданс сердечника подходит для катушек индуктивности до 70 МГц.

Никель-цинк (NiZn)

По сравнению с MnZn, NiZn имеет более высокое удельное сопротивление. Из-за этого вы в основном будете использовать его в приложениях, требующих частотного диапазона от 2 МГц до нескольких сотен МГц. Более того, его импеданс может работать с катушками индуктивности, выходящими за пределы 70 МГц. Однако сердечник из феррита NiZn чувствителен к температуре с еще более низкой температурой Кюри, ниже 500 °C.

Песчаная пыль

Песчаная пыль — это высокочастотный дроссель, который можно использовать только с ферритом.

Ламинат/аморфный и нанокристаллический

В основном вы найдете ламинированные/аморфные и нанокристаллические материалы в таких областях, как ИБП, сварочные аппараты и инверторы.

Кроме того, следует отметить, что ферритовые сердечники бывают разных форм:

ядра ETD; Во-первых, у нас есть сердечники ETD с минимальным сопротивлением обмотки на их центральной опоре. Сопротивление обмотки позволяет оптимизировать размеры для повышения энергоэффективности. Кроме того, они эффективно подходят для катушек индуктивности и силовых трансформаторов.

ядра EER; Во-вторых, есть ядра EER с круглой центральной стойкой. В большинстве случаев круглая центральная стойка обеспечивает более короткую длину пути намотки по сравнению с квадратной центральной стойкой.

E, ядро ​​I; Его особенностью является катушечная намотка. И собрать его можно без труда. E, я основные виды использования; инверторные трансформаторы, широкополосные, силовые, преобразователи, телекоммуникационные катушки индуктивности и дифференциалы.

ядра EFD; Иметь характеристику площади поперечного сечения. Из-за этого приложения с несколькими трансформаторами и катушками индуктивности и компактными трансформаторами могут выиграть от них.

(ферритовые катушки индуктивности).

Преимущества

Некоторые из преимуществ трансформатора с ферритовым сердечником, предлагаемого для большинства электрических применений, включают:

1. Во-первых, он проницаем для магнита. Из-за этого трансформатор часто применяется в высокочастотных трансформаторах.
2. Тогда его электропроводность низкая . Это гарантирует, что ферритовый сердечник не потеряет вихревые токи.
3. Кроме того, интенсивность электрического поля выше . Это позволяет изменять магнитное направление с небольшими потерями на гистерезис. Более того, приятно отметить, что сердечники из твердого феррита имеют меньшую коэрцитивную силу, чем сердечники из мягкого феррита.

(гистерезис в магнитном поле).

Другие преимущества трансформаторов с ферритовым сердечником в электротехнической промышленности, в том числе;

• Низкий коэффициент гистерезиса,
• Высокие значения Q,
• Низкое искажение сигнала и
• Низкая чувствительность к постоянному току.

3. Каковы основные области применения трансформаторов с ферритовыми сердечниками?

Трансформатор с ферритовым сердечником имеет широкий спектр применений, в том числе:

• преобразователи постоянного тока в постоянный; Здесь они уменьшают или увеличивают напряжение постоянного тока.
• Зарядные устройства для мобильных устройств Очевидно, что каждое зарядное устройство для телефона имеет определенный ток и напряжение. Следовательно, трансформаторы с ферритовым сердечником помогают повышать и понижать напряжение в соответствии с требованиями.
• Силовые электронные схемы; Все силовые электронные схемы с высокими частотами содержат трансформатор с ферритовым сердечником. Например, есть чистые синусоидальные инверторы и импульсные инверторы питания.
• Бытовая техника; Несколько бытовых приборов, в которых используется ферритовый трансформатор, включают холодильники, кондиционеры, стиральные машины и телевизоры. Кроме того, трансформатор помогает снизить уровень шума при фильтрации электромагнитных помех во время работы.

(шумоподавление с использованием ферритовых компонентов).

• Бесщеточные инверторы постоянного тока Ферритовые трансформаторы преобразуют переменный ток в постоянный или переменный ток в переменный в бесщеточных инверторных схемах постоянного тока.
• Солнечные батареи Кроме того, в солнечных панелях и батареях трансформаторы повышают низкое постоянное напряжение.
• Электромобили В двигателях двигателей и зарядных устройствах электромобилей используется трансформатор с ферритовым сердечником.
• Освещение; Наконец, ферритовые трансформаторы действуют как трансформаторы драйвера и обеспечивают необходимое напряжение в светодиодных сегментах.

4. Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником

В первую очередь, должны быть установлены все необходимые параметры. Наша конструкция представляет собой двухтактную топологию с центральным отводом.

Расчет первичных поворотов

3 - основной ход.

• Расчет второстепенных поворотов; Пиковое вторичное значение постоянно на уровне 310 В. Это помогает поддерживать рабочее напряжение от 13 В до 10,5 В (самое низкое). Дополнительные 20 В к 310 В дают 330 В, что достаточно для максимального выходного пикового напряжения.
• Определить максимальное вторичное напряжение для ШИМ-управления с обратной связью; PMW составляет 98% от всего рабочего цикла. Итак, когда батарея на 10,5В, 310В на вторичной, используем расчет; 98% × 10,5 В =10,29 В. Окончательное максимальное вторичное напряжение составляет 330 В, а первичное – 10,29 В.
• Найти первичный вторичный коэффициент поворота; Соотношение 330:10,29 =32,1
• Вычисление числа витков вторичной обмотки определяется путем умножения числа витков первичной обмотки (3) на отношение номинальных напряжений (32.1). Теперь 32,1 × 3 =96,3 округляем до 96.
• Рассчитать вспомогательное количество витков

Вам потребуется вспомогательная обмотка для внешней реализации. Формула выглядит следующим образом:

5. Как проектировать ферритовые трансформаторы различной топологии

Различные приложения и типы ядер имеют разные названия и топологии в зависимости от конструкции схемы. Некоторые из топологий включают обратноходовую, двухтактную, полумостовую и оболочковую. Тем не менее, при проектировании любого ферритового трансформатора с любой формой топологии необходимо учитывать форму, удельную стоимость, оптимальную температуру, размер и частоту. Упомянутые пункты должны поддерживать трансформатор, сводя к минимуму потери в сердечнике, обеспечивая электрическую изоляцию и предотвращая насыщение сердечника.

Рабочая частота и размер ферритовых трансформаторов зависят от двух основных применений; мощность и сигнал.

(ферромагнитные металлические сердечники).

Приложения Signal; ферритовый трансформатор здесь имеет высокочастотный диапазон в мегагерцовом масштабе и имеет небольшие размеры.

Мощные приложения в отличие от сигнальных приложений, трансформаторы здесь большие и низкочастотные (диапазон от 1 кГц до 200 кГц)

Шаги

• Прежде чем начать процесс проектирования трансформатора, убедитесь, что ваши требования соответствуют желаемому применению. Требования к проекту могут включать уровень тока, выходное напряжение, рабочие частоты и входное напряжение.
• Во-вторых, проверьте другие параметры, включая рабочую температуру, способ монтажа, изоляцию, расстояние, токи утечки и размер.
• Затем перейдите к выбору ядра. Вам понадобятся шпульки, чтобы соответствовать выбранному вами сердечнику, и они также помогут установить ваш продукт после того, как вы его закончите.
• В-четвертых, используя формулы подзаголовка «Как рассчитать трансформаторы с ферритовым сердечником», рассчитайте потери мощности, количество витков. Также можно рассчитать и другие необходимые параметры.
• Далее необходимо определить размер источника и ток первичной обмотки.

Формула:Первичный ток =общая выходная мощность + потери мощности трансформатора, деленные на первичное напряжение.

• После этого определите количество витков вторичной обмотки. Здесь вы проверите провода на своем механическом чертеже. Затем убедитесь, что они вписываются в зону намотки по средней длине витков, высоте и шпульке. Кроме того, добавьте некоторую изоляцию между обмотками, но также учитывайте общую высоту обмотки.
• Кроме того, измерьте напряжение нагрузки и разомкнутую цепь поперек вторичной обмотки, чтобы проверить свою конструкцию. Опять же, используйте формулы из подзаголовка четыре для расчета сопротивления каждой обмотки. Кроме того, рассчитайте поперечное падение напряжения на той же обмотке. Падение напряжения =ток × сопротивление.
• Наконец, завершите расчет требуемой температуры. Повышение температуры в ферритовых трансформаторах связано с потерями мощности в обмотках и потерями мощности в сердечнике. В зависимости от вашего применения расчет должен определить приемлемую температуру.

6. В чем разница между трансформатором с ферритовым сердечником и простым трансформатором?

В таблице ниже приведены различия между простым трансформатором и трансформатором с ферритовым сердечником.

(трансформатор с медной катушкой).

Заключение

В целом, трансформаторы с ферритовым сердечником являются лучшим вариантом при рассмотрении высокочастотных приложений, поскольку они имеют эффективную производительность. Трансформаторы обладают высокой магнитной проницаемостью, высокой коэрцитивной силой и проводят малую электрическую мощность. К высокочастотным устройствам относятся импульсные источники питания, фильтры помех, катушки индуктивности, трансформаторы и т. д.

Мы по-прежнему предлагаем некоторые рекомендации о том, как использовать эти трансформаторы или купить правильный. Если вы заинтересованы, вы можете связаться с нами, и мы будем рады помочь.