10 IS 15 15 1412 11
Рис 3 1 Електричні схеми трансформаторів типу ТДВ-2
3.3. Трансформатори для обратноходових перетворювачів
Як було сказано вище, трансформатори для обратноходових перетворювачів виконують функції накопичувача електромагнітної енергії під час дії імпульсу в ланцюзі комутуючого транзистора і, одночасно, елемента гальванічної розв'язки між вхідним і вихідним напругами перетворювача Так, у відкритому стані коммутирующего транзистора під дією імпульсу комутації первинна намагнічує обмотка трансформатора зворотного ходу підключена до джерела енергії, до конденсатору фільтра, і струм в ній лінійно наростає При цьому полярність напруги на вторинних обмотках трансформатора така, що включені в їх ланцюга випрямні діоди замкнені Далі, коли коммутирующий транзистор закривається, полярність напруги на всіх обмотках трансформатора змінюється на протилежну і енергія, запасені в його магнітному полі, переходить у вихідні згладжують фільтри у вторинних обмотках трансформатора при цьому необхідно при виготовленні трансформатора забезпечувати, щоб електромагнітна зв'язок між його вторинними обмотками була б максимально можл жной У цьому випадку напруги на всіх обмотках будуть мати однакову форму і миттєві значення напруг пропорційні числу витків відповідної обмотки Таким чином, трансформатор зворотного ходу працює як лінійний дросель, а інтервали накопичення електромагнітної енергії в ньому і передачі накопиченої енергії в навантаження рознесені в часі
Для виготовлення трансформаторів зворотного ходу найкраще застосовувати броньові ферритові магнітопроводи (з зазором в центральному стрижні), що забезпечують лінійне намагнічування
Основні процедури проектування трансформаторів для перетворювачів зворотного ходу складаються у виборі матеріалу і форми сердечника, визначенні пікового значення індукції, визначенні розмірів сердечника, обчисленні величини немагнітного зазору і визначенні числа витків і розрахунку обмоток При цьому всі настройки на власний вибір елементів схеми перетворювача, такі як
індуктивність первинної обмотки трансформатора, піковий і середньоквадратичний струми і коефіцієнт трансформації повинні бути визначені до початку процедури розрахунку.
Вибір матеріалу і форми сердечника
Як матеріал для сердечника трансформатора зворотного ходу найбільш часто використовується феррит Порошкові молібден-пермаллоєвого тороїдальні осердя мають більш високі втрати, але вони також часто використовуються на частотах нижче 100 кГц, коли розмах коливань магнітного потоку невеликий - в дроселях і трансформаторах зворотного ходу, що використовуються в режимі безперервного струму. Порошкові залізні сердечники іноді використовуються, але вони мають або занадто низьке значення магнітної проникності, або занадто великі втрати для практичного використання в імпульсних джерелах живлення на частотах понад 20 кГц.
Високі значення магнітних проникностей (3 ТОВ. 100 ТОВ) основних магнітних матеріалів не дозволяють запасати в них багато енергії. Це властивість прийнятно для трансформатора, але не для котушки індуктивності. Велика кількість енергії, яке повинно бути заготовлено в дроселі або трансформаторі зворотного ходу, фактично зосереджується в повітряному зазорі, який розриває шлях магнітних силових ліній всередині сердечника з великою магнітною проникністю. У молібден-пермаллоєвих і порошкових залізних сердечниках енергія накопичується в немагнітному речовині, що утримує магнітні частинки разом. Цей розподілений зазор не може бути виміряний або визначений безпосередньо, замість цього наводиться еквівалентна магнітна проникність для всього сердечника з урахуванням немагнітного матеріалу.
Визначення пікового значення індукції
Обчислювані нижче значення індуктивності і струму відносяться до первинної обмотці трансформатора. Єдина обмотка звичайної котушки індуктивності (дроселя) також будемо називати первинною обмоткою. Необхідна величина індуктивності L і пікове значення струму короткого замикання через котушку індуктивності 1КЗ визначається схемою застосування. Величина цього струму встановлюється схемою обмеження струму Разом обидві ці величини визначають максимальне значення енергії, яку котушка індуктивності повинна запасати (в зазорі) без насичення сердечника і з прийнятними втратами в муздрамтеатрі і проводах.
Далі необхідно визначити максимальне пікове значення індукції Втах, яке відповідає піковому струму 1кз- Щоб мінімізувати розмір зазору, необхідний для накопичення необхідної енергії, котушка індуктивності повинна використовуватися як можна більше в режимі максимальної індукції. Це дозволяє мінімізувати число витків в обмотках, втрати на вихрові струми, а також розмір і вартість котушки індуктивності.
На практиці значення Втах обмежується або насиченням осердя Bs, або втратами в муздрамтеатрі. Втрати в ферритовом осерді пропорційні, як частоті, так і повного розмаху зміни індукції ДВ протягом кожного циклу перемикання (комутації), зведеному в ступінь 2,4.
В стабілізаторах, які працюють в режимі безперервного струму (дроселі в понижуючих стабілізаторах і трансформатори в обратноходових схемах), втрати в осерді котушки індуктивності на частотах нижче 500 кГц зазвичай незначні, так як відхилення магнітної індукції від постійного робочого рівня незначні В цих випадках значення максимальної індукції може бути майже рівним значенню індукції насичення з невеликим запасом. Значення індукції насичення для більшості потужних феритів для сильних полів типу 2500Н1 \ / 1С вище 0,3 Тл, тому значення максимальної індукції може бути вибрано рівним 0,28. 0,3 Тл.
В стабілізаторах, які працюють в режимі переривчастого струму, значення магнітної індукції змінюється від нуля до Втах (залишкова намагніченість незначна через наявність зазору), а максимальний розмах коливань індукції ДВМ дорівнює значенню Втах. В таких схемах (особливо на високих частотах), значення ДВМ і Втах зазвичай обмежуються втратами в муздрамтеатрі, так що значення Втах виявляється набагато менше ніж значення Bs.
Визначення розміру сердечника
Використовуваний сердечник повинен бути здатний запасти необхідну пікову енергію в невеликому зазорі без входження в насичення і мати прийнятні втрати в магнітопроводі Крім того він повинен вміщати необхідну кількість витків, що забезпечує прийнятні втрати в обмотках. Для вибору сердечника можна використовувати ітераційний процес, який використовує метод пробних рішень, однак нижче наведені формули - (3.3) і (3 4) дають можливість отримати наближене значення твори площ сердечника, необхідного для заданої схеми застосування. З довідкових таблиць вибирається найменший сердечник, твір площ якого перевищує розрахункову величину. Формула (3.3) застосовується, коли значення ДВ обмежена насиченням, а формула (3.4) - коли значення ДВ обмежена втратами в муздрамтеатрі. У сумнівних випадках обчислюються обидва значення і використовується найбільша.