Магнитные элементы электронных устройств.-2

111

При числе витков первичной обмотки w1 70 витков и числе витков

Максимально возможная индуктивность вторичной обмотки, подклю-

ченной к нагрузке с напряжением 5В, составляет 10,45 мкГн, что дает значе-

ние витков этой обмотки

реального сердечника трансформатора, увеличились по сравнению с расчет-

ными значениями, что приведет к росту максимального напряжения на сило-

вом транзисторе микросхемы TOP224Y до значения

Таким образом, реально запас по напряжению составит 8,6%, что допу-

стимо.

112

Определим максимальные значения токов, временные интервалов в номинальном режиме и среднеквадратичные значения токов в условиях, ко-

Максимальное значение тока в первичной обмотке трансформатора

Время открытого состояния силового транзистора в номинальном ре-

жиме

Коэффициент заполнения в номинальном режиме

Среднеквадратичное значение тока в первичной обмотке трансформа-

тора

Расчет времени обратного хода проводится по формуле

где Ii m – максимальное значение тока в i-ой вторичной обмотке;

L i – индуктивность i-ой вторичной обмотки;

Uвых.обм(i) – напряжение i-ой вторичной обмотки.

Среднеквадратичное значение токов во вторичных обмотках рассчиты-

ваются по формуле

где Ii m – максимальное значение тока в i-й обмотке;

Di – коэффициент для i-й вторичной обмотки.

Согласно формуле (4.100) имеем

Таким образом, имеем следующие данные уточненного расчета.

где w1 – число витков первичной обмотки;

tпр – время открытого состояния силового транзистора в номинальном режиме;

L1 – индуктивность первичной обмотки трансформатора;

I1m – максимальное значение тока в первичной обмотке трансформа-

тора, в номинальном режиме;

I1 – среднеквадратичное значение тока в первичной обмотке транс-

форматора.

114

Уточненные данные для вторичной обмотки трансформатора, к кото-

рой подключена нагрузка с номинальным напряжением 25В: w2 9 витков; t обр (2) 5,4 10 6 с; L2 20,25 10 6 Гн ; I 2m 6,8 А ; I 2 2,88 А ,

где w2 – число витков вторичной обмотки;

t обр (2) – время обратного хода;

L2 – индуктивность вторичной обмотки с числом витков w2 ;

I 2 m – максимальное значение тока во вторичной обмотке с числом

витков w2 ;

I 2 – среднеквадратичное значение тока во вторичной обмотке с числом

витков w2 .

Уточненные данные для вторичной обмотки трансформатора, к кото-

рой подключена нагрузка с номинальным напряжением 5В: w3 6 витков; t обр(3) 4,2 10 6 с; L3 9,0 10 6 Гн ; I 3m 4,53 А ; I 3 1,69 А .

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ трансформатора сво-

дится к определению геометрических параметров трансформатора с электро-

магнитными и тепловыми параметрами – мощностью, частотой воздейству-

ющего напряжения, перегревом. Трансформатор представляет собой магни-

топровод (сердечник) с размещенными на нем обмотками, которые, в свою очередь, укладываются и закрепляют на намоточном каркасе. Каркас являет-

ся конструктивной основой для обмоток трансформатора и выполняет функ-

цию корпусной изоляции.

Обоснование выбора ферритового сердечника EFD фирмы EPCOS. К

преимуществу использования конфигурации EFD можно отнести удобство намотки толстым проводом и медной лентой, большое число выводов намо-

точных каркасов, обеспечивающих модульность конструкции многообмо-

точного трансформатора, а также низкую трудоемкость изготовления на них намоточных изделий [11]. Стандартные ряды вертикальных и горизонталь-

115

ных намоточных каркасов помогают оптимизировать расположение транс-

форматора на сердечнике EFD на печатной плате. Широкий ряд стандартно выпускаемых ферритовых сердечников EFD с немагнитным зазором обеспе-

чивает дополнительную возможность.

Проверка выбора сердечника EFD 30/15/9 исходя из условия

( S ок S м ) расч. ( S ок S м )EFD

Произведение ( S ок S м ) , связывающее типоразмер сердечника

трансформатора, лежит в основе ряда методик расчета трансформатора и определяется по формуле

эффициент заполнения окна магнитопровода сечениями проводов обмотки без изоляции (коэффициент заполнения окна магнитопровода медью); j1 –

где I – среднеквадратичное значение тока в обмотке трансформатора; j – плотность тока в проводе обмотки трансформатора.

Согласно формуле (4.104)

где I 3 – среднеквадратичное значение тока во вторичной обмотке с числом

витков w3 ;

j 3 3,0 А / мм 2 – плотность тока в проводе вторичной обмотки с чис-

лом витков w3 .

Используя формулы (4.105) – (4.107), а также значения токов, получен-

119

Рисунок 4.15 – Геометрические размеры намоточного каркаса для сердечника EFD 30/15/9

Определение мощности потерь, рассеиваемой поверхностью транс-

форматора, является еще одним важным этапом расчета трансформатора.

Мощность потерь превращается в тепловую энергию и рассеивается в окру-

жающее пространство за счет теплоотдачи и излучения.

Температура трансформатора повышается вплоть до наступления тер-

модинамического равновесия, при котором соблюдается условие

Pрас Pм Роб ,

где Pрас – для вторичной мощность тепловой энергии, рассеиваемой поверх-

ностью трансформатора в окружающую среду; Pм – мощность потерь в маг-

нитопроводе; Роб – мощность потерь в обмотках.

Потери в магнитопроводе трансформатора обусловлены необратимыми процессами перемагничивания (потери на гистерезис) и возникающих внутри магнитопровода э.д.с. индукции и вихревых токов (потери на вихревые токи).

120

Причина потерь в обмотках – это сопротивление проводов, обычно медных.

Потери мощности в магнитопроводе трансформатора определяют, ис-

пользуя либо графики зависимости удельных потерь мощности от частоты

электрическое сопротивление материала провода обмотки при начальной температуре T0; l ср.в – средняя длина одного витка обмотки; w– число вит-

ков обмотки; S пр – площадь поперечного сечения провода обмотки без изо-

ляции; k доб – коэффициент добавочных потерь; k т – коэффициент увеличе-

ния удельного электрического сопротивления провода обмотки вследствие нагрева.

Коэффициент добавочных потерь k доб учитывает добавочные потери,

которые возникают при переменном синусоидальном, несинусоидальном пе-

риодическом токе высокой частоты, а также при кратковременном импульс-