Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Transformator impulsowy - prośba o sprawdzenie obliczeń

metalicat 23 Mar 2011 10:56 3478 6
  • #1 23 Mar 2011 10:56
    metalicat
    Poziom 13  

    Witam!
    Projektuję zasilacz impulsowy sieciowy o parametrach:
    Uwe = 230VAC ±10%
    Uwy = 30V
    Iwy = 10A
    f = 60kHz
    Topologia forward 2T

    Jestem na etapie obliczania transformatora. Wiem że mogę go policzyć na wiadomej stronie, ale chciałbym się nauczyć liczyć je "na piechotę".
    Wybór rdzenia - według programu Soft Ferrites Design Tool 2010 przy 60kHz rdzeń ETD39-3C90 przeniesie 390W przy 240mT indukcji. Ja potrzebuję 300W, więc będzie zapas. Wybór padł na ten właśnie rdzeń.

    Obliczam ilość zwojów uzwojenia pierwotnego, zakładając maksymalną indukcję 200mT.

    n1=(10^8*Uwe_min)/(2*f*Bp-p*Amin)

    n1=(10^8*290)/(2*60000*2000*1,23) = 98zw

    Obliczam przekładnię

    r=(Uwe_min*(t/T))/(Uwy+Uf), gdzie współczynnik wypełnienia zakładam max 45%

    r=(290*0,45)/(30+0,7) = 4,25

    Obliczam ilość zwojów uzwojenia wtórnego

    n2=n1/r

    n2=98/4,25 = 23zw

    Przekroje drutu obliczam zakładając wzory na I_ef podane w helpie strony http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/hdw_smps_e.html
    czyli I1_ef = √2*(Pwy/Uwe_min) oraz I2_ef = √2*(Pwy/Uwy)

    I1_ef = 1,41*(300/290) = 1,46A

    I2_ef = 1,41*(300/30) = 14,1A

    zakładając gęstość prądu 4A/mm² potrzebny przekrój wynosi

    uzwojenie pierwotne: A=1,46/4 = 0,37mm²

    uzwojenie wtórne: A=14,1/4 = 3,53mm²

    Biorąc pod uwagę efekt naskórkowy max średnica drutu wynosi d=2*(√(5,62/f))

    d=2*(√(5,62/60)) = 2*0,3 = 0,6mm

    Przekrój drutu 0,6mm wynosi A=3,14*(0,3)² = 0,28mm²

    Dalej podstawiając wyliczyłem iż uzwojenie pierwotne trzeba nawinąć 3 drutami o średnicy 0,4mm, a uzwojenie wtórne 12 drutami o średnicy 0,6mm.

    Proszę o sprawdzenie tych wyliczeń, jeśli gdzieś robię błąd, proszę o wskazanie gdzie. Kolejny problem to obliczanie dławika - znalazłem kilka wzorów, ale liczenie z nich daje różne wyniki, nawet liczenie ze wzoru na stronie (link powyżej) daje inne wyniki niż liczy sama strona. Jeśli ktoś ma wzór jak wyliczyć indukcyjność potrzebnego dławika bardzo proszę o zamieszczenie.

    Pozdrawiam serdecznie i proszę o odpowiedź.

    0 6
  • #2 23 Mar 2011 15:59
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Magnesowanie w 2T-forward następuje jednokierunkowo - niepotrzebnie zakładasz tak niską indukcję p-p - spokojnie możesz przyjąć pierwotne 54 zwoje a wtórne 12 zwojów (lub 55 i 13, jeśli zależy Ci na niższym wypełnieniu) - oczywiście przy założeniu, że częstotliwość pracy transformatora wyniesie 60kHz - czyli oscylator w UC3845 120kHz.

    Dławik strona niemiecka wylicza bardzo poprawnie wprowadź na http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/hdw_smps_e.html dane:
    290 350
    30 10 60
    Skrypt wyliczy przekładnie 4.49 - co odpowiada niemal idealnie 4.5 (54:12) oraz podaje indukcyjność dławika 77.5uH. To jest poprawna wartość.
    Dla przekładni 4.231:1 (55:13) indukcyjność wyliczona to 80uH.

    Osobiście zastosowałbym w takim przypadku dławik DTMSS-47/0,1/30 Ferystera. Uprzedzając: oznaczenie 30 dotyczy maksymalnego prądu, jaki może przepłynąć przez dławik bez jego spalenia. Przy tak dużym prądzie dławik ma już bardzo niewielką indukcyjność. Indukcyjność z zapasem dlatego, że dławiki na rdzeniach ze szczeliną rozproszoną zaczynają się nasycać już od pierwszego A/cm i trzeba zadbać o odpowiedni zapas indukcyjności.

    Dla dociekliwych wykres spadku przenikalności w zależności od natężenia pola dla materiałów Sendust/KoolMu/SuperMSS o przenikalności początkowej 75:
    https://spreadsheets.google.com/ccc?key=0ArtuR-YZmMSDdHpjbG5LUHF5U1Q5LS1uZEdrelkyeEE&hl=pl&authkey=CJS83Z4K
    Na podstawie wielomianu opublikowanego przez Micrometals.

    Dodano po 1 [godziny] 13 [minuty]:

    Dopiero teraz zauważyłem dość poważny błąd w liczeniu prądu RMS po obu stronach transformatora. Wzory są całkowicie niepoprawne. Prąd skuteczny po stronie wtórnej będzie rzędu 7A a po pierwotnej wynikający z podzielenia prądu wtórnego przez przekładnię czyli 7/4.5 lub 4.231.

    Te prądy da się policzyć dokładnie ale wymagałoby to za długiego wykładu.

    0
  • #3 23 Mar 2011 18:06
    metalicat
    Poziom 13  

    Dziękuję za szybką odpowiedź.
    Co do indukcji zasugerowałem się maksymalną indukcją podawaną przez program SFDT2010.

    Odnośnie prądów RMS znalazłem inne wzory, w helpie do w/w programu:

    Ie1=(Iwy/r)*√δ0max, gdzie: δ0max = δ*(Uwe_min/Uav_min), Uav_min = √2*(Uwe_min - 1/2*Ur)

    Wywnioskowałem że Ur to wartość p-p tętnień napięcia wejściowego po filtracji (w przykładzie podawane dla kondensatora 2µF na każdy W mocy, i nie powinna być większa niż 20Vp-p)

    Po podstawieniu do tego wzoru wyszło mi tak: (zakładając przekładnię z poprzednich wyliczeń r = 4,25)

    Uav_min = 1,41*(205-10) = 275V

    δ0max = 0,45*(290/275) = 0,47

    Ie1 = (10/4,25)*√0,47 = 1,61A

    Ie2 = Ie1*r

    Ie2 = 1,61*4,25 = 6,84A

    Czy te wyliczenia są poprawniejsze? Bo jeśli tak, to strona źle liczy przekrój potrzebnych uzwojeń (prawie 2x za dużo).

    0
  • #4 23 Mar 2011 19:14
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Co do prądów RMS - tak jak pisałem wyżej - wtórny rzędu 7A a pierwotny przekładnia razy mniejszy, czyli wszystko się zgadza.

    Przekroje liczone na stronie są... dziwne. Raz, że liczone dla gęstości 3A/mm^2 co jest stanowczą przesadą z ostrożnością a dwa - nie są liczone dla poprawnych prądów.

    Z SFDT możesz mieć rację - mogłem trochę zbyt radośnie podejść do sprawy.
    A jak już iść na ostro, to na ETD39 w układzie 2T-forward wyciska się bez problemu 1 kW a nie 300W :) Ale to już przy wymuszonym chłodzeniu i jest to zupełnie inna bajka.

    0
  • #5 23 Mar 2011 20:31
    metalicat
    Poziom 13  

    Dziękuję, już powoli wszystko staje się jasne. Tylko co z tą indukcją - przyjmować wartość z SFDT?
    Zasilacz ma być do pracy ciągłej przy w miarę stałym obciążeniu (6-7A, liczę dla 10, żeby mieć trochę zapasu), więc może lepiej przyjąć mniejszą indukcję - mniejsze straty. Nie wiem czy dobrze myślę. Oczywiście chłodzenie naturalne - pasywne.

    Dziękuję za zainteresowanie tematem

    Pozdrawiam

    0
  • #6 23 Mar 2011 22:39
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Sprawdziłem i na sensownych przekrojach drutu wychodzi 72:17 zwojów. Większa ilość zwojów się nie zmieści przy założeniu projektu transformatora zgodnego z normą 61558-2-17 (creepage >= 6mm) co wymaga użycia taśm marginesowych po 3mm z każdego boku karkasu.

    Przy takich założeniach pierwotne nawijane w dwóch częściach (w celu zmniejszenia indukcyjności rozproszenia) dwoma drutami 0.5mm (2*0.186mm^2) a wtórne czterema drutami 0.75mm (4*0.442mm^2). Uprzedzając: straty związane z efektem naskórkowości dla tej średnicy są nadal do pominięcia.

    Co do naturalnego chłodzenia - przypominam, że sprawność nawet najlepszego zasilacza nie jest 100% i na samych diodach po stronie wtórnej przy 10A będziesz tracił jakieś 7-10W. Podobnie jest po stronie pierwotnej. Licząc sprawność na poziomie 90% masz 30W do wytracenia - wentylator może się przydać...

    0
  • #7 23 Mar 2011 22:45
    metalicat
    Poziom 13  

    Serdecznie dziękuję za wyliczenia i pomoc.

    Temat uważam za zamknięty.

    Pozdrawiam -RoMan-'a

    Jeszcze raz Dzięki

    0