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

Gorące uzwojenie pierwotne transformatora impulsowego

23 Lis 2016 22:02 3171 32
  • Poziom 13  
    Witam,
    mam problem z nadmiernym grzaniem uzwojenia pierwotnego w przetwornicy, a mianowicie po 10 minutach pracy osiąga temperaturę ponad 140 C.

    Trafo, które zbudowałem oparte jest na rdzeniu ETD49 3C90 bez szczeliny, pracuje w układzie half-bridge z f=50kHz, uzwojenie pierwotne ma 39 zwojów z grubej licy, całość zasilana jest z napięcia sieciowego, wyprostowanego czyli 320V, po stronie wtórnej pobieram 120V i 5A.

    Czy taka temperatura pracy to norma czy należałoby zastosować jakiś trick ? Np. zwiększyć szczelinę lub zwiększyć/zmniejszyć liczbę zwojów lub też zwiększyć rdzeń ?
  • Pomocny post
    Poziom 29  
    Napisz coś więcej o tej "grubej licy" - jaki jest jej przekrój?
  • Poziom 13  
    120 drucików o średnicy 0,1mm, czyli 0,942mm2.
    Zakładając 3A/mm2, to zdaje się, że drut jest dobry.
  • Poziom 13  
    Jaki powinien być przebieg prądu na uzwojeniu pierwotnym ?
    - powinien przypominać trójkąt czy prostokąt ?
  • Poziom 20  
    Witam

    Przebieg prądu na uzwojeniu pierwotnym będzie zależał od prądu jaki jest pobierany z uzwojenia wtórnego, a ten zależy od tego czy masz dławik za prostownikiem czy nie oraz indukcyjności tego dławika.
    Na moje to niepotrzebnie zastosowałeś lice przy tej częstotliwości, oraz ilość zwojów na pierwotnym też zdecydowanie za duża.
    Daj trochę więcej informacji, bo wyciąganie każdego szczegółu nie ułatwia sprawy.
    Przydałby się schemat.
    Pozdrawiam Romek
  • Poziom 13  
    Tak więc schemat na załączonym zdjęciu, przetwornica w półmostku, klucze sterowane z UC3525, zasilanie +320V - wyprostowane sieciowe.
    Po stronie wtórnej powielacz napięcia, dławik wyjściowy 470uH i kondensator filtrujący 1uF.

    Zmierzyłem zachowanie prądu po stronie pierwotnej bez powielacza (zdjęcie nr2), przy zwykłym obciążeniu rezystancyjnym 500 Ohm, wypełnienie 40% i prąd wygląda książkowo. Skala na oscylogramie odpowiada w stosunku 1V to 1A.
    Po podłączeniu powielacza do strony wtórnej i obciążenia 500 Ohm przebieg prądu wygląda tak jak na obrazku nr3. Oczywiście wypełnienie zmniejszone do 20% ze względu na powielacz w układzie.
  • Pomocny post
    Poziom 20  
    Jak dla mnie oba przebiegi wyglądają poprawnie.
    Tak jak piszesz pierwszy wykres wygląda książkowo, drugi też ponieważ obciążenie masz pojemnościowe, dławik jest dopiero za kondensatorami. Co kłoniło ciebie do zastosowania powielacza niepotrzebnie sobie komplikując układ. Ogolnie powielacze sprawdzają sie tam gdzie potrzeba dużego napięcia przy małych prądach, u ciebie nie żaden z tych warunków
    Daj zdjęcie transformatora i dokładnie opisz jak go nawinęłaś.
    Pozdrawiam Romek
  • Poziom 13  
    Powielacz zastosowałem z tego względu, że potrzebuję także napięcia 1kV, prąd 0,5A. Niestety w kwestii obciążenia pojemnościowego to masz absolutną rację, pojemność a raczej reaktancja kondensatora stanowi bardzo duże obciążenie. Testując sam transformator na obciążeniu rezystancyjnym 500 Ohm, uzwojenia jak i całe trafo osiąga temperaturę 45C po 30 minutach, a z powielaczem i obciążeniem po 15 minutach jest już ponad 120 C. Niestety nie mam za dużo doświadczenia z powielaczami ale dziwi mnie takie zachowanie układu, może za duża pojemność albo zły typ kondensatorów. Może jakieś sugestie ?
    Trafo jest nawinięte na oryginalnym karkasie, najpierw uzwojenie wtórne a potem pierwotne, oddzielone między sobą 3 warstwami taśmy.
    Z dławikiem to mój błąd, wrzuciłem go za powielaczem przed kondensator filtrujący.
  • Pomocny post
    Poziom 20  
    Witam

    Podziel uzwojenie pierwotne na dwie części a pomiędzy daj uzwojenie wtórne, skąd pewność że tylko grzeje się pierwotne?
    Napisz ile warstw ma uzwojenie pierwotne oraz wtórne, czym nawinięte jest wtórne.
    Grzanie ewidentnie spowodowane są stratami w uzwojeniu , i jak pisałem uzwojenie pierwotne jest zbyt duże, dało by radę połowę tego.
    A zdajesz sobie sprawę że dając obciążenie za powielaczem wydzielana w nim moc jest prawie czterokrotnie większa niż bez powielacza.

    Pozdrawiam Romek
  • Poziom 13  
    Temperaturę uzwojeń sprawdziłem termoparą, wsuwając ją w otwór w karkasie i ewidentnie wyszło, że bardziej i szybciej nagrzewa się strona pierwotna.
    Odnośnie uzwojeń to strona pierwotna liczy 39 zwojów licą 120*0,1 tj. 0,94mm2 a wtórna 141 zwojów z licy 7*0,3 czyli 0,49mm2.
    Strona pierwotna to 3,5 warstwy, natomiast wtórna 3 układane w miarę ciasno.
    Wykonam jeszcze testy z mniejszą ilością zwojów i z podziałem uzwojenia pierwotnego jak radzisz. Jeżeli chodzi o moc to kontroluję prąd i napięcie tak, aby zarówno z powielaczem jak i bez nie było więcej niż 500W.
  • Poziom 13  
    Myślę, że po części sprawa grzania uzwojeń jest rozwiązana, zgodnie z oscylogramem zaznaczonym jako 3, widać że w płaskiej górnej części rdzeń się nasyca a uzwojenie działa jak grzałka. Zmniejszyłem liczbę zwojów na pierwotnym jak sugerowałeś, do tego wprowadziłem szczelinę w rdzeniu, temperatura uzwojenia to ok 50 C. Prąd na pierwotnym zmienia się w zależności od pojemności w powielaczu, pojemność większa niż 100nF jest zabójcza dla tranzystorów. Druga sprawa to pykanie i skwierczenie trafa, czym to może być spowodowane ? Trzecia rzecz, o którą chciałem zapytać to dobór dławika wyjściowego, jaka jest zasada, tak aby się nie grzał ?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Dławik w przetwornicach half-bridge stosuje sie dlatego ze sam półmostek z transformatorem stanowią sztywne źródło napięcia prostokątnego, przez co zmiana wypełnienia nie powoduje zmiany napiecia na wyjsciu, jeśli uda sie zmniejszyć napięcie to głównie przez przeciążenie i straty na rezystancji uzwojeń.

    Cytat:
    po stronie wtórnej pobieram 120V i 5A.
    Podczas gdy nominalnie miało być 1kV 0,5A? Gdybyś zwykły transformator sieciowy obciążył tak mocno że prąd osiągnie 10 krotność pradu nominalnego, lub napięcie spadnie do 12% nominalnego to nikt sie nie zdziwi że z transformatora pójdzie dym, to dlaczego dziwisz sie że u ciebie sie przegrzewa?

    Dławik z diodą i kondensatorem na wyjściu, w układach half-bridge, full bridge i forward, działa tak samo jak w układzie buck, przed dławikiem napięcie ma stałą amplitudę i zmienne wypełnienie dopiero za dławikiem napięcie staje sie zależne od wypełnienia.

    Jeśli chcesz zachować układ z podwajaczem napięcia to regulację napięcia należało by zrobić przed półmostkiem.

    Poniżej popełniłeś dwa błędy:
    Cytat:
    zgodnie z oscylogramem zaznaczonym jako 3, widać że w płaskiej górnej części rdzeń się nasyca a uzwojenie działa jak grzałka.
    To czy rdzeń się nasyca nie zależy od obciążenia, jeśli nie nasycił sie przy dużym wypełnieniu (oscylogram bez obciążenia) to jest pewne że nie nasycił sie też przy małym (oscylogram z obciążeniem).

    Cytat:
    Zmniejszyłem liczbę zwojów na pierwotnym jak sugerowałeś, do tego wprowadziłem szczelinę w rdzeniu,
    Obydwie zmiany prowadzą do zwiększenia prądu magnesującego (ale z tym nie miałeś problemów).
    W tej topoplogii jeśli doprowadzisz do nasycenia (nic takiego się nie stało), to wprowadzenie szczeliny nasycenia nie wyeliminuje (transformator to nie dławik i obowiązują tu inne zasady)

    Zalecane przez kolegę powyżej podzielenie uzwojenia pierwotnego poprawi jeszcze sztywność transformatora przez co układ z błędem konstrukcyjnym - bez dławika będzie działał jeszcze gorzej.
  • Poziom 13  
    Dziękuję za komentarz,
    dodatkowo rozpocznę od sprostowania, napięcie nominalne to 500V i 1A, powielacz zastosowałem aby osiągnąć 1kV i 0,5A. Niestety w moim pierwszym poście wkradł się błąd.
    - odnośnie oscylogramu nr 3 to nie do końca rozumiem dlaczego charakterystyka jest płaska w górnej części, skala na 2 i 3 oscylogramie to odpowiednio 2 i 5A na działkę,
    - jak dobrze wnioskuję transformator impulsowy w przetwornicy powinien działać bez szczeliny ?
    - a przebieg prądu w uzwojeniu pierwotnym kształtuje dławik wyjściowy.
  • Pomocny post
    Poziom 29  
    Prostownik z podwajaczem napięcia zadziała poprawnie w przetwornicy rezonansowej LLC, w której dławik jest przed transformatorem. Takie zasilacze stosuje się powszechnie w kuchenkach mikrofalowych, do zasilania magnetronów.
  • Poziom 13  
    Dla upewnienia powiedzcie mi czy transformator w zasilaczu impulsowym może mieć szczelinę czy jednak nie ?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Cytat:
    Dla upewnienia powiedzcie mi czy transformator w zasilaczu impulsowym może mieć szczelinę czy jednak nie ?
    Transformator nie powinien mieć szczeliny, szczelina jest potrzebna w elementach które muszą gromadzić energię, albo pracować ze składową stałą, czyli w dławikach. Jedynie we flyback-u "transformator" ma szczelinę, choć tak naprawdę jest to dławik z wieloma uzwojeniami.
  • Poziom 13  
    Dziękuję za odpowiedz.
    Mam jeszcze kilka pytań. Szacując liczbę zwojów po stronie pierwotnej transformatora na podstawie strony:
    http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/hgw_smps_e.html
    mam małe wątpliwości co do otrzymanego wyniku, a mianowicie interesuje mnie rdzeń ETD49, parametry które podaję: napięcie Vin=325V, f=50kHz, napięcie wyjściowe Uout= 500V, prąd Iout=1A.
    W efekcie otrzymuję indukcyjność L = 931.8uH z liczbą zwojów 39 strona pierwotna, 130 wtórna. Ze wzoru AL=L/N^2 wychodzi stała AL=612nH/N^2. Natomiast nota katalogowa podaje że AL dla rdzenia ETD49 3C90 wynosi 4200nH/N^2, czy te obliczenia ze strony sugerują szczelinę w rdzeniu czy coś innego należy jeszcze brać pod uwagę.
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    Zawsze możesz zbadać rdzeń poprzez nawinięcie 10-20 uzwojeń na rdzeń a pół mostek zasilić z autotransformatora, na wyjście wpiąć rdzeń z uzwojeniem testowym i zbadać jaki prąd przez niego przepływa poprzez przekładnik. To empirycznie wykaże ile możesz dać woltów na zwój.

    Zastanawia mnie to co napisałeś co do zdjęcia numer 3. Gdy rdzeń się nasyca to dochodzi do zwarcia i prąd jest głównie ograniczony rezystancją (empirycznie sprawdzone, mosfety zacnie eksplodują), to pytanie co ogranicza prąd u Ciebie?

    Powielacz gromadzi energię równą (u^2*C)/2, więc jak zwiększasz napięcie na wyjściu to energia gromadzona w powielaczu jest znacząca, a co za tym idzie układ głównie działa na zwarciu.

    By sterować takimi układami za pomocą częstotliwości a nie wypełnienia (napięcie i prąd na wyjściu) trzeba zastosować układy rezonansowe (LC przy obciążeniu lub układ LLC (wyjście jako źródło napięciowe) lub LCC (wyjście jako źródło prądowe) przy lżejszym obciążeniu.

    Założyłeś, że drut nawojowy ma emalię która trochę odchudza przekrój drutu?
  • Poziom 13  
    Cenna sugestia, sprawdzę układ z autotransformatorem a dokładniej ile V/zwój. A co do wykresu 3 to po około minucie MOSFETY dostawały całkowitego zwarcia no i wiadomo co dalej.
    Przyjrzę się konfiguracjom LLC i LCC jednak do końca układowi z powielaczem nie odpuszczę.
  • Pomocny post
    Poziom 36  
    AVE...

    Powtórzyłem Twoje kalkulacje i faktycznie podaje takie liczby dla EDT49. Zauważyłeś jednak, że ta pozycja w tabeli jest oznaczona jako za mały rdzeń dla tej aplikacji? Rdzeń ETD54 jest odpowiedni. Ale podnieś częstotliwość do 100kHz, nawiń 30 zwojów pierwotnego uzwojenia i sto wtórnego i powinno dać radę z tym rdzeniem...
  • Poziom 13  
    Dobry wieczór,
    dziękuję za zaangażowanie, programik bardzo ciekawy, z całą pewnością skorzystam z jego podpowiedzi.
    Odnośnie ETD49 to według SFDT2010 jest w stanie przenieść 740W przy 50kHz.
    Wszelkie testy będę wykonywał od jutra więc dam znać jakie efekty przyniosły, rdzeń ETD54 i 59 mam załatwione więc tylko kwestia sprawdzenia w praktyce.
    Pozdrawiam
  • Poziom 13  
    Witam, testy wykonane, niestety zakończone niepowodzeniem. W układzie z podwajaczem napięcia każdy transformator się grzeje.
    Zamierzam wykonać przetwornicę rezonansową. Koledzy może moglibyście doradzić jakiś konkretny typ, który warto wykonać LLC, LCC, LLCC ?
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    Zwiększ ilość uzwojeń na pierwotnym lub zmień rdzeń na większy. Jeśli pracujesz przy za dużej indukcji (B) to rdzeń zawsze będzie się grzał. Prąd płynący przez transformator nie obciążony powinien być minimalny (kilkanaście mA), jeśli masz więcej to znaczy, że albo złożyłeś rdzeń albo masz za mało zwojów na pierwotnym.

    Niestety układ z rezonansem nie sprawi, że rdzeń nie będzie się grzał, wręcz przeciwnie. Układy rezonansowe mają inne zalety, w popularnych rozwiązaniach chodzi głównie o minimalizację strat na komutacji kluczy.
  • Poziom 13  
    Witam, mam pytanie odnośnie przetwornicy rezonansowej np LLC, czy zmieniając częstotliwość kluczowania można regulować napięcie wyjściowe ? Jeżeli tak to w jakim zakresie można regulować ?
  • Moderator Projektowanie
    Niestety można regulować tylko pod obciążeniem i to w pewnym zakresie. Im większa dobroć układu rezonansowego tym łatwiej regulować, jednak Q na poziomie 2-3 to już dużo. Może dedykowane sterowniki do LLC jakoś ten problem rozwiązują, niestety nie budowałem nigdy z gotowych na rynku sterowników dedykowanych pod LLC.
  • Poziom 13  
    hmm, to w jaki sposób robi się przetwornice z regulowanym wyjściem DC ?, samo sterowanie wypełnieniem to duże straty, przebieg prostokątny na wyjściu o dużej amplitudzie itp.
  • Moderator Projektowanie
    Dlatego zasilacze laboratoryjne liniowe nadal są tak popularne, bo dają najłatwiejszą i bardzo dokładną możliwość regulacji.

    Widziałem przetwornice rezonansowe regulowane od 0V (do 600V), ale to była produkcja prywatna pewnego konstruktora, gdzie stosował swoje algorytmy sterowania.
  • Poziom 13  
    no tak, ale zasilacz liniowy to mała sprawność i brak możliwości uzyskania 500V
  • Poziom 38  
    dannnek napisał:
    ale zasilacz liniowy to mała sprawność i brak możliwości uzyskania 500V

    Widziałem takie co dawały 10 kV ( mierniki przebicia izolacji - tzw KENETRONY ) . :D