Расчет потерь в обмотке трансформатора Опции

[m1s0]

Ребят, делаю расчет средних потерь в full-bridge dc/dc преобразователе. Вопрос: как быть со средними потерями в обмотке трансформатора где средний ток равен нулю? Расчитывать рмс-значение, или посчитать среднее значение для положительного полупериода, потом для отрицательного и сложить?

Заранее благодарен

[Егоров]

Вопрос: как быть со средними потерями в обмотке трансформатора где средний ток равен нулю?

Это типичные трудности гения. У слона есть крылья, но они равны нулю.
Да, средний ток равен нулю. А мощность - нет.
Мощность P=I^2 *R. Когда в квадрат возводится отрицательное число (ток формально течет в другом направлении), получаем число положительное и ту же реальную мощность. Резистор греется, не понимая в какую сторону через него ток течет.
Посему, возводим в квадрат ток (эффективное значение) и умножаем на сопротивление обмотки. Это будет чисто активная мощность потерь. Что там с учетом частоты -сложнее несколько, пока не рассматриваем.

[m1s0]

Я к тому, что потери во всех других компонентах я считаю через средние значения тока. И мне кажется, что мешать эффективную мощность в обмотке со средней в других компонентах - это неправильно. Я понимаю, что резистору все равно в какую сторону течет ток. Поэтому, мне кажется, что более верный способ расчета это среднее значение от выпремленного тока обмотки, а не эффективное.

[SSerge]

Я к тому, что потери во всех других компонентах я считаю через средние значения тока. И мне кажется, что мешать эффективную мощность в обмотке со средней в других компонентах - это неправильно.

А мне кажется, что если Вам нужна средняя мощность, то именно мощность и нужно усреднять.
В случае с резистором это сводится к усреднению квадрата тока.

[Plain]

Потери в типичном правильном трансформаторе делятся пополам между сердечником и обмоткой. На холостом ходу второе практически равно нулю — следовательно, считайте первое.

[Егоров]

Да тут, похоже, до потерь в сердечнике еще очень далеко. Тут бы закон Ома для переменного тока.

Еще, если отбросить стереотипы, то "пополам" в правильно рассчитанном трансформаторе не всегда. Разработчику по большому счету все равно как потери делятся меж обмоткой и магнитопроводом. Общий КПД приемлем, температура в заданных пределах? Вот и хорошо.

[AlexeyW]

Еще, если отбросить стереотипы, то "пополам" в правильно рассчитанном трансформаторе не всегда. Разработчику по большому счету все равно как потери делятся меж обмоткой и магнитопроводом. Общий КПД приемлем, температура в заданных пределах? Вот и хорошо.

Я бы слегка возразил, хотя ни в коем случае не догматически. Как правило, если потери в конкурирующих при оптимизации местах очень сильно не равны - это признак далекости от оптимума. Ну, в данном случае - если потери в сердечнике пренебрежимы по сравнению с обмотками - мы можем сильно повышать частоту, таким образом уменьшая потери в обмотках и сумму потерь.

Я к тому, что потери во всех других компонентах я считаю через средние значения тока. И мне кажется, что мешать эффективную мощность в обмотке со средней в других компонентах - это неправильно. Я понимаю, что резистору все равно в какую сторону течет ток. Поэтому, мне кажется, что более верный способ расчета это среднее значение от выпремленного тока обмотки, а не эффективное.

Наверное, стоит прежде всего почитать, что такое "эффективный ток" (в отличие от "среднего тока"). Но, в общем, совершенно правильно сказано - "если Вам нужна средняя мощность, то именно мощность и нужно усреднять".

Я к тому, что потери во всех других компонентах я считаю через средние значения тока

Это относится только к небольшому количеству компонентов (например, диоды), падение напряжения на которых слабо зависит от тока, соответственно, мощность примерно пропорциональна току.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Jun 8 2013, 19:12

[SergCh]

Расчитывать рмс-значение

В обмотках трансформатора и "других" элементах мощность, выделяемая в тепло, это произведение квадата среднеквадратичного
(Эффективного, действующего) значения тока на активное сопротивление.
Есть такое понятие как габаритная мощность трансформатора, так вот оптимальным считается трансформатор, где потери в меди и сердечнике примерно равны на мощности источника около 0.7-0.8 от номинальной. При этом кпд трансформатора будет максимальным. То есть для каждого выбранного значения мощности наиболее подходящим будет только один из типоразмеров сердечников.

Сообщение отредактировал SergCh - Jun 8 2013, 19:27

[Herz]

Я к тому, что потери во всех других компонентах я считаю через средние значения тока.

Это круто! То есть, если ток симметричен, то и потерь нет?

Поэтому, мне кажется, что более верный способ расчета это среднее значение от выпремленного тока обмотки, а не эффективное.

А вот почему - "поэтому" - ума не приложу...

[Егоров]

Есть такое понятие как габаритная мощность трансформатора, так вот оптимальным считается трансформатор, где потери в меди и сердечнике примерно равны на мощности источника около 0.7-0.8 от номинальной.

В общем случае - да. А в реалиях оптимальным всегда будет оптимальный трансформатор. Все зависит от того, что именно оптимизировать. По стереотипу или наиболее часто встречающемуся случаю - так, как Вы пишете.

Но если слепо идти таким путем, то в изделии может оказаться 10 разных оптимальных трансформаторов, которые сделают изделие технологически неподъемным. Потому шесть из них, вспомогательных, оптимально сделасть совершенно неоптимальными по догматическим меркам - четыре с перегрузкой по меди, два - с разогревом сердечника. А еще пару - совсем уж неоптимальных, избыточных. Пусть безобразно, зато - единообразно. В итоге - серийнопригодное недорогое изделие.
Разработчик системы должен это видеть и корректировать разработчиков узкой специализации. Иначе, на складе предприятия будет вечный дефицит и громадные неликвиды сердечников, каркасов, провода. И полуфабрикатов тоже.
Это не считая сопровождения раздутой документации.

А чисто по трансформаторам... бродила небезынтересная статейка, даже перевод на русский кто-то сделал. Кажется, называлась она "Мифы, легенды и тосты о трансформаторах". Изложен 20-летний опыт специализированной фирмы. Не вредно почитать.

Поэтому, мне кажется, что более верный способ расчета это среднее значение от выпремленного тока обмотки, а не эффективное.

Все зависит от того как течет ток. Премо или прямо.

[Tarbal]

Ну неужели нельзя просто объяснить без демонстрации превосходства?
У каждого есть область в которой он плавает. Если человек спрашивает, то значит он признает, что не знает.
Теперь по существу. Энергия и мощность ВСЕГДА определяются как квадрат напряжения или квадрат тока или ток умножить на напряжение. Это закон Джоуля-Ленца плюс закон Ома. Среднее нельзя использовать для определения энергетической характеристики (энергии или мощности). Потери это величина мощности, которая греет трансформатор. Мощность и энергия соотносятся как скорость и пройденный путь. Можно сказать, что мощность это скорость преобразования энергии. В данном случае электрической в тепловую. Мощность измеряется в Ваттах, а энергия в Джоулях.

Про потери в трансформаторах не знаю ответа, а искать некогда. Может кто-нибудь поделится знаниями?

[Bludger]

Вот здесь есть немного:  PS_Magnetics.pdf ( 712.04 килобайт ) Кол-во скачиваний: 3223


Сообщение отредактировал Herz - Sep 2 2013, 08:11

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[MikeSchir]

Вот здесь есть немного:  PS_Magnetics.pdf ( 712.04 килобайт ) Кол-во скачиваний: 3223

Хорошая статья, полезная. Непонятен один термин на стр. 15 - "Вольтсекундный интервал"
Не освещена интересная тема - потери в сердечнике в зависимости от Кзап. для разных топологий. Хотя для потерь в обмотке в статье есть.

Сообщение отредактировал MikeSchir - Sep 2 2013, 08:36

[Tarbal]

Класная статья, спасибо.

[Myron]

Еще, если отбросить стереотипы, то "пополам" в правильно рассчитанном трансформаторе не всегда. Разработчику по большому счету все равно как потери делятся меж обмоткой и магнитопроводом. Общий КПД приемлем, температура в заданных пределах? Вот и хорошо.

Так опять бы определиться, что за задача. И если это игрушки для дома для семьи, то да, все равно. Plain же имел в виду, похоже, другие задачи и поэтому добавил "в типичном правильном трансформаторе потери делятся пополам между сердечником и обмоткой". Можно добавить примерно пополам при работе на габаритной мощности.
Но вообще согласен, что "до потерь в сердечнике еще очень далеко".

Если человек спрашивает, то значит он признает, что не знает.

Если человек спрашивает, то да. А не утверждает, что правильный путь - средний ток для рассчета потерь.

[SergCh]

Непонятен один термин на стр. 15 - "Вольтсекундный интервал"
Не освещена интересная тема - потери в сердечнике в зависимости от Кзап. для разных топологий. Хотя для потерь в обмотке в статье есть.

Отличная статейка!
Понравилось сравнение потерь в обмотках с проводом d=0.8 мм одним слоем и d=0.8 в две жилы и два слоя.
Очень неожиданный вывод.
Увеличение потерь в меди от высших гармоник тоже не думал что такое сильное на вроде бы невысокой частоте (100кГц).
Кстати почему потери в сердечнике должны зависеть от топологии источника?
От частоты и размаха индукции понятно. Есть у меня подозрение что потери в сердечнике увеличиваются при смещении петли
перемагничивания от симметричного своего положения.

Сообщение отредактировал SergCh - Sep 2 2013, 18:36

[_gari]

Кстати почему потери в сердечнике должны зависеть от топологии источника?

разная форма тока, разные трансформаторы

Сообщение отредактировал _gari - Sep 2 2013, 19:57

[SergCh]

разная форма тока, разные трансформаторы

Продолжая, "...разные сердечники.." ))))
Конечно по возможности при равных прочих условиях.
Скажем размах индукции одинаковый что в однотактнике, что в двухтактнике. Частота одинаковая.
Что, потери в сердечнике будут разными?

[MikeSchir]

...Кстати почему потери в сердечнике должны зависеть от топологии источника?
От частоты и размаха индукции понятно.

Разные скорости намагничивания и размагничивания сердечника в цикле.
Например, если источник работает по входу от 85 до 264 V АС (90 - 360 V DC), то в обратноходовике (в безразрывном режиме) скорость намагничивания будет меняться в 4 раза (будет влиять на потери в сердечнике), а скорость размагничивания будет постоянна (не влияет на изменение потерь в сердечнике), для прямого хода (например: "косой мост") обе скорости будут одинаково меняться в 4 раза, и одинаково влияние на потери. Это всё при постоянной частоте. Да и на потери в обмотках такой диапазон входного, скорее всего, тоже будет влиять.

[Bludger]

Наверное, я неудачно сформулировал, я вовсе не имел в виду, что потери в сердечнике зависят от топологии Потери зависят от материала, температуры, частоты перемагничивания и размаха индукции.. Если можно, ткните носом где в статье так неудобно получилось...

[MikeSchir]

Наверное, я неудачно сформулировал, я вовсе не имел в виду, что потери в сердечнике зависят от топологии Потери зависят от материала, температуры, частоты перемагничивания и размаха индукции.. Если можно, ткните носом где в статье так неудобно получилось...

Нет, всё удобно В статье об этом не говориться, это я вопрос задал. При пректировании, как правило, выручают запасы при расчёте. А как бы это посчитать?

[SergCh]

Наверное, я неудачно сформулировал, я вовсе не имел в виду, что потери в сердечнике зависят от топологии Потери зависят от материала, температуры, частоты перемагничивания и размаха индукции.. Если можно, ткните носом где в статье так неудобно получилось...

Так это вы автор ? Снимаю шляпу.
По поводу топологий,
MikeSchir писал:
"Не освещена интересная тема - потери в сердечнике в зависимости от Кзап. для разных топологий."
Вот я и пытаюсь понять, как от топологии зависят потери в сердечнике.

Разные скорости намагничивания и размагничивания сердечника в цикле.
Например, если источник работает по входу от 85 до 264 V АС (90 - 360 V DC), то в обратноходовике (в безразрывном режиме) скорость намагничивания будет меняться в 4 раза (будет влиять на потери в сердечнике), а скорость размагничивания будет постоянна (не влияет на изменение потерь в сердечнике), для прямого хода (например: "косой мост") обе скорости будут одинаково меняться в 4 раза, и одинаково влияние на потери. Это всё при постоянной частоте. Да и на потери в обмотках такой диапазон входного, скорее всего, тоже будет влиять.

В прямо и обратноходовиках всё понятно. у них совершенно разные трансформаторы.
В общем наверно да, раз потери в феррите пропорциональны квадрату частоты, значит они зависят от скорости намагничивания. А значит и от Кзап.
Просто не встречал такого прямого утверждения.

[Александр Козлов]

"В общем наверно да, раз потери в феррите пропорциональны квадрату частоты..."

Если бы так. Но для разных ферритов показатели Штеймица (степень при Вм) различные.
Например, для 2500НМС1 это 1,58-1,9 (при этом показатель при частоте 1) . Для 3F3 он составляет 2,83 (при этом показатель при частоте -2).
Сколько ферритов, столько и параметров.

Теория мертва, но разработчик вечно зеленеет...

[_gari]

Собственно остается только добавить,
что если еще учесть возможность работы разных топологий на разных частотах и с разной выходной мощностью, то можно смело утверждать - всегда найдется такой вариант, когда потери в одной топологии будут меньше чем в любой иной.

[Herz]

Тему почистил.

[Starichok51]

и тема про потери в обмотках трансформатора, а речь все время идет про потере в материале сердечника...