Чем мотать трансформатор на частоту 100 кГц?, для прямоходовго преобразователя Опции

[Dima92]

Посчитал по книжке Эрикссона и Максимовича трансформатор для прямоходового преобразователя.
Частота - 100 кГц, мощность - 300 Вт, входное - выпрямленное сетевое, выходное - 27 В, обмотка размагничивания присутствует.
Получилось на магнитопроводе EE30, первичная обмотка - 30 витков, вторичная - 9. Провода:
первичная из AWG24, диаметр - 0,56 мм, сечение - 0,2 мм2;
вторичная из AWG19, диаметр - 0,95 мм, сечение - 0,65 мм2.
На этой частоте глубина проникновения - 0,24 мм. Для первичной (при эквивалентном сечении) получается
5 проводов диаметром 0,267 мм и по-моему это не влезает в каркас, даже если укладывать в два слоя
чередуя со вторичной. Что делать? Брать ЕЕ40?
И вообще, это возможно намотать руками самому при отсутствии опыта (5 проводов в параллель)?

[Plain]

Данный сердечник, каркас и скобки к нему, а также специзолента — всё в пешей доступности от Вас, т.е. в СЗЛ.

Одиночные жилы многожильных, по расчёту, обмоток можно укладывать в однорядные слои зигзагом — каркас крепится неподвижно, в одну сторону мотается полное число витков данной обмотки, после этого петля достаточной длины, поддерживаемая в натянутом состоянии резинкой и крючком из скрепки, далее мотается полное число витков данной обмотки в обратную сторону, ещё петля на ещё одном крючке, и т.д. В данном случае, в одном ряду поместятся четыре "жилы" вторичной обмотки и, соответственно, будет три петли. После этого слой перетягивается поперёк тонкой лентой и, если он часть двойного, т.е. внутренний слой чередования, поверх него мотается второй такой же без каких-либо прокладок — в данном расчёте будет три таких двойных слоя, потому что число жил чётное и структура обмоток получается ПВВППВВП.

Второй способ — мотать с отводами, и он пригоден для станка, т.е. кручения каркаса ручной дрелью, зажатой в тисках — мотается полное число витков обмотки, далее вокруг неподвижного стержня делается петля, которая перетягивается ниткой или лентой у основания, далее в том же направлении мотается ещё одно полное число витков обмотки, ещё одна петля, и т.д. В конце данного расчёта получится те же четыре "жилы" и три петли, но, в отличие от первого способа, у которого петли целиком являются либо началами, либо концами, здесь их при соединении в жгут придётся поочерёдно разрезать и прозванивать, ну и, из-за перетяжки петель такими радиусами, нагрузка на эмаль провода гораздо серьёзнее, тогда как к этим местам приложен не ноль вольт, как в первом способе, а полное напряжение данной обмотки.

Третий способ — мотать весь слой за один раз в несколько жил параллельно, в данном случае — в четыре жилы, для чего требуется четыре катушки и соответствующая оснастка, ну или подготовить такую ленту руками заранее.

Четвёртый способ — взять магнитопровод на размер больше и намотать кое-как косами, но это заметно увеличит потери.

Но сперва, Вам бы ещё раз подумать передумать делать нечто с жёстким переключением 800 В с частотой 100 кГц.

[SSerge]

По данным Epcos у трансформатора на сердечнике E30/15/7 из феррита N87 для двухтактной топологии на частоте 100кГц и заполнении медью 0.4 получается "габаритная" мощность 418 Вт.
Но у Вас однотактный преобразователь, часть окна придётся отдать под межобмоточную изоляцию, ещё часть под обмотку размагничивания, а эффективность отвода тепла может оказаться заметно хуже чем в том идеальном случае для которого приводятся эти цифры.
Не факт что на деле удастся снять 300 Вт, уж во всяком случае не с первой попытки.

[Dima92]

Вот академическое сообщество любит высокие частоты и в примерах считают и на 200 кГц сетевые источники,
а тут совсем не любят, ну ладно, наверное не просто так. Пересчитал на 50 кГц, получилось на том же магнитопроводе:
24 витка в первичной проводом по 0,6 мм диаметром;
7 во вторичной проводом по 1,09 мм диаметром;
В примере провод по 0,4 мм диаметром - это две глубины скин-слоя, с двух сторон?
Из столь подробно описанных Plain четырех способов намотки я к сожалению понял только два последних.


В защиту жесткого переключения с 800 В могу написать, что задумал взять соотношение
Nперв/Nразм равным 0,6, тогда максимальное напряжение на транзисторе - 564 В
(конечно же без учета выбросов), максимальный коэффициент заполнения - 0,37, ну и ток в транзисторе
при коэффициенте трансформации 3,3 получается максимум 2,7 А.

Сообщение отредактировал Dima92 - Jul 7 2015, 11:50

[Егоров]

Смотрите сразу в сторону ЕЕ42 (15). Там намотаете колючей проволокой и будет как-то работать на 65-75кГц. ЕЕ30 явно не потянет эту мощность, как ни исхитряйся с петлями и зигзагами.
Все-таки, транзистор реальнее на 800 вольт. С размагничиваниеи за счет повышенного напряжения обмотки можно пролететь в переходных процессах. А обмотка 1 к 1 гарантированно размагнитить успеет, если заполнение у контроллера не более 0.5.
На ЕЕ42 я 250 ватт делал с RCD снаббером размагничивания, Очень даже приемлемо получилось, не жалеть только патроно...витков для первички, сколько влезет в два слоя. Ток намагничивания маленький будет. У меня индуктивность первички получалась в районе 10мГн.

[Plain]

Пересчитал на 50 кГц, получилось на том же магнитопроводе: 24 витка в первичной

Частота вдвое ниже, да ещё и витков меньше? То ли Вы правильно пользуетесь источником дезинформации, то ли неправильно противоположным по знаку.

Вот здесь же, в данном разделе форума, пятью темами ранее имеются подтверждённо исправно работающие программы расчёта различных типов моточных, любезно предоставленные непосредственно их автором — лучше воспользуйтесь ими, если не желаете достигнуть лишь ведёрка электронного лома.

Сообщение отредактировал Plain - Jul 7 2015, 18:43

[wim]

Для любителей экстрима - 190 Вт на E25: http://ac-dc.power.com/sites/default/files...iles/der368.pdf

[Dima92]

Эхх, ошибся я когда считал, забыл пересчитать вольтсекундное произведение. Посчитал еще раз на 50 кГц магнитопровод Е40,
получилось 43 витка в первичной обмотке и 13 во вторичной, скин-эффект (как все тут и без меня знают)
на этой частоте не особо проблема, мне очень нравится, буду считать на 50 кГц.
На Е42 тоже посчитаю, у него керн длиннющий, может и намотается в один слой все.
Читал тут в одной известной статье про изоляцию по краям каркаса по 3 мм, она правда нужна? Статья не врет?
Программами пока пользоваться не хочу, хочу сам понять как и что считать.

[Ydaloj]

да не вопрос, можно и 500Вт снять с ЕЕ30, но а) при какой плотности тока? б) при каком значении магнитной индукции?

если у вас канальное воздушное охлаждение, и вы трансформатор обклеите со всех сторон радиаторами, то - пожалуйста - полкиловатта вам на выход

а если габариты позволяют, то лучше взять железо покрупнее, а индукцию и плотность тока - поменьше. В итоге, получите хоть и примерно те же потери в железе, но они будут распределены по бОльшей площади магнитопровода, то есть температура сердечника будет ниже.

В питальнике TIS600-124 с выходом 24В вообще жуткий трансформатор, да и дроссель медной шиной намотан.


и ещё

мощность - 300 Вт, ... выходное - 27
Ввторичная из AWG19, сечение - 0,65 мм2.

То есть, у вас на выходной ток 11А используется провод 0,65мм2. То есть, плотность тока 17А/кв.мм.
Плотность тока 10А/кв.мм допускается применять, если обмотка на магнитопроводе выполняется открытой, и в 1 слой.
Для закрытых моточных узлов, плотность тока берётся 4-6А/кв.мм. Отсюда считайте требуемое сечение, и его разделяйте по скин-слою.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Егоров]

Читал тут в одной известной статье про изоляцию по краям каркаса по 3 мм, она правда нужна? Статья не врет?
Программами пока пользоваться не хочу, хочу сам понять как и что считать.

Врет конечно, если зазор преподносится как что-то магическое. Нужен он только для надежной изоляции, чтобы крайние витки не проваливались мимо межслойной изоляции и не было опасности замыкания первика-вторичка. Наденьте на крайние витки вторички дополнительно трубку (термоусадку можно, но бывает специальная из стеклоткани) и вымерять этот зазор не нужно будет.
А считать предельно просто. Маслом каши не испортить. Чем больше индуктивность трансформатора - тем лучше. Разумная достаточность - ток хх (ток намагничивания) должен быть не более 10-15% от максимального рабочего.
И это... спуститесь килогерц на 66-75. Куда легче будет со скин-эффектами, динамическими потерями и прочими заботами.

[wim]

скин-эффект (как все тут и без меня знают)
на этой частоте не особо проблема.

Неа, не все знают - расскажите, как это Вы так лихо с ним расправились. А то тут многие по-старинке импульс в ряд Фурье раскладывают и для каждой гармоники считают Rac/Rdc. С учетом эффекта близости, который зависит от конфигурации обмоток, которой Вы еще не знаете - то ли в один слой, то ли в два.

[Dima92]

Для любителей экстрима - 190 Вт на E25

Я ж не писал, что вот непременно хочу снять 300 Вт с ЕЕ30 на 100 кГц, я писал, что так получилось по расчетам из книжки, меня поправили.

И это... спуститесь килогерц на 66-75. Куда легче будет со скин-эффектами, динамическими потерями и прочими заботами.

Да я уж на 50 спустился и на сердечнике предложенном вами посчитал.

Неа, не все знают - расскажите, как это Вы так лихо с ним расправились.

Нужно мне было написать, что провод для первичной обмотки посчитался (при очередном пересчете) сечением 0,7 мм, что почти две глубины проникновения,
по формуле 7,5/корень из частоты.
Мотать думаю так: половина первичной - два слоя вторичной - еще половина первичной - размагничивающая - питания.
Можно слои первичной и вторичной чередовать, какие у этого способа минусы? Много изоляции?

То есть, у вас на выходной ток 11А используется провод 0,65мм2. То есть, плотность тока 17А/кв.мм.

А плотность тока не по среднеквадратичному значению считать? Насколько я знаю, плотность тока в меди ограничивается условиями охлаждения (и нагрева),
а мощность считается по rms, а rms - 6 А, где-нибудь не прав?

И наконец, что посчиталось: магнитопровод ЕЕ42/21/15, первичная - 45 витков, 2 провода сечением 0,25 мм;
вторичная - 14 витков - 5 проводов сечением 0,25 мм. Индукция - 0,1176 Тл. Плотность тока во вторичной - либо 4,8 А/мм2, либо около 8,
тогда придеться проводом потолще намотать, чтоб в два слоя влезло. Суммарные потери - 1,8 Вт (без учета эффекта близости и гармоник прямоугольного импульса).

[wim]

по формуле 7,5/корень из частоты.

"Глубина проникновения" - это некий промежуточный параметр, который имеет смысл, только если довести расчет до конца, с учетом формы импульсов тока и эффекта близости. Например, график увеличения потерь для прямоугольных импульсов показывает, что при M=0,5 и Ь=1 эта самая "глубина" на потери практически никак не влияет. А для толстого провода она не влияет на потери при любом числе слоев.

Мотать думаю так: половина первичной - два слоя вторичной - еще половина первичной - размагничивающая - питания.
Можно слои первичной и вторичной чередовать, какие у этого способа минусы? Много изоляции?

Минимальные потери дает конфигурация: одна обмотка в один слой между двумя половинками другой обмотки. На графиках это соответствует M=0,5. Чередование по слоям половинок обмоток дает M=1, что тоже неплохо.
Кстати, интересуюсь спросить - почему Вы решили делать однотранзисторный преобразоваетль, если двухтранзисторный, "косой полумост", гораздо проще в реализации?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Dima92]

"Глубина проникновения" - это некий промежуточный параметр, который имеет смысл, только если довести расчет до конца, с учетом формы импульсов тока и эффекта близости. Например, график увеличения потерь для прямоугольных импульсов показывает, что при M=0,5 и Ь=1 эта самая "глубина" на потери практически никак не влияет. А для толстого провода она не влияет на потери при любом числе слоев.

Да, эти картинки видел. Что получается, при чередовании слоев обмоток диаметр провода не имеет значения? Можно мотать достаточно толстым вместо пяти тонких?

Эту схему решил взять так как (кто-то возможно уже догадался) опыта разработки у меня нет, мне бы один транзистор включить, я так рассуждал.

[wim]

получается, при чередовании слоев обмоток диаметр провода не имеет значения?

Вы не на ту картинку смотрите, отверните на предыдущую страницу - там ясно видно, что имеют. Но число слоев влияет на потери значительно сильнее.

Можно мотать достаточно толстым вместо пяти тонких?

Скрутка эквивалентна увеличению числа слоев. Если их пять, это примерно два слоя. Можно мотать тонкими, укладывая их в один слой, но пять тонких - это перебор, реально можно мотать в два-три провода. Если толстый провод не очень жесткий, то можно толстым. Или литцендратом.

мне бы один транзистор включить, я так рассуждал

Вам надо разобраться как устроено то, что уже разработано другими, например:
http://www.st.com/st-web-ui/static/active/.../CD00043746.pdf
https://www.ti.com/seclit/ml/slup057/slup057.pdf
http://www.ti.com/lit/ml/slup229/slup229.pdf
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8373-D.PDF