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El principio de funcionamiento del transformador de alta frecuencia ERG

Jul 14, 2018

ERGIO



El principio de funcionamiento de los transformadores de alta frecuencia puede no ser muy claro para muchas personas. Los presentaré a ustedes. ¡Espero que puedas apoyar nuestros productos!


La función del transformador de potencia es la transmisión de potencia, la conversión de tensión y el aislamiento de aislamiento. Como componente electromagnético magnético suave principal, es ampliamente utilizado en tecnología de suministro de energía y tecnología de electrónica de potencia. Según el tamaño de la potencia de transmisión, el transformador de potencia puede dividirse en varios archivos: 10 kVA o más para alta potencia, 10 kVA a 0.5 kVA para potencia media, 0.5 kVA a 25VA para baja potencia y 25VA para micro potencia. La potencia de transmisión es diferente, el diseño del transformador de potencia también es diferente, debe ser evidente por sí mismo. De acuerdo con su función principal es la transmisión de potencia, el nombre en inglés "Power Transformers" se traduce en "transformador de potencia", que todavía se utiliza en muchos documentos. ¿Se llama "transformador de potencia" o "transformador de potencia"? La autoridad para ser términos científicos y técnicos para elegir la decisión.


El mismo nombre en inglés "Power Transformer" también se puede traducir en "transformador de potencia". El transformador de potencia se utiliza principalmente para la transmisión de energía, conversión de voltaje y aislamiento de aislamiento en el sistema de transmisión y distribución de energía. La tensión primaria es de 6 kV o superior, la potencia es de 5 kVA y la máxima es de más de 10.000 kVA. Transformadores de potencia y transformadores de potencia, aunque el principio de funcionamiento se basa en el principio de inducción electromagnética, pero el transformador de potencia no solo enfatiza la transmisión de potencia, sino que también enfatiza el alto voltaje de aislamiento, tanto en el diseño de la bobina de núcleo como en el aislamiento estructura, y la transmisión de potencia es pequeña. Hay una diferencia significativa entre los transformadores de potencia con bajo voltaje de aislamiento de aislamiento, y es imposible aplicar las condiciones de diseño optimizadas del diseño del transformador de potencia al transformador de potencia. El método de diseño del transformador de potencia y el transformador de potencia es diferente, y debe ser evidente por sí mismo.


El transformador de potencia de alta frecuencia es un transformador de potencia con una frecuencia de trabajo superior a la frecuencia intermedia (10 kHz). Se utiliza principalmente para transformadores de fuente de alimentación de conmutación de alta frecuencia en fuentes de alimentación de conmutación de alta frecuencia, y también para fuentes de alimentación de inversor de alta frecuencia y máquinas de soldadura de inversor de alta frecuencia. Transformador de potencia del inversor. De acuerdo con la frecuencia de trabajo, se puede dividir en varios grados: 10 kHz a 50 kHz, 50 kHz a 100 kHz, 100 kHz a 500 kHz, 500 kHz a 1 MHz y 1 MHz o más. La potencia de transmisión es relativamente grande, la frecuencia de operación es relativamente baja; la potencia de transmisión es relativamente pequeña, y la frecuencia de operación es relativamente alta. De esta forma, existen diferencias en la frecuencia de operación y la potencia de transmisión. El método de diseño del transformador de potencia con diferentes frecuencias de operación es diferente, y debe ser evidente por sí mismo. Como se mencionó anteriormente, el autor no tiene el concepto equivocado de los principios de diseño, requisitos y procedimientos del transformador de alta frecuencia, pero a principios de julio de 2003, lea los dos componentes magnéticos de alta frecuencia especialmente recomendados en la sexta edición de Power. Aplicación de Tecnología 2003. Después de diseñar el artículo, tuve dudas y sentí que algunos temas merecían más discusión, así que escribí este artículo. Como se indica en el editorial de Power Technology Applications: "Específicamente analizando situaciones específicas", el propósito de la escritura es intentar aclarar el diseño de los transformadores de potencia de alta frecuencia, uno de los componentes magnéticos más difíciles de especificar y seleccionar. . Si hay algún problema, solicite a varios autores y lectores que me corrijan.


2 Principios de diseño para transformadores de potencia de alta frecuencia

Como un tipo de producto, el transformador de potencia de alta frecuencia posee naturalmente la propiedad de productos básicos. Por lo tanto, el principio de diseño del transformador de potencia de alta frecuencia es el mismo que el de otras materias primas, y es el mejor en términos de rendimiento y relación de precios en las funciones específicas bajo condiciones específicas. En ocasiones, el rendimiento y la eficacia pueden estar sesgados y, a veces, el precio y el costo pueden estar sesgados. Hoy en día, ligero, delgado, corto y pequeño se han convertido en la dirección de desarrollo del suministro de energía de alta frecuencia, lo que enfatiza la reducción de costos. Entre ellos, los transformadores de potencia de alta frecuencia, que se han convertido en una dificultad importante, deben trabajar mucho en este sentido. Por lo tanto, en el artículo "Design Essentials" de transformadores de potencia de alta frecuencia, solo hablar de rendimiento, sin mencionar los costos, no puede dejar de ser un gran defecto, si se pueden considerar seriamente los principios de diseño del poder de alta frecuencia. transformadores, la búsqueda de un mejor rendimiento y relación de precios Un transformador de alta frecuencia de suministro de energía de conmutación de un solo chip que transmite menos de 10 VA debe diseñarse para ser más ligero, más delgado, más corto y más pequeño. Sin importar el costo, ¡la ley del valor en el mercado es despiadada! Muchos productos con buen rendimiento a menudo se dejan de lado y se eliminan porque el mercado no puede aceptar el precio. A menudo, un nuevo producto es finalmente rechazado por el costo. Vale la pena que todos reflexionen profundamente sobre por qué algunos productos que son "ahorradores de energía y no rentables" no pueden promocionarse en el mercado. El costo del producto incluye no solo el costo del material, el costo de producción, sino también el costo de I + D y el costo del diseño.


Por lo tanto, para ahorrar tiempo, de acuerdo con la experiencia anterior, la relación de pérdida de cobre con pérdida de hierro, la inductancia de fuga y la relación de inductancia de magnetización, la relación de pérdida del primario y secundario, y la densidad de corriente del transformador de potencia de alta frecuencia se proporcionan algunos datos de referencia, y el grado de llenado de la ventana es, el cable de bobinado y la estructura recomiendan algunos programas, ¿qué pasa? ¿Por qué es necesario realizar cálculos y simulaciones paso a paso, no es un error conceptual? En la década de 1980, el autor desarrolló una fuente de alimentación de conmutación de amplificador magnético de alta frecuencia, que se optimizó para transformadores de potencia de alta frecuencia con el aumento de temperatura más bajo. Como la resistencia térmica es difícil de determinar, el resultado está lejos del prototipo y debe corregirse nuevamente. En las especificaciones del producto principal de algunas empresas, con el fin de acortar el tiempo para que los usuarios diseñen transformadores de potencia de alta frecuencia, algunas listas simplifican las fórmulas de diseño y algunas usan la tabla para enumerar la potencia de transmisión del núcleo a una determinada frecuencia operativa. Este tipo de comportamiento de ganar-ganar que es tanto para el usuario como para promocionar los productos de la compañía es un acto que se ajusta completamente a las leyes del mercado. De ninguna manera es un concepto erróneo que deba ser discernido. La pregunta es la información de referencia proporcionada. ¿La solución recomendada es un resumen de la experiencia? ¿Hay universalidad? Algunos de los argumentos presentados en el artículo "Discriminación" deben probarse en la práctica antes de que puedan ponerse de pie. En resumen, recuerde: el transformador de potencia de alta frecuencia es un producto (es decir, un producto básico), el principio de diseño es lograr la función específica en el uso específico de las condiciones para lograr la mejor relación precio-rendimiento. El único criterio para el diseño de inspección es si el producto diseñado puede resistir la prueba del mercado.


3 requisitos de diseño para transformadores de potencia de alta frecuencia

Tomando el principio de diseño como punto de partida, se pueden proponer cuatro requisitos de diseño para el transformador de potencia de alta frecuencia: condiciones de uso, funciones completas, mejorar la eficiencia y reducir los costos. 3.1 Condiciones de uso Las condiciones de uso incluyen dos aspectos: fiabilidad y compatibilidad electromagnética. En el pasado, solo se prestaba atención a la fiabilidad. Ahora, debido a la mayor conciencia de la protección del medio ambiente, es necesario prestar atención a la compatibilidad electromagnética. Confiabilidad significa que el transformador de potencia de alta frecuencia puede funcionar normalmente hasta la vida útil bajo las condiciones de uso específicas. La influencia más común de las condiciones de uso general en el transformador de potencia de alta frecuencia es la temperatura ambiente. Algunos materiales magnéticos blandos tienen un punto de Curie bajo y son sensibles a la temperatura. Por ejemplo: ferrita suave Mn-Zn, el punto Curie es solo 215 ° C, su densidad de flujo magnético, permeabilidad magnética y pérdida cambian con la temperatura, por lo que además de la temperatura normal de 25 ° C, dar 60 ° C, 80 ° C, varios datos de referencia a 100 ° C. Por lo tanto, la temperatura de funcionamiento del núcleo de ferrita blanda MnZn está limitada a 100 ° C o menos, es decir, cuando la temperatura ambiente es de 40 ° C, el aumento de temperatura solo puede ser inferior a 60 ° C, que es equivalente a la temperatura del material aislante Clase A. El cable electromagnético y el elemento aislante combinados con el núcleo de ferrita suave Mn-Zn generalmente están hechos de materiales aislantes de clase E y clase B, y el cable electromagnético de triple aislamiento y la película de poliamida con aislamiento de clase H se utilizan en grandes cantidades. ¿Cuánto aumenta el costo? ¿Es por el diseño optimizado del transformador de potencia de alta frecuencia aislado clase H, que puede reducir el volumen de 1/2 a 1/3? En caso afirmativo, proporcione datos de ejemplo específicos.

El autor ha desarrollado un transformador de tipo seco con aislamiento de clase H de 50 Hz y 10 kVA. En comparación con la frecuencia de potencia de aislamiento clase B 50Hz, transformador de tipo seco de 10kVA, el volumen se reduce en un 15% a un 20%, lo que es bastante considerable. Se utiliza el transformador de alta frecuencia de alta frecuencia 100kHz10VA con un volumen pequeño. Por ejemplo, el devanado secundario utiliza un cable aislado triple, que puede reducir el volumen de 1/2 a 1/3, lo cual es una experiencia muy valiosa. Consulte al autor para obtener una descripción detallada del diseño optimizado para que los lectores lo aprendan. La compatibilidad electromagnética significa que el transformador de potencia de alta frecuencia no genera interferencia electromagnética en el mundo exterior y puede soportar interferencias electromagnéticas externas. La interferencia electromagnética incluye un ruido audible audible y un ruido de alta frecuencia indescriptible. Una de las causas principales de la interferencia electromagnética de los transformadores de potencia de alta frecuencia es la magnetoestricción del núcleo. El material magnético blando con gran magnetoestricción produce una gran interferencia electromagnética. Por ejemplo, la ferrita suave MnZn tiene un coeficiente de magnetoestricción λS de 21 × 10-6, que es más de 7 veces la del acero al silicio orientado, y es 20 veces o más superior que la del permalloy magnético alto y la aleación amorfa . Más de 10 veces la aleación. Por lo tanto, la interferencia electromagnética generada por el núcleo de ferrita blanda de manganeso y zinc es grande. La principal causa de la interferencia electromagnética en los transformadores de potencia de alta frecuencia es la succión entre los núcleos y la fuerza de repulsión entre los cables de bobinado. La frecuencia de estas fuerzas varía con la frecuencia de funcionamiento del transformador de potencia de alta frecuencia. Por lo tanto, un transformador de potencia de alta frecuencia con una frecuencia operativa de aproximadamente 100 kHz no tiene una razón especial para no generar ruido de audio por debajo de 20 kHz. Dado que se propone la frecuencia de ruido de audio de una fuente de alimentación conmutada de un solo chip por debajo de 10 W, se trata de unos 10 kHz a 20 kHz, que debe ser la razón. Como el espectro de ruido no se dibuja, el motivo específico no está claro, pero es poco probable que lo genere el transformador de potencia de alta frecuencia. No es necesario usar un pegamento de cuentas de vidrio para unir el núcleo. En cuanto a este proceso de unión, el ruido de audio se puede reducir en 5dB. Proporcione ejemplos, datos y una explicación detallada de la causa del ruido, que será creíble. El blindaje es una buena manera de prevenir la interferencia electromagnética y aumentar la compatibilidad electromagnética de los transformadores de potencia de alta frecuencia. Sin embargo, para evitar la propagación de la interferencia electromagnética del transformador de potencia de alta frecuencia, se deben tomar las medidas correspondientes al diseñar la estructura del núcleo y diseñar la estructura del devanado. No es necesariamente la mejor solución agregar la cinta de protección externa, ya que solo puede evitar la interferencia de la radiación. La interferencia conducida no se puede bloquear. 3.2 Función de finalización Hay tres funciones para completar el transformador de potencia de alta frecuencia: transmisión de potencia, conversión de tensión y aislamiento de aislamiento. Hay dos formas de transferir energía. El primer tipo es el modo de transmisión de la potencia del transformador. El voltaje aplicado al devanado original genera un cambio de flujo magnético en el núcleo magnético, de modo que el devanado secundario induce un voltaje, de modo que la potencia eléctrica se transmite desde el lado primario al lado secundario. En el proceso de transmisión de potencia, el núcleo magnético se divide en dos modos de trabajo: cambio de dirección única de flujo magnético y cambio bidireccional. En el modo de operación de cambio unidireccional, la densidad de flujo magnético cambia de un valor máximo Bm a una densidad de flujo magnético residual Br, o de Br a Bm. El valor de cambio de densidad del flujo magnético ΔB = Bm - Br. Para aumentar ΔB, es deseable que Bm sea grande y Br sea pequeño. El modo de operación de cambio bidireccional cambia el flujo magnético de + Bm a -Bm, o de -Bm a + Bm. El valor de cambio de densidad de flujo magnético ΔB = 2Bm, para aumentar ΔB, es deseable que Bm sea grande, pero Br no es necesario que sea pequeño, ya sea un modo de operación de cambio unidireccional o un modo de operación de cambio bidireccional, el transformador el modo de transmisión de potencia no está directamente relacionado con la permeabilidad del núcleo magnético. relacionado. El segundo tipo es el modo de transmisión de potencia del inductor. La entrada de energía eléctrica del bobinado original hace que el núcleo magnético se excite y se convierta en almacenamiento de energía magnética. Luego, la desmagnetización hace que el devanado secundario induzca un voltaje y lo convierta en energía eléctrica para ser liberado a la carga. La potencia de transmisión está determinada por el almacenamiento de energía del núcleo del inductor, que a su vez está determinado por la inductancia del devanado primario. La inductancia está relacionada con la permeabilidad magnética del núcleo magnético, la permeabilidad magnética es alta, la inductancia es grande y el almacenamiento de energía es grande y no está directamente relacionado con la densidad del flujo magnético. Aunque el método de transferencia de potencia es diferente, los parámetros centrales requeridos son diferentes, pero en el diseño del transformador de potencia de alta frecuencia, la elección del material y los parámetros del núcleo sigue siendo una parte importante del diseño. En el artículo "Design Essentials" de los transformadores de potencia, es lamentable carecer de este contenido principal. Solo en la sección "pérdida de CA", el valor típico de BAC es 0.04 ~ 0.075T. Obviamente, el transformador de potencia de alta frecuencia de este documento utiliza el método de transmisión de potencia del inductor. Por qué no mencionar la permeabilidad magnética, pero el BAC no está claro. Después de revisar, en la aplicación "Power Technology Application" 2003 1/2, los "puntos principales de diseño" de la fuente de alimentación de conmutación escritos por el mismo autor principal, enumerados como "la elección del núcleo magnético", no mencionaron la permeabilidad magnética , pero elevó el máximo La densidad de flujo magnético Bm es 0.275T. Como no hay forma de onda para cambiar la densidad del flujo magnético, no está claro si el BAC en el párrafo anterior y el Bm en los siguientes son consistentes: ¿por qué la diferencia entre BAC y Bm es de 6.8 a 3.7 veces? ¿Qué es más claro, qué material de ferrita suave se selecciona? ¿Por qué elegir este modelo? No hay explicación en los dos artículos, así que tengo que dejar que los lectores adivinen. La conversión de voltaje se realiza por la relación de vueltas de los devanados primario y secundario. Independientemente del método de transmisión de potencia, la relación de conversión de voltaje del lado primario y secundario es igual a la relación de vueltas del devanado primario y el devanado secundario, y la conversión de voltaje no se ve afectada siempre que la relación de vueltas no cambie . Sin embargo, el número de vueltas de bobinado está relacionado con la inductancia de fuga del transformador de potencia de alta frecuencia. La inductancia de fuga es proporcional al cuadrado de las vueltas del devanado original. Curiosamente, ¿la inductancia de fuga puede especificar un valor? Los dos artículos publicados en el sexto número de Power Technology Application en 2003 tienen diferentes opiniones. El artículo "Fundamentos del diseño" establece: "Para un transformador de alta frecuencia que cumpla con los estándares de aislamiento y seguridad, la inductancia de fuga debe ser del 1% al 3% de la inductancia primaria en el circuito abierto secundario". "Discriminación" dijo: "En muchas hojas técnicas, la inductancia de fuga = 1% de la inductancia de magnetización o inductancia de fuga está marcada".

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Blanca: blancachen@erg.cn

ENCANTADA DE CONOCERTE.