Elektronisk transformer

Elektronisk transformer - navnet på den ordinære strømomformer forsyningsspænding på 220 V ved 12. Det er muligt, at der også vil være andre trosretninger. 12 VAC er meget brugt til belysningsformål, forudsat at enhedens popularitet. Transformer enhed kaldes et simpelt alternativ til strøm transformer 220 V.

tak

Du kan ikke komme uden om takket være Ruben Lee, gidet at indsamle så mange oplysninger om de vidunderlige små transformere i den samme bog. SV Kulikov har været en stor hjælp i forklarer multivibratorer enheden og ingeniører P. Fichera og R. Skoll fra STMicroelectronics Group of Companies forklarede den nuværende tilstand af industrien, at give rådgivning om valg af transistorer.

fordele

Elektronisk transformer er betydeligt lav og kan justere udgangseffekten. Ordningen er fleksibel og let at gennemføre kortslutningsbeskyttelse. En bivirkning bliver lav støj, ingen brummer typiske power transformer (mere præcist, de vibrationer inventar over den menneskelige hørelse).

Navnet og intern enhed

Elektronisk transformer består hovedsagelig af en kompakt transformer, og en række af transistorer. Faktisk er dette stærkt forenklet skifte strømforsyning. I stedet for generatoren ifølge en IC multivibrator ukompliceret bearbejdning af et par bipolære transistorer. Filtreret udgangsspænding ikke længere er behov, er føreren i stand til lav spænding udladningslamper uafhængigt glat spænding. Ingen thyristor og nede, power transistorer og så er den høje frekvens spænding generator. Fremgangsmåde:

1. Diodebroen ensretter spændingen filtrerbare delvist drosler.
2. Pulserende strøm feeds transistorer, der er inkluderet under ordningen multivibrator.
3. Med den højfrekvente impulsgenerator udgangssignal føres til en lille størrelse transformer.

Kunsten er at skabe transistorer, der kan fodres en høj spænding. Hvis generatoren er et integreret kredsløb (en puls er til stede i hver strømforsyning), behøver fabrikanterne ikke stærkt forvirrede af kun to afbrydere. For at forstå den elektroniske transformer værker skal være af de principper, som bygger miniaturisering af udstyret.

Årsagerne til den lille størrelse af pulstransformeren

Der er ingen klar grænse mellem strøm- og puls transformere. Lige ved stigende frekvens stærkt reduceret og dimensionerne af viklekernen på samme effekt springes over. Dette blev først realiseret Tesla, der ønskede at hæve frekvensen af ​​strømforsyningen udstyr til 600-700 Hz, for at gøre den aktuelle sikker for mennesker. Men med stigende hyppighed øget kernetab, og den bølge udstråles i rummet, og kablet skal vises. Den første skyldes fortykkelse af hysteresesløjfe af magnetiseringen vending cyklus grund, mærkeligt nok, strømmen i det laminerede materiale af induktionsstrømme.

Transformers i sin oprindelige form kom fra elnettet. I historien om skabelsen af ​​instrumenter krediteret Yablochkov men takke Meyl.ru svar, jeg ønsker at give et andet perspektiv på spørgsmålet:

1. I 1831 opfandt Michael Faraday den første (ringkerne) transformator og baseret på det viser virkningen af ​​loven om elektromagnetisk induktion.
2. Efter Michael Faraday transformer design nævnt Joseph Henry, opfinderen af ​​den elektromagnetiske relæ. Begge ikke er opmærksomme på de transformative egenskaberne for enheden.
3. I 1848, Henry Ruhmkorff opfandt spole til lysbuen i gnistgabet af det sekundære kredsløb. Faktisk viste det sig at være en step-up transformer. En sådan anvendelse af Tesla.
4. November 30, 1876 Paulus skabte Yablochkov kerne transformer med koncentriske viklinger til det formål, som instrumentet bruges den dag i dag.
5. John og Edward Hopkins i 1884 skabte en transformer med en lukket kerne, gentage venture Faraday. Et par år senere Swinburne lærte folk at bruge til viklingsisolation olie end den øgede spænding.
6. I 1928 tjente han i Moskva Transformator Plant (senere - Elektrozavod).

Nu uvyazhem beskrevet elektriske netværk. Ved begyndelsen af ​​80'erne selskabet allerede engageret i Edison belysning, Tesla byggede den første to-faset AC-motor. Brød ud mellem dem fjendskab resulterede i 90 år til "krigen af ​​strømninger". Spænding netværk begyndte løbende at stige, indtil den nåede 1,2 MW i 1982 på linjen Ekibastuz-Kokshetau. Holde trit med de ovenstående resultater var transformatorer, vokser i størrelse.

I "war strømninger" opdagede Tesla at med stigende frekvens transformere vægt mindskes som følge af miniaturisering af viklingerne og kernen. Hvilket førte til oprettelsen af ​​de første design for de høje frekvenser. Som du ved, blev de begivenheder ledsaget af fødslen af ​​radioen. Indførelsen af ​​disse teknologier førte hurtigt til behovet for at skabe en relativt lille størrelse enheder. Pulse transformere kom fra radioen. For eksempel mobilenheder adaptere bruge en simpel amplitude detektor ved dannelse spændinger.

Pulse transformere er normalt tungt lastet i modsætning til netværket. Det anslås, at ved en spænding på 11 kV power distribution given strøm 90 kA, og lampen på senderen 70 kW - forbruger kun 6. effekt beregnes ud fra den formel, i det første tilfælde modstanden er 0,1 ohm, i den anden - 2 ohm. Disse værdier definerer transformeren udgangsimpedans. De spiller en stor del vægt og dimensioner. Fordi industrielle design transformere er ikke egnet til elektronik: udnævnelsen varierer.

Materialer af små transformere

determinanter

Disse faktorer førte til søgning og oprettelse af nye materialer:

• Stål (koldvalsede) orienteret domæne struktur.
• Polymerisolation (herunder lak).
• Ren kobber radiofrekvens.
• Harpiks blottet for aggressive opløsningsmidler.
• Elektriske doteringer stål.
• Permalloy eller anden ferrit med en høj koefficient for magnetisk permeabilitet.

Takket være disse resultater for kemi, fysik og teknologi blev det muligt at opnå visse mål:

1. Reducere størrelsen af ​​de forbundne transformere.
2. For at reducere volumen, der optages af en højspænding del.
3. Opret filtre med skarpe stigende og faldende kanter af amplitude-frekvens karakteristik.
4. Udseendet transformatorer, specielt konstrueret til at overføre et pulssignal uden tab.
5. Raising transmissionsspektret for mikrobølger.

De sidste to punkter viser et direkte link. Skarpe kanter af impulssignalet sidste bevirker, - en signifikant del af spektret ligger i den høje frekvens område. Og en konventionel transformer ville skære del, forvrider form udglatning, med samtidig tab af energi. I midten af ​​50'erne spekulerede folk, hvorfor de puls transformere ikke er indbygget i lighed med magt. Efter alle kendte diagrammer, tabeller, formler til beregning kernesektionen, effektfaktor, spænding. årsager:

1. Frekvensområdet. Effektiviteten af ​​transformatoren ved den nedre driftsfrekvens bestemmes af induktansen af ​​tomgang, i toppen - den distribuerede self kapacitans. Disse parasitære effekter forårsage lækage magt, hvilket reducerer effektiviteten. På disse parametre afhænger af: antallet af vindinger af viklingen, størrelsen af ​​kernen, krydsninger viklinger, isolering typen og andre. Højfrekvente transformer er lavet i overensstemmelse med de nuancer, at transmittere det ønskede område med minimale tab.
2. De elektroniske kredsløb i de vigtigste parametre overvejes og reaktans af viklinger modstand. Nogle gange kommer til at krænke vægt og størrelse egenskaber for at opnå en god overførselshastighed. Designet er meget afhængig af destinationen og kredsløbet impedans. Forudsige det, som i tilfældet med transformatorer, er det svært.

I pulstransformeren ofte pansrede koaksial kerne med viklingerne gevind gennem vinduet. Dette tillader maksimal overførsel magnetisk flux. Yoke del lukker feltlinier, energitab er minimale. Dobbelt sidevæg tyndere stang, er strømmen opdeles her i to dele, der strømmer omkring ydersiden af ​​spolen. Periodisk stang kerne er mere egnet til et bestemt formål. Derefter magnetfeltet cirkulerer på pladsen, og viklingerne bringes på modstående sider af en ferromagnet. Kernen er normalt en integreret, ende mod ende, og at klæde sig spolen docking halvdele at forenkle processen med samleprocessen. Udførelse og beskyttelse casing definerede klimatiske faktorer (fugt, temperatur), restriktionerne for størrelse, spænding udpegelse.

Lang tid kunne ikke forstå, hvorfor de laboratorieundersøgelser af tab i kernen magnetiseringen vending ikke er sammenfaldende med de reelle data ved høje frekvenser. Det viste sig, indretningen til måling af karakteristika frembringer et konstant felt (øget effektivitet) og låsning af forekomsten af ​​inducerede strømme. Sidstnævnte bliver årsag til uoverensstemmelserne. Inducerede strømme direkte påvirke bredde hysteresesløjfens. Dag, elektriske materialer anvendes med lav koercivitet til fremstilling af kerner. Maksimal tab observeret, når mætning kørebanedetektor, er det begrænset til sendeeffekt gennem en puls transformer:

1. Øg aktive tab på viklingerne.
2. Lille effektivitet.

Formen af ​​hysteresesløjfens afhænger af den valgte materiale. Dag er kendte legeringer med en rektangulær karakteristik. Sådanne usædvanlige kvaliteter gør det muligt at skabe magnetiske forstærkere. Kraften overføres til kernen, bærer en udtalt jet skygge af indlysende grunde. Den aktive del udtrykker tabene i lamineret materiale. Reaktiv komponent er direkte afhængig af den magnetiske permeabilitet. Koldvalset stål bruges normalt til høje frekvenser, og varmvalsning stål detekterer en rimelig mængde silicium urenhed og anvendes til kommerciel frekvens 50-60 Hz. tykkelse plader (ifølge ændre parametre og induktionsstrømme) falder med stigende frekvens.

Som et resultat, kernetab er lille for små transformere. Det vigtigste bidrag er den ohmske modstand af viklingerne. I transformatorer tal er sammenlignelige i størrelsesorden. Ohmske modstand, dermed begrænset minimum ledertværsnit. Det menes at opretholde den angivne størrelse, fordi størrelsen af ​​kernen er stift defineret. Disse to modstridende faktorer afgør den økonomiske gennemførlighed og egnethed det valgte design.

Kort beskrivelse af de centrale legeringer

Udvælgelse af kernematerialet er bestemt af frekvensen og den induktive del af belastningsimpedansen. anvendes koldvalset stål, hvor den reaktive komponent er høj, eller der er behov for en konstant strøm at passere gennem viklingen. I andre situationer ses relevant nikkellegering med stor magnetisk permeabilitet men en lavere tilladelig fluxtæthed.

Stål, legeret med silicium, har de værste indikatorer, men billige. Det har koercitivkraft på 0,5 ørsted ved maksimal magnetisk permeabilitet på 8500 og en fluxtæthed 12 tusinde Gauss. Det anvendes i små størrelse lavfrekvente transformatorer (herunder det hørbare område).

Koldvalset elektrisk stål viser en langt bedre ydeevne på grund af strukturen-orienterede domæne. På lige koercivitet permeabilitet øges firedoblet ved maksimal fluxtæthed på 17 tusinde Gauss. Det tjener som et medium power transformer kerne.

Ferronikkel legering af 50% karakteriseret koercitivkraft tæt på nul. Der minimerer tabet af hysteresesløjfens (om omvendt). Ved lav tilladte magnetisk fluxtæthed (10 000 gauss) materiale karakteriseret bedøvelse permeabilitet (op til 50.000). God resistens over for lavfrekvente induktionsstrømme anvendes på bredbånd lille størrelse transformere.

Ferronikkel legering af 50% med orienterede domæner struktur anvendes i en mætning tilstand. I sammenligning med tidligere materiale kendetegnet ved øget og en halv gange den maksimale magnetiske fluxtæthed.

Permalloy (high-grade nikkellegering) er kendetegnet ved høj magnetisk permeabilitet i hundreder af tusinder af enheder. Det fungerer ved en lav magnetisk fluxtæthed, hvilket gør dets anvendelse i lille størrelse transformere.

Et sammensat ferrit stål og er særligt anvendelige i transformere og spoler med lavt tab til RF band. fremstilling funktioner tillader at skabe en fast kerne som helst form, med lav Curie-temperatur materiale (magnetiske egenskaber). Ferro belt snor godt og tjener til at skabe et stykke kerner, især en toroideform. Usædvanlige egenskaber tillader at omsætte begrebet en rektangulær hysteresesløjfe.

viklinger

Betragtes som acceptabel kernesektion 0,645 km. mm til 1 ampere. Dette giver en første tilnærmelse til bestemmelse af mængden af ​​kobber. Lapning udføres på de temperaturforhold, de elektriske parametre for transformeren, herunder en kapacitet (cm. Fig.). Yderligere stærkt afhængig af teknologiske funktioner. For eksempel en 30 gauge emaljetrådsforretning viklet manuelt linearitet faktor er 97%, automatisk samling reducerer parameter til 80%. Den samme konstruktion har egenskaber afhængigt af stedet produktfremstilling.

Pakningstæthed naturligt stiger med aftagende kaliber. Fra den fundne sektion beregner gennemsnittet viklingslængde at bestemme dens modstand. Slutningen af ​​wiren er normalt loddet til en konklusion. Det vigtigste krav - lav ohmsk kontakt modstand. Tyk høj effekt kerne er vanskeligt at vikle, hvis enden ikke er fastgjort. Som isolatorer anvendes:

1. Organiske materialer: silke, harpiks, bomuld, maling, elektriske papir. Dette er den første form for isolering, trådte i hverdagen for Sir Joseph Henry. Øvre temperatur anses for at være 105 grader Celsius.
2. Den anden klasse indbefatter glas, keramik og harpikssammensætningen. Generelt materialerne dyrere forgængere. Den øvre grænse på 130 grader Celsius.
3. Syntetiske polymerer af forskellig art. Fordelagtigt siliciumforbindelsen. Deres særkende anses for høj varmebestandighed. Dette omfatter silikat keramik. Den øvre grænse på 200 grader Celsius.

Forskellen klasser primært begrænset driftstemperaturer. Og inde - sortering udføres på individuelle karakteristika. For eksempel glasset naturligvis fylder mindre end asbest, og lige med silke. Keramik er ofte wrapper dækker det andet lag af et andet materiale på toppen af ​​harpiksen er en tæt stabling.

Den væsentlige forskel vises, når dimensioner er af afgørende betydning. This fordelagtigt strømkilder 400 og 800 Hz anvendes i luftfart. Så gælder materialerne i den anden klasse, selv om omkostningerne går højere. Husholdningernes elektronisk transformator er ofte billigere isolering. Dette er på grund af lav effektbehov og reducere priserne. Som et resultat, luft formår at reducere strømforsyninger 30-50%.

Ud fra dette er det nu nemt at forstå, hvorfor dyreste indenlandske transformere (fra fælles udstyr) specificerede driftstemperatur grænse på 135 grader Celsius (tilladt en kort stigning over ovennævnte tærskel). Det er inden for en anden, et gennemsnit af værdien af ​​gruppen. Inscription ser på sikringen indlejret i afviklingen, inde eller video-afspiller.

i begyndelsen af ​​halvtredserne skal måles igen muligheder for små transformere. Opnået for de industrielle netværk spændinger var ikke godt på grund af forskellen i frekvens. Materialer af den første gruppe ikke tillader en kvalitativt isolere ledning ved 50 Hz. Den resterende lille hul ikke dække harpiksen, de snoede start- gnister (coronaudladning). At kontrollere isolationsmodstanden test udføres for en lang højspænding.

Pionerer defineret testbetingelser som følger. Antage en prøve udtages af kobbertråd lederafsnittet den 0,5 mm. Det bemærkes, at den første gruppe isoleret objekt materialer begynder at gnist har 1.250 V. Så testen spænding reduceret til 20-30% af tærsklen er nået. fremstilling nøjagtighed varierer blandt virksomheder, i hvert tilfælde, en test for koronaudladning.

diodebro

Full-bølge ensretter anvendes i elektroniske transformere, diskuteres i gennemgangen af ​​en diode bro. Denne del af kredsløbet konverterer AC input spænding til en unipolær. Sommetider filter anbringes at udjævne udsving. De forskel output potentialer diodebroen anvendes til at strømforsyne push-pull kredsløb - transistor multivibrator.

Multivibratorer - impulsgivere

Naturligvis en transformer til at reducere vægten og anbringe det i sådan en lille sag kræver at øge driftsfrekvensen fra 50 Hz til ultralyd. En specifik værdi udvælges af fabrikanten. Flimmer af transistorer giver dig mulighed for at angive nogen værdi, kun begrænset af de tilgængelige hænder på element base. Ofte elektroniske transformere med stål skrog. Denne skærm, der forhindrer udslip af højfrekvente bølger i rummet.

Strukturelt multivibratorer er klasse D forstærkere (mindst et element pulses). Arbejde i en central form for transistorer kræver en kendt hastighed. I den låste tilstand mellem strømkollektoren og emitter er tæt på nul. Puls-tilstand i tillæg øger effektiviteten af ​​multivibratoren. De første indretninger af denne klasse er beskrevet Henry Abraham i Annales de fysik magasin for 1919. Det menes, at enheden var forløberen for den digitale teknologi, et år senere kom den første trigger Eccles-Jordan.

Multivibratorer styres og styrede, men - impulsgeneratorer af en given frekvens, svarende i form til rektangulært. Indlæse det er kompakt transformer. I det første tilfælde er det tilladt at ændre duty cycle og andre indstillinger, men den elektroniske transformer normalt ikke tilbyder sådanne komplekse funktioner, eller stærkt forøget pris.

Ifølge teorien-flop lov til at bygge en hvilken som helst form for aktive elementer, men med god grund brugte transistorer. Specifikke af drift opnås ved indførelse af feedback-kapacitiv eller induktiv kredsløb (for faseforskydning), både det aktive element styres hinanden efter tur.

Større amplitude vibrationer opnås ved anvendelse af komposit transistorer sekventielt aktiveret af en bestemt skema. Figuren viser et diagram, hvor RC-kæde med en given tidskonstant styrer et par transistorer danner impulser af en forudbestemt frekvens. Dette er et typisk elektronisk transformer 12V halogen (HID) lamper. Udstedt pålydende 6 og 24, drevet af fieldbus 110 eller 220 V. Funktionsprincippet for kredsløbet vist:

1. Indgangsspænding 220 ensrettes af diodebroen, der producerer en ladning kondensator. Denne inputstrengen indstiller switchfrekvensen Diack. Sætte trimmeren kondensator kan opnå effekten af ​​dæmpning lamper.
2. Deacon åbner og oplader RC-kæden af ​​den anden transistor, der forårsager starten tøven.
3. Dioden forhindrer spændingsfaldet endelig til transistoren T2 er lukket i slutningen af ​​perioden.
4. Ved mætningspunktet for feedback transistor slukker kerne choke.

Ydre koblingsfrekvens er kun begrænset af udformningen af ​​pulstransformeren kerne og forbigående karakteristika transistorer. En typisk switchfrekvensen 35 kHz. duty cycle er givet ved RC-kæder på baserne af transistorer. Det andet diagram viser en udførelsesform for kortslutningsbeskyttelse. Defekte halogenpærer, indtager for meget strøm, transistorer bliver en årsag overophedning og fiasko. Halvlederkomponenter p-n-overgange irreversibelt mister egenskaber.

Ved for højt forbrug af switched beskyttelse transistor kredsløb, RC elementer, som forsinker udløsningen transistoren T1. Situationen observeret i buen tænding. Koldkatoderoer finder lidt modstand og let at udføre. Som metallet elektroden varm strøm er reduceret, er en transformator og transistorerne placeret i en normal tilstand. Denne udvidede produktets levetid. Efter forsinkelsestiden (indstilles med R'er og Cs) enhed forsøger at starte igen, og hvis den nuværende ikke overstiger en forudbestemt værdi, kredsløbet ind i normal tilstand.

Krav til transistorer

Grund af den høje driftsspænding og kravene til lave omkostninger bipolære transistorer er valgt. At reducere de anvendte indikatorer halvbro-omskifterkredsløb. Spidsspændingen er 350 V, og slukkes når input filter, energien lagret drossel producerer pulsamplitude på op til 500 V.

Det særlige ved en halvbrokredsløb: spændingen er delt mellem de to transistorer. Derfor er den maksimale driftsstrøm er via udgangseffekt. At indretningen være 50 W 0,64 A Som anført ovenfor, når først drevne lamper, denne værdi til tider stærkt overskredet (op til 10 gange den nominelle værdi). Følgelig kan transistorer gennem en strøm løbe midlertidigt til 6,5 A.

Ud fra disse betragtninger anbefales det til elektronisk transformer 50W vælge transistorer med en maksimal spænding på 450 V eller højere ved en strøm på op til 7 A. Om frekvens nævnt ovenfor. Det afhænger af parametrene for pulstransformeren og tidskonstanten bestemt af RC-charge kæde. En typisk værdi - 35 kHz. For langsom transistorer kan føre til svigt frekvens og input i pulstransformeren kerne i mætning ved afslutningen af ​​hver cyklus. Den lagrede energi vil blive returneret til samlere i form af en væsentlig højde af toppen, som hypotetisk føre til fejlfunktion.