Elektronisk transformator

Elektronisk transformator - namnet på det vanliga effektomvandlaren matningsspänning av 220 V vid 12. Det är möjligt att det kommer att finnas även andra valörer. 12 VAC är allmänt används för belysningsändamål, under förutsättning att enhetens popularitet. Transformatorenhet kallas ett enkelt alternativ för effekttransformator 220 V.

tack

Du kan inte komma runt tack vare Ruben Lee, brytt sig om att samla in så mycket information om de underbara små transformatorer i samma bok. SV Kulikov har varit till stor hjälp för att förklara vippor enheten och ingenjörer P. Fichera och R. Skoll från STMicroelectronics GRUPP AV BOLAG förklarade det aktuella läget i branschen, ge råd om valet av transistorer.

fördelar

Elektronisk transformator är betydligt låg och kan justera uteffekten. Systemet är flexibelt och lätt att genomföra kortslutningsskydd. En sidoeffekt blir lågt brus, ingen surr typisk krafttransformator (mer exakt, vibrations fixturer ovanför den mänskliga hörseln).

Namnet och intern enhet

Elektronisk transformator består väsentligen av en kompakt transformator, och ett antal transistorer. I själva verket är detta starkt förenklad switchade nätaggregat. I stället för generatorn av en IC multivibrator okomplicerad bearbetning av ett par bipolära transistorer. Filtrerades utspänning inte längre behövs, är föraren i stånd att lampor lågspänning urladdnings oberoende jämn spänning. Inga tyristor och strömbrytare, effekttransistorer och så är den högfrekventa spänningsgeneratorn. Tillvägagångssätt:

1. Diodbryggan likriktar spänningen filtrerbart delvis stryper.
2. Pulserande flöde flöden transistorer som ingår inom ramen för systemet multivibratorn.
3. Med det högfrekventa pulsgenerator utsignal matas till en liten storlek transformator.

Tricket är att skapa transistorer som kan matas en hög spänning. Om generatorn är en integrerad krets (en puls är närvarande i varje strömförsörjning), behöver tillverkarna inte kraftigt förbryllad endast två strömbrytare. För att förstå den elektroniska transformatorn arbeten måste vara av de principer som ligger till grund för miniatyrisering av utrustningen.

Orsakerna till den lilla storleken hos pulstransformatorn

Det finns ingen tydlig gräns mellan kraft- och pulstransformatorer. Precis som frekvensen ökar kraftigt reduceras och dimensionerna hos lindningskärnan vid samma effekt hoppas över. Detta var först insåg Tesla, som ville höja frekvensen i strömförsörjningen utrustning till 600-700 Hz, för att göra den nuvarande säkra för människor. Emellertid, med ökande frekvens ökad kärnförlust, och vågen strålas ut i rymden, och kabeln behöver visas. Det första beror på förtjockning av hysteresslingan för magnetiseringen återföring cykeln, på grund av, konstigt nog, strömmen i det laminerade materialet genom induktionsströmmar.

Transformers i sin ursprungliga form kom från elnätet. I historien om skapandet av instrument kredit Yablochkov men tacka Meyl.ru svar vill jag ge ett annat perspektiv på frågan:

1. I 1831 Michael Faraday uppfann den första (toroid) transformator och baserat på det visar effekten av lagen av elektromagnetisk induktion.
2. Efter Michael Faraday transformatorkonstruktion nämns Joseph Henry, uppfinnaren av det elektromagnetiska reläet. Båda inte uppmärksamma den omvandlande egenskaperna hos anordningen.
3. I 1848, Henry Ruhmkorff uppfann spole för ljusbågen i gnistgapet av den sekundära kretsen. I själva verket visade det sig vara en step-up transformator. Sådan användning av Tesla.
4. November 30, 1876 Paul skapade Yablochkov core transformator med koncentriska lindningar för det ändamål för vilket instrumentet används i dag.
5. John och Edward Hopkins i 1884 skapade en transformator med en sluten kärna, upprepa satsning Faraday. Några år senare lärde Swinburne människor att använda för att linda isolering olja än den ökade spänningen.
6. År 1928 tjänade han Moskva Transformator Plant (senare - Elektrozavod).

Nu uvyazhem beskrivna elektriska nät. I början av 80-talet företaget redan engagerade i Edison belysning, byggde Tesla den första tvåfas växelströmsmotor. Utbröt mellan dem fiendskap resulterade i 90 år till "strömkriget". Spännings nätverk började att kontinuerligt stiga tills den nådde 1,2 MW 1982 på linjen Ekibastuz-Kokshetau. I takt med ovanstående prestationer var transformatorer, ökar i storlek.

I "kriget strömmarna" upptäckte Tesla att med ökande frekvens transformatorer vikten minskar på grund av miniatyrisering av lindningarna och kärnan. Som ledde till skapandet av den första design för de höga frekvenserna. Som ni vet var de händelser tillsammans med födelsen av radion. Införandet av dessa tekniker ledde snabbt till behovet av att skapa en relativt liten storlek apparater. Pulstransformatorer kom från radion. Exempelvis mobila enheter adaptrar använder en enkel amplitud-detektor vid formationsspänningar.

Pulstransformatorer är vanligtvis tungt lastade i motsats till nätverket. Det beräknas att vid en spänning av 11 kV kraftdistribution given ström 90 kA, och lampan på sändaren 70 kW - förbrukar endast 6. effekten beräknas från formeln att i det första fallet motståndet är 0,1 Ohm, i den andra - 2 ohm. Dessa värden definierar transformatorn utgångsimpedans. De spelar en stor roll vikt och mått. Eftersom industriell formgivning transformatorer är inte lämpliga för elektronik: utnämningen varierar.

Material av små transformatorer

determinanter

Dessa faktorer har lett till sökandet och skapande av nya material:

• Stål (kallvalsad) orienterad domänstruktur.
• Polymerisoleringen (inklusive lack).
• Ren koppar radiofrekvens.
• Harts saknar aggressiva lösningsmedel.
• Elektriska dopämnen stål.
• Permalloy eller annan ferrit med en hög koefficient för magnetisk permeabilitet.

Tack vare dessa landvinningar kemi, fysik och teknik blev det möjligt att uppnå vissa mål:

1. Minska storleken på de anslutna transformatorer.
2. Att reducera den volym som upptas av en högspänningsdelen.
3. Skapa filter med skarpa stigande och fallande kanter av karakteristiska amplitud-frekvenskarakteristiken.
4. Utseende transformatorer, särskilt utformade för att sända en pulssignal utan förlust.
5. Höja transmissionsspektret för mikrovågor.

De sista två poster visar en direktlänk. Skarpa kanterna på pulssignalen orsaka det faktum - en betydande del av det spektrum som ligger i den höga frekvensområdet. Och en konventionell transformator skulle skära parti, förvränga formen utjämning, med samtidig förlust av energi. I mitten av 50-talet undrade folk varför pulstransformatorer inte är byggda i likhet med makt. Efter alla kända diagram, tabeller, formler för beräkning av kärnsektionen, effektfaktor, spänning. orsaker:

1. Frekvensområdet. Effektiviteten hos transformatorn vid den lägre arbetsfrekvensen bestäms av induktansen i tomgång, vid toppen - den distribuerade själv kapacitans. Dessa parasitiska effekter orsaka läckage effekt, vilket kraftigt minskar effektiviteten. På dessa parametrar beror på: antalet varv i lindningen, storleken på kärnan, passerar lindningar, isolering typ och andra. Högfrekvent transformator är tillverkad i överensstämmelse med de nyanser, för att överföra det önskade området med minimala förluster.
2. De elektroniska kretsarna i de viktigaste parametrarna beaktas och reaktansen hos lind motstånd. Ibland går att göra intrång vikt- och storleksegenskaper för att uppnå en bra överföringshastighet. Designen är i hög grad beroende på destination och krets impedans. Förutse det, som i fallet med krafttransformatorer, är det svårt.

I pulstransformatorn ofta bepansrade koaxiell kärna med lindningar gängade genom fönstret. Detta medger maximal överföring magnetiskt flöde. Okdelen stänger fältlinjer, energiförlusterna är minimala. Dubbel sidovägg tunnare stången flödet uppdelat här i två delar som strömmar runt utsidan av spolen. Periodiskt stavkärna är mer lämplig för ett visst ändamål. Då magnetfältet cirkulerar på torget, och lindningarna sätts på motsatta sidor av en ferromagnet. Kärnan är vanligtvis en integrerad, ände mot ände, och att klä upp de spiraldockningshalvorna för att förenkla processen för monteringsprocessen. Exekvering och skydd höljes definierade klimatfaktorer (fukt, temperatur), restriktioner för storlek, spänningsbeteckningen.

Lång tid kunde inte förstå varför laboratoriestudier av förluster i kärnan magnetisering återföring inte sammanfaller med de verkliga data vid höga frekvenser. Det visade sig, anordningen för mätning av egenskaper producerar ett konstant fält (för ökning av effektivitet) och låsning förekomsten av inducerade strömmar. Det senare blir orsaken till skillnaderna. Inducerade strömmar direkt påverka bredden på hysteresslingan. Idag, elektriska material användas med låg koercivitet för tillverkning av kärnor. Maximal förlust observeras när mättnad magnetslinga, är den begränsad att överföra kraft genom en pulstransformator:

1. Öka aktiva förluster på lindningarna.
2. Liten effektivitet.

Formen hos hysteresslingan beror på det valda materialet. Idag är det kända legeringar med en rektangulär egenskap. Sådana ovanliga egenskaper gör att du kan skapa magnetiska förstärkare. Kraften överförs till kärnan, bär en uttalad jet nyans av uppenbara skäl. Den aktiva delen uttrycker förlusterna i laminerat material. Reaktiv komponent är direkt beroende av den magnetiska permeabiliteten. Kallvalsat stål används vanligtvis för höga frekvenser, och varmvalsning av stål detekterar en skälig mängd kisel förorening och används för kommersiell frekvens 50-60 Hz. tjockleks plattor (enligt ändra parametrar och induktionsströmmar) minskar med ökande frekvens.

Som ett resultat av detta är kärnförlusten liten för små transformatorer. Den viktigaste bidrag är den ohmska motståndet hos lindningarna. I krafttransformatorer siffror är jämförbara i storlek. Ohmskt motstånd, därav begränsas den minimala ledararea. Man tror att upprätthålla den specificerade storleken, eftersom storleken hos kärnan är stelt definierad. Dessa två motstridiga faktorer bestämmer ekonomisk genomförbarhet och lämplighet för den valda design.

Kort beskrivning av kärnlegeringar

Val av kärnmaterialet bestäms av frekvensen och den induktiva delen av belastningsimpedansen. Kallvalsat stål används där den reaktiva komponenten är hög, eller om det finns behov för en konstant ström att passera genom lindningen. I andra situationer sett relevanta nickellegering med stor magnetisk permeabilitet men en lägre tillåten flödestäthet.

Stål, legerat med kisel, har de värsta indikatorerna, men billigt. Den har koercitivkraft av 0,5 örsted vid den maximala magnetiska permeabiliteten hos 8500 och en flödestäthet 12 tusentals Gauss. Den används i liten storlek lågfrekventa transformatorer (inklusive det hörbara området).

Kallvalsade elektrostål visar en mycket bättre prestanda på grund av strukturen orienterad domän. Vid lika koercivitet permeabiliteten ökar fyra gånger vid den maximala flödestäthet av 17 tusentals Gauss. Det tjänar som ett medium kärneffekttransformator.

Ferronickel legering av 50% känne koercitivkraft nära noll. Det minimerar förlusten av hysteresslingan (på återföring). Vid låg tillåten magnetisk flödestäthet (10 000 gauss) material, kännetecknat bedövning permeabilitet (upp till 50 tusen). God beständighet mot lågfrekventa induktionsströmmar som tillämpas på bredbands små dimensioner transformatorer.

Ferronickel legering av 50% med orienterade domäner struktur används i en mättnadsläge. I jämförelse med tidigare material som kännetecknas av ökad och en halv gånger den maximala magnetiska flödestäthet.

Permalloy (högvärdig nickellegering) kännetecknas av hög magnetisk permeabilitet i de hundratals tusentals enheter. Den arbetar vid en låg magnetisk flödestäthet, vilket gör dess användning i liten storlek transformatorer.

En komposit ferrit stål och är av speciell användning i transformatorer och induktorer med låg förlust för RF-band. tillverknings funktioner gör att skapa en solid kärna av vilken som helst form, med låg material Curie-temperatur (magnetiska egenskaper). Ferro belt vindar väl och tjänar till att skapa en i ett stycke kärnor, i synnerhet en toroidform. Ovanliga egenskaper gör det möjligt att förverkliga idén om en rektangulär hysteresslinga.

lindningar

Anses acceptabelt kärnsektion 0,645 km. mm till 1 ampere. Detta gör att en första approximation för att bestämma mängden koppar. Läppning utförs på temperaturbetingelserna, de elektriska parametrarna hos transformatorn, inklusive en kapacitet (cm. Fig.). Ytterligare starkt beroende av tekniska funktioner. Till exempel, lindas en 30 gauge emaljerad tråd manuellt linjäritet faktorn är 97%, reducerar automatiserad montering parametern till 80%. Samma konstruktion har egenskaper beroende på vilken produkt tillverkningsstället.

Packningstätheten stiger naturligt med minskande kaliber. Från den funna sektionen beräknar medelvärdet lindn längd för att bestämma dess resistans. Änden av tråden brukar lödas till en slutsats. Det viktigaste kravet - lågohmig kontaktmotstånd. Tjock hög effekt kärna är svårt att linda om slutändan inte är ansluten. Som isolatorer används:

1. Organiska material: siden, harts, bomull, färg, elektriska papper. Detta är den första typen av isolering, in i det vardagliga livet i Sir Joseph Henry. Övre temperatur anses vara 105 grader Celsius.
2. Den andra klassen innefattar glas, keramik och hartskompositionen. I allmänhet material dyrare föregångare. Den övre gränsen för 130 grader Celsius.
3. Syntetiska polymerer av olika slag. Med fördel kiselföreningen. Deras utmärkande drag anses hög värmetålighet. Detta inkluderar silikat keramik. Den övre gränsen på 200 grader Celsius.

Skillnads klasser begränsade huvudsakligen driftstemperaturer. Och inne - betygssättning utförs på individuella egenskaper. Till exempel tar glaset uppenbarligen mindre plats än asbest, och lika med silke. Keramer är ofta omslaget täcker det andra skiktet av ett annat material på toppen av hartset är en tät stapling.

Den väsentliga skillnaden visas när dimensioner är av största vikt. Detta med fördel strömkällor 400 och 800 Hz används inom luftfarten. Applicera sedan materialen i den andra klassen, även om kostnaden blir högre. Hushållens elektronisk transformator är ofta billigare isolering. Detta beror på låg effektbehovet och sänka priserna. Som ett resultat, lyckas luft för att minska nätaggregat 30-50%.

Utifrån detta är det nu lätt att förstå varför dyraste inhemska transformatorer (från gemensam utrustning) specificerade driftstemperaturgräns av 135 grader Celsius (tillåts en kort stiga över de ovan tröskel). Det är inom ett andra, ett genomsnitt av värdet av gruppen. Inscription tittar på säkring inbäddad i lindningen inuti eller VCR-spelare.

i början av femtiotalet alternativ för små transformatorer måste mätas på nytt. Erhållits för det industriella nätverket spänningarna var inte bra på grund av skillnaden i frekvens. Material i den första gruppen inte tillåter en kvalitativt isolera tråd vid 50 Hz. Den kvarvarande lilla gapet låter att täcka hartset, lindningsstart gnistor (korona urladdning). Att kontrollera isolationsresistansen testet utförs under en lång hög spänning.

Pionjärer definierade testbetingelser enligt följande. Antag ett prov tas av koppartråden ledardelen 0,5 mm. Det kan noteras att den första gruppen isolerade material objektet börjar att gnista har 1250 V. Då testspänningen reduceras till 20-30% av tröskelvärdet nås. tillverkningsnoggrannhet varierar mellan företag, i varje enskilt fall, ett test för koronaurladdning.

diodbrygga

Helvågslikriktare som används i elektroniska transformatorer, diskuteras i översikten av en diodbrygga. Denna del av kretsen omvandlar ingående växelspänningen till en unipolär. Ibland filtret är placerat för att jämna ut svängningar. De skillnad utgångspotentialerna för diodbrygga används för att driva push-pull krets - transistorn multivibrator.

Multivibratorer - pulsgeneratorer

Uppenbarligen, en transformator för att minska vikten och placera den i en så liten fall kräver att öka arbetsfrekvensen från 50 Hz till ultraljud. Ett specifikt värde väljs av tillverkaren. Flimmer av transistorer kan du ange något värde, begränsas endast av de tillgängliga händerna på elementet bas. Ofta elektroniska transformatorer med stålskrov. Denna skärm, som förhindrar utsläpp av högfrekvensvågor i rymden.

Strukturellt multivibratorer är klass D förstärkare (minst ett element pulsas). Arbetet i en central läge transistorer kräver en känd hastighet. I det låsta tillståndet mellan strömkollektorn och emitter är nära noll. Pulsläge dessutom ökar effektiviteten av multivibratorn. De första anordningar av denna klass beskrivs Henry Abraham i Annales de Physique magasin för 1919. Man tror att enheten var föregångaren till digital teknik, ett år senare kom den första trigger Eccles-Jordan.

Multivibratorer hanteras och oövervakade, men - pulsgeneratorer med en given frekvens, liknande till formen till rektangulärt. Fyll den är kompakt transformator. I det första fallet är det tillåtet att ändra duty cycle och andra inställningar, men den elektroniska transformatorn vanligtvis inte erbjuda sådana komplexa funktioner, eller kraftigt ökade priset.

Enligt teorin-flop tillåtet att bygga någon typ av aktiva element, men goda skäl används transistorer. Detaljerna i drift uppnås genom införandet av återkopplings kapacitiv eller induktiv krets (för fasförskjutning), både det aktiva elementet kontrollerade varandra i tur och ordning.

Större amplitud vibrationer uppnås med användning av komposittransistorer sekventiellt aktiveras av en viss schema. Figuren visar ett diagram där RC-kedja med en given tidskonstant styr ett par transistorer som bildar pulser med en förutbestämd frekvens. Detta är en typisk elektronisk transformator 12V för halogen (HID) lampor. Utfärdat valör 6 och 24, som drivs av fältbussen 110 eller 220 V. Arbetsprincipen för kretsen som visas:

1. Inspänningen 220 likriktas av diodbryggan, som producerar en laddningskondensator. Denna ingång sträng ställer omkopplingsfrekvensen Diack. Att sätta trimmern kondensator kan uppnå effekten av mörkläggning lampor.
2. Deacon öppnar och laddar RC-kedjan hos den andra transistorn, vilket orsakar start tvekan.
3. Dioden förhindrar spänningsfallet slutligen till transistorn T2 är stängd vid slutet av perioden.
4. Vid mättningspunkten hos återkopplingstransistorn stängs av kärn choke.

Yttre omkopplingsfrekvensen begränsas endast av utformningen av pulstransformatorkärna och transienta egenskaper hos transistorer. En typisk omkopplingsfrekvensen är 35 kHz. arbetscykeln är given av RC-kedjor på baserna hos transistorerna. Det andra diagrammet visar en utföringsform av kortslutningsskydd. Defekta halogenlampor, förbrukar för mycket ström, transistorerna blir en orsaka överhettning och misslyckande. Halvledar p-n-övergångar irreversibelt förlorar egenskaper.

Vid för hög konsumtion av kopplade transistorkrets skydd, RC element som fördröjer den utlösande transistorn T1. Situationen observeras i tändning av ljusbågen. Cold cathode finner lite motstånd och enkelt att genomföra. Som metallelektroden varma strömmen reduceras, är en transformator och transistorerna belägen vid en normal mod. Denna utökade livslängd. Efter tidsfördröjningen (ställs in av Rs och Cs) enhet försöker att starta igen, och om den nuvarande inte överskrider ett förutbestämt värde, kommer in i kretsen normal mod.

Krav på transistorer

Grund av den höga arbetsspänningen och kraven för lågprisflyg bipolära transistorer är valda. För att minska de indikatorer som används halvbryggeomkopplingskrets. Toppspänningen är 350 V, och stängs av när ingångsfilter, producerar den energi som lagras gasspjälls pulsamplitud på upp till 500 V.

Den egenheten att en halv-bryggkrets: spänningen är uppdelad mellan de två transistorerna. Därför är den maximala driftsström via uteffekt. För att anordningen skall vara 50 W 0,64 A Såsom angivits ovan, när den först drivna lampor, detta värde ibland kraftigt överskrids (upp till 10 gånger märkvärdet). Följaktligen kan transistorerna genom en ström flyta tillfälligt till 6,5 A.

Från dessa överväganden är det rekommenderat för den elektroniska transformatorn 50W väljer transistorer med en maximal spänning på 450 V eller högre vid en ström upp till 7 A. Om frekvens nämnts ovan. Det beror på parametrarna för pulstransformator och tidskonstanten som bestäms av RC-laddningskedja. Ett typiskt värde - 35 kHz. Alltför långsamma transistorer kan leda till fel frekvens och ingången hos pulstransformatorkärna till mättning vid slutet av varje cykel. Den lagrade energin kommer att återlämnas till samlare i form av en betydande höjd av toppen, som hypotetiskt leda till produktfel.