ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ВЫХОДНЫХ ДРОССЕЛЕЙ

Цифры на рисунке соответствуют порядковому номеру программы - калькулятора в нижеследующем описании.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ВЫХОДНЫХ ДРОССЕЛЕЙ (1)
Программа предназначена для автоматизированного расчёта выходных дросселей. Программа
позволяет сократить время и упростить проектирование выходных дросселей (индукторов).
Пользователь выбирает нужную серию магнитопроводов (в нижнем правом углу) и задаёт исходные данные для расчёта (в левом верхнем углу).
Проанализировав исходные данные, программа автоматически подбирает необходимый
магнитопровод минимального веса, начиная от минимального типоразмера к максимальному.
Для выбранного магнитопровода программа выбирает необходимое число проводов и число витков с тем, чтобы обеспечить требуемые параметры. Таким образом, программа автоматически оптимизирует дроссель по цене и по минимуму потерь в обмотке. В некоторых случаях, если практически не удаётся разместить расчётные витки провода заданного диаметра, следует уменьшить
величину коэффициента заполнения окна в исходных данных и повторить расчёт проекта.
Предел рабочей температуры дросселя (с учётом заданного максимума температуры среды)
+125°С. В некоторых случаях, если такая температура дросселя не желательна, пользователь может задать требуемую ожидаемую температуру дросселя. Программа выполнит расчёт так, чтобы
не превысить её.
Для критичных случаев разработчик имеет возможность уточнить проект или оптимизировать
дроссель исходя из других задач. Например, он может оптимизировать проект по минимуму суммарных потерь (максимуму КПД). Для этого в группе «оптимизация» пользователь может в небольших пределах изменить один из параметров и посмотреть результат. Так, изменив в ту или
другую сторону число витков, возможно в некоторых случаях уменьшить суммарные потери.
В некоторых случаях добиться желаемого результата можно изменив полученный программой
типоразмер магнитопровода на предыдущий (меньший) или следующий (больший). Можно в небольших пределах изменить диаметр провода или просчитать проект для имеющегося в наличии
провода. Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении
любых исходных данных (за пределами группы "Оптимизация") для получения отправной точки
при дальнейшей оптимизации намоточных данных. В группе "Оптимизация" при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации происходит автоматически. Но если новое значение
введено "вручную", то следует запускать оптимизацию одноимённой кнопкой.
В программе занесена база данных толщины изоляции для провода марки ПЭТ-155. Для других
проводов могут быть незначительные отличия. Расчёт сопротивления обмотки выполняется для
отечественных проводов. Для импортных проводов (AWG) фактические значения сопротивления
обмотки могут быть существенно выше. В целях обеспечения режима неразрывного тока программа определяет требуемую индуктивность дросселя по заданному минимальному току
нагрузки. Не следует задавать неоправданно малый минимальный ток нагрузки. В некоторых случаях, увеличив немного величину этого тока (если допустимо сужение диапазона выходного тока),
можно использовать меньший типоразмер магнитопровода. Фактическая раскладка провода по
слоям зависит от навыка работника и может отличаться от расчётных данных. Соответственно
могут отличаться и значения параметров – длина провода, сопротивление, площадь поверхности и
т.п.
Во всех случаях необходима практическая проверка проекта с измерением фактической рабочей температуры и проверкой требуемых выходных характеристик.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ДРОССЕЛЕЙ МАГНИТНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ (2)
Программа - калькулятор предназначена для автоматизированного расчёта дросселей магнитных усилителей (Далее МУ). Программа позволяет сократить и упростить работу при проектировании дросселей МУ. Программа выполнена для трёх выбираемых пользователем групп магнитопроводов, выпускаемых ОАО «Мстатор»:
Серия MSSA-L.
Это магнитопроводы из аморфного сплава на основе кобальта с отжигом в продольном поле.
Имеют очень низкие потери и низкую коэрцитивную силу (малый ток управления). Индукция
насыщения 0.6 Т. Очень высокий коэффициент прямоугольности. Типовое значение 0.98 (100
кГц). Диапазон температур от – 60 до 100 град. С.
Серия MSSA-N.
Тот же аморфный сплав на основе кобальта с отжигом без поля. Имеют самые низкие потери и
коэрцитивную силу. Индукция насыщения 0.6 Т. Диапазон температур от – 60 до 100°С.
Отличаются существенно меньшим коэффициентом прямоугольности, особенно на пониженных
частотах (0.86 на частоте 1 кГц, 0.96 на частоте 100 кГц). Это увеличивает так называемую мёртвую зону и требует более высокого входного напряжения.
Серия MSSN.
Более дешёвый нанокристаллический сплав с повышенной максимальной индукцией 1.2 Т.
Расширенный диапазон рабочих температур от - 60°С до 120°С. Хорошая термостабильность. Высокий коэффициент прямоугольности. Типовое значение 0.98 (100кГц). Уменьшенные размеры за
счёт высокой индукции. Сплав имеет более высокие потери и коэрцитивную силу (ток управления) относительно аморфных сплавов на основе кобальта. Ограниченный размерный ряд.
Применение МУ
Дроссели магнитных усилителей применяются главным образом в многоканальных импульсных
источниках питания в целях независимой раздельной стабилизации выходного напряжения, раздельной защиты каналов с определённым заданным порогом выходного тока, внешнего раздельного управления выходным напряжением и током каналов, реализации режима стабилизации по
выходному току или по напряжению.
Это миниатюрные и очень надёжные устройства, позволяющие повысить стабильность выходного напряжения (всех каналов, а не только главного) и эффективность импульсного источника
питания.
Подробнее http://www.mstator.ru/sites/default/files/pictures/orig/application.zip .
Порядок расчёта
1. Выбираем нужную серию магнитопроводов.
2. Задаем конфигурацию схемы преобразователя. Однотактная схема (форвард-конвертер)
или двухтактная схема. См. вкладку "Типовые схемы включения".
3. Выбираем цель применения МУ. Только стабилизация выходного напряжения или с возможностью полного отключения выхода (используется в целях раздельной защиты каналов
или при реализации режима источника тока в зарядных и других устройствах).
4. Выбираем вид обмотки. Однослойная или многослойная. Многослойная обмотка позволяет
использовать дешёвый и малогабаритный магнитопровод. Это основной вариант. Однослойная обмотка имеет меньшую паразитную емкость, что в некоторых случаях важно при
реализации схемы управления.
5. Задаём выходное напряжение Vo и максимальный выходной ток нагрузки.
6. Задаём максимальное входное напряжение Vin . Это амплитуда импульса на входе дросселя
МУ. Существует некоторое минимальное значение, при котором обеспечивается заданное
выходное напряжение. Это значение зависит от частоты, числа витков, коэффициента заполнения, характеристик магнитопровода и других факторов. Программа ориентировочно
рассчитывает это значение, и если пользователь задаёт недостаточное значение входного
напряжения, заменяет введённое значение минимально возможным расчётным.
7. Задаём частоту преобразования в кГц.
8. Задаём коэффициент заполнения для импульсной последовательности на входе МУ (с выхода трансформатора).
9. Задаём коэффициент заполнения окна. Следует иметь в виду, что в одних случаях может
быть практически достигнуто значение 0.5..0.6, а в других (толстый провод и малое окно) –
0.3 ÷ 0.4. Если практически не удаётся выполнить (при намотке) полученную конструкцию
дросселя, можно повторить расчёт с меньшим значением коэффициента заполнения. Слишком малое значение неоправданно увеличивает габариты и цену дросселя.
10. Задаём прямое максимальное падение напряжения на выпрямительном диоде VVD.
11. Задаём падение напряжения на обмотке индуктора VL .
12. Задаём максимальное значение температуры окружающей среды.
13. Задаём число магнитопроводов в пакете. Значение по умолчанию - 1. В некоторых случаях,
если программа не может найти подходящий вариант, необходимо использовать более одного магнитопровода.
14. Задаём ожидаемую температуру дросселя. Это значение, которое Вы не хотели бы превысить. Предельное значение для кобальтовых сплавов (MSSA-L, MSSA-N) 100°С, для нанокристаллического (MSSN) 120 °С. Программа просматривает все варианты реализации,
начиная с минимального размера магнитопровода. По умолчанию программа выберет магнитопровод наименьшего размера и цены, для которого температура дросселя будет не выше указанных значений. Если Вы хотели бы иметь температуру дросселя ниже указанных
предельных значений, Вы можете указать свой предел, и программа найдёт вариант, удовлетворяющий Вашим требованиям (если этот вариант существует). Как правило, чем ниже
заданная рабочая температура, тем больше размер магнитопровода.
15. Задаём допустимое число проводов в обмотке (из соображений технологичности) и допустимый диапазон плотности тока.
16. Нажмите кнопку «Автоматический выбор магнитопровода и его расчёт». Программа выполнит поиск наименьшего магнитопровода, выполнит оптимизацию по критерию минимума потерь для этого магнитопровода (выполняется цикл вычислений с последовательным
увеличением числа витков и соответственным снижением диаметра провода), и выдаст результаты расчёта. В левой колонке результатов - конструктивные данные дросселя с указанием примерных габаритов, а также минимальное и максимальное значение числа витков
обмотки. Минимальное значение ограничено необходимым потоком для обеспечения требуемых выходных параметров. Максимальное – площадью окна, диаметром провода и заданным предельным коэффициентом заполнения. В правой колонке результатов - расчётные значения параметров. Обратите внимание, что для варианта с отключением приводятся
два значения тока управления (I control) и два значения рабочей температуры. Одно значение соответствует нормальному режиму с заданными выходными характеристиками, а дру-
гое – аварийному режиму отключения (КЗ нагрузки). Для варианта источника тока можно
последовательно (за несколько раз) просчитать температуру дросселя во всём диапазоне
выходных напряжений, меняя только значение выходного напряжения, и нажимая кнопку
«Старт оптимизации». Программа оптимизирует дроссель по минимуму температуры в
нормальном режиме. При этом в режиме отключения температура может превысить допустимое значение. В режиме отключения перегрев определяется потерями в магнитопроводе. Поэтому в том случае, когда температура дросселя получена нормальной, а температура
при отключении превышает допустимую, следует увеличить число витков в группе "Оптимизация" до получения допустимых температур или выбрать больший типоразмер магнитопровода.
17. После произведённого автоматического выбора магнитопровода (программа выбирает магнитопровод по критерию минимума размеров и цены) и расчёта, пользователь может вручную выбрать другой магнитопровод, пользуясь кнопками «Предыдущий размер» и «Следующий размер», или выбрать конкретный магнитопровод из списка. Для каждого типоразмера программа автоматически выполняет процедуру оптимизации по критерию минимума потерь (п.15). Выбор другого магнитопровода может потребоваться, когда ищется оптимум по другому критерию, например по минимуму тока управления, максимуму КПД,
минимальному перегреву и т.п.
18. В группе «Оптимизация» пользователь имеет возможность оптимизировать проект под
свою задачу. Например, увеличить число витков с целью снижения тока управления. Или
сделать перерасчёт для имеющегося в наличии провода. В некоторых случаях температура
при отключении получается слишком высокой. Её можно снизить, увеличив вручную число витков.
19. Если программа не нашла решение для одного магнитопровода, можно повторить расчёты,
увеличив количество магнитопроводов в пакете.
20. В программе заложен размерный ряд и характеристики отечественного провода ПЭТ-155.
Для импортных проводов могут быть существенные отличия за счёт более высокого удельного сопротивления.
21. Окончательная проверка проекта и его уточнение производятся практически в реальной
схеме.
Основная работа в программе происходит в группе "Оптимизация".
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых
исходных данных (за пределами группы "Оптимизация") для получения отправной точки при
оптимизации намоточных данных дросселя.
В группе "Оптимизация" при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации
запускается автоматически. Но если новое значение введено "вручную", то следует запускать
оптимизацию одноимённой кнопкой.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИХ ДРОССЕЛЕЙ (3)
Программа - калькулятор предназначена для автоматизированного расчёта одновитковых и
многовитковых помехоподавляющих дросселей. Программа предназначена для расчёта наиболее
массового случая применения помехоподавляющих дросселей, когда дроссель включен в схеме
последовательно с диодом. Дроссель изменяет режим переключения диода, делает его более «мягким», исключаются участки с крутыми фронтами и за счёт этого резко ослабляются помехи. Программа выполнена общей для двух групп магнитопроводов, выпускаемых ОАО «Мстатор».
Серия MSB. (MSB Series Bead). Это малогабаритные цилиндрические магнитопроводы из
аморфного сплава на основе кобальта с отжигом без поля. Индукция насыщения 0.6 Т. Имеют
прямоугольную форму петли гистерезиса. Конструктивно оптимизированы для одевания непосредственно на выводы компонентов. При этом получается одновитковый помехоподавляющий
дроссель. В связи с этим программа не рассчитывает число витков и диаметр провода. Программа
выбирает необходимый типоразмер и число магнитопроводов (максимально до 4-х, по два на каждый вывод диода). Диапазон температур от – 60 до 100°С.
Серия MSK. (Series Spike Killer).
ПРИМЕЧАНИЕ: В программе в наименовании сердечника ошибочно записано MSB. При заказе
следует указывать MSK.
Тот же аморфный сплав на основе кобальта. Характеристики те же. Конструктивно предназначены
для нанесения обмотки в несколько витков.
Применение помехоподавляющих дросселей cм. подробнее
http://www.mstator.ru/sites/default/files/pictures/orig/Application%20part%20II.zip .
Порядок расчёта
1. Задаем конфигурацию схемы преобразователя. См. типовые схемы включения.
2. Выбираем конструктивный вариант дросселя – одновитковый (одевается на вывод диода)
или многовитковый (монтируется на плате).
3. Задаём выходное напряжение и максимальный выходной ток нагрузки.
4. Задаём коэффициент заполнения импульса.
5. Задаём время обратного восстановления диода.
6. Задаём коэффициент заполнения окна и плотность тока (для многовитковых).
7. Задаём число магнитопроводов в пакете (для одновитковых). Значение по умолчанию -1.
8. Нажмите кнопку «Автоматический выбор магнитопровода и его расчёт». Программа выполнит поиск наименьшего магнитопровода и выведет расчётные данные.
9. После произведённого автоматического выбора магнитопровода (программа выбирает магнитопровод по критерию минимума размеров и цены) и расчёта, пользователь может вруч-
ную выбрать другой магнитопровод, пользуясь кнопками «Предыдущий размер» и ««Следующий размер», или выбрать конкретный магнитопровод из списка.
10. В группе «Оптимизация» (многовитковые) пользователь имеет возможность изменить число витков, диаметр провода и число проводов в обмотке.
11. В программе заложен размерный ряд и характеристики отечественного провода ПЭТ-155.
Для импортных проводов могут быть существенные отличия за счёт более высокого удельного сопротивления.
12. Окончательная проверка проекта и его уточнение производятся практически в реальной
схеме. Программа не может оценить потери в магнитопроводе, т.к. для каждой
конкретной схемы свои паразитные параметры компонентов и своя форма и частота помех.
В некоторых случаях нагрев магнитопровода может оказаться чрезмерно большим.
В этих случаях следует использовать магнитопровод большего габарита.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ДРОССЕЛЕЙ СИНФАЗНЫХ ФИЛЬТРОВ (4)
Программа предназначена для автоматизированного расчёта дросселей синфазных фильтров.
Порядок расчёта
Выберете нужную серию магнитопроводов. MSF - аморфные на основе кобальта в пластиковом контейнере. MSFP - то же без контейнера, с покрытием краской. MSFN - нанокристаллические в пластиковом контейнере. MSFNP - то же с покрытием краской.
2. Задайте конфигурацию фильтра, однофазный или трёхфазный.
3. Задайте нужное значение частоты (10 или 100 кГц), на которой программа обеспечивает заданные параметры дросселя.
4. Задайте требуемое значение индуктивности или импеданса одной обмотки дросселя на выбранной частоте.
5. Задайте максимальное значение тока в одной обмотке.
6. Задайте зазор между обмотками, если они разделены диэлектрической перегородкой. Фактически это толщина перегородки.
7. Задайте предельный коэффициент заполнения окна магнитопровода проводом. Уточняется
практически. В случае, когда требуемое количество витков не разместить, следует снизить
коэффициент заполнения в исходных данных. И наоборот.
8. Задайте предельное значение плотности тока.
9. Задайте максимальную температуру окружающей среды.
10. Задайте количество магнитопроводов в пакете. По умолчанию - 1. Если не обеспечить требуемые параметры, можно увеличить число магнитопроводов в пакете.
1.
11. Задайте максимальную ожидаемую температуру дросселя. Для серии MSF, MSFP предельное значение 100°С. Для серии MSFN 120°С. Для серии MSFNP 150°С. Если по каким - то
соображениям требуется понизить рабочую температуру дросселя, укажите желаемое значение. Следует иметь в виду, что понижение предельной рабочей температуры ведёт к увеличению габаритов и цены дросселя.
12. Задайте максимальное число проводов в обмотке (из конструктивных соображений).
13. Нажмите кнопку "Автоматический выбор магнитопровода и расчёт".
14. Полученный проект можно существенно улучшить вручную, изменяя параметры в группе
«Оптимизация».
15. Обязательная практическая проверка проекта в схеме.
Основная работа в программе происходит в группе "Оптимизация".
Автоматический расчет применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых
исходных данных (за пределами группы "Оптимизация") для получения отправной точки при
оптимизации намоточных данных дросселя.
В группе "Оптимизация" при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации
запускается автоматически. Но если новое значение введено "вручную", то следует запускать
оптимизацию одноимённой кнопкой.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ТРАНСФОРМАТОРА ФОРВАРД - КОНВЕРТЕРА (5)
Особенности
1. На некоторых полях ввода и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.
2. Основная работа в программе происходит в группе "Оптимизация". Автоматический расчёт
применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных
(за пределами группы "Оптимизация") для получения отправной точки при оптимизации
намоточных данных трансформатора.
3. В группе "Оптимизация" при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации
запускается автоматически. Но если новое значение введено "вручную", то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.
4. Применять следует контроллеры UC3844 и им подобные с рабочим временем не более 50%
или двухтактные контроллеры, но использовать только один выход.
5. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет провод
всех обмоток.
6. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника. При естественном охлаждении следует выбирать 4 - 6 А/мм2. При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 - 10 А/мм2. Большие значения плотности тока соответствуют маленьким
сердечникам. При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения.
7. Первый выход является ведущим. И на него надо назначать выход с наибольшим потреблением. Остальные выходы считаются по первому.
8. На числах витков обмоток в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с числом слоев, занимаемых обмоткой.
9. На числах проводов в обмотках (в результатах расчета) помещены всплывающие подсказки
с плотностью тока в обмотке.
Рекомендуемый порядок работы:
1. Определитесь с питанием преобразователя. Задайте возможные границы изменения входного питания преобразователя с учётом колебаний в сети. Пользователь может выбрать переменное или постоянное входное напряжение.
2. Задайте последовательность намотки первичной обмотки.
3. Задайте выходные напряжения и токи, падение напряжения на диодах выпрямителя. В программе предусмотрено до трёх выходов.
4. Определитесь с наличием обмотки размагничивания. Лишняя обмотка ухудшает характеристики трансформатора. Часто принимают специальные схемотехнические решения, чтобы исключить обмотку размагничивания. Если такая обмотка необходима, задайте диаметр
провода для неё (из конструктивных соображений). Если обмотка не требуется, задайте
" 0 ".
5. Задайте предельное значение коэффициента заполнения импульса (не может быть более
0.5). Для случая с отсутствием ШИМ стабилизации, максимальный коэффициент заполнения определяется применённым контроллером. Например, 0.45 для UC3844. Если в схеме
используется ШИМ стабилизация, то может быть указано реальное, значительно меньшее
значение, которое при исправной цепи ШИМ не будет долговременно превышено. Меньшее значение коэффициента заполнения позволит уменьшить габариты трансформатора.
6. Задайте сопротивление канала открытого силового ключа (применяется для полевых транзисторов) преобразователя или падение напряжения на нём (применяется для биполярных
транзисторов или IGBT).
7. Задайте коэффициент заполнения окна. Он характеризует заполнение отверстия тора проводом. Если практически не удаётся промотать расчётное число витков, следует уменьшить
коэффициент заполнения и повторить расчёт. И наоборот, если удаётся уложить обмотки с
более высоким коэффициентом заполнения, возможно применение меньшего по размеру и
стоимости магнитопровода.
8. Задайте плотность тока. Она определяет диаметр провода. Низкие значения снижают потери в обмотке, но увеличивают размер магнитопровода, т.к. в маленьком магнитопрооводе
эти обмотки не разместить. Высокие значения плотности увеличивают потери в обмотке и
общий перегрев. Но при этом часто удаётся использовать меньший типоразмер магнитопровода. Обычно для конкретной задачи существует оптимум. Поэтому рекомендуется
производить серию расчётов, изменяя на ступень задаваемое значение плотности. Скажем,
от 4 до 10 с шагом 1. При каком - то значении плотности из интервала получится разумный
перегрев при минимальных размерах. Далее при уточнении расчётов в группе "Оптимизация" можно изменить диаметры проводов обмоток оптимальным образом, оценивая суммарный перегрев, т.е. использовать разную плотность тока в каждой обмотке.
9. Задайте предельную температуру окружающей среды.
10. Задайте количество магнитопроводов в пакете. Иногда требуется использовать несколько
магнитопроводов для увеличения мощности или для других задач (например, использовать
два маленьких вместо большого типоразмера).
11. Задайте ожидаемую температуру трансформатора. Для серии MSTN (пластиковый контейнер) предельная температура 120 град. С. Для серии MSTNP (покрытие порошковой высокотемпературной эпоксидной краской) предельная температура 150 град. С. Пользователь
может задать меньшие значения ожидаемой температуры, если высокая температура
трансформатора не желательна по каким - то причинам. Программа при расчёте проекта не
превысит это заданное значение.
12. Задайте максимальное значение коэффициента Rac/Rdc. При малом значении этого отношения программа будет использовать большое количество проводов параллельно, чтобы
снизить скин-эффект. Это не всегда оптимально из конструктивных соображений и из соображений минимизации размеров. При большом значении получится минимальное значение проводов в обмотке, но при этом, возможно, использование провода будет неоптимальным из-за скин-эффекта. В частности, можно промоделировать использование специальных
высокочастотных многожильных проводов с изоляцией каждой жилы. Для этого надо задать число жил и диаметр жилы в группе "Оптимизация". Использование провода прямоугольного профиля в программе не предусмотрено.
13. Нажмите кнопку "Автоматический выбор магнитопровода и его расчёт". Программа выберет магнитопровод из заданной серии и выдаст расчётные результаты.
14. Проектирование трансформатора - сложная задача с большим количеством переменных. У
каждого пользователя свои критерии оптимума. Для одного это цена и габарит, для другого
максимум КПД, для третьего минимум индуктивности рассеяния и паразитных параметров
(в целях снижения электромагнитных помех и сокращения элементов гашения высокочастотных выбросов - демпферов), для четвёртого минимальный перегрев, для пятого технологичность изготовления и минимум трудоёмкости и т.д. А чаще это комбинация критериев. Поэтому полученный результат расчёта можно считать лишь начальной стадией проекта. Основная работа выполняется пользователем в группе "Оптимизация". Пользователь
может выбрать меньший или больший типоразмер магнитопровода (или конкретно указать
типономинал), изменить диаметры проводов обмоток, количество проводов в обмотках,
число витков первичной обмотки. Осознанно изменяя эти данные, и наблюдая изменение
индивидуальных критериев оптимизации, можно значительно улучшить проект по своим
требованиям.
15. Законченный проект можно сохранить на диске для последующей загрузки.
16. Окончательная проверка и уточнение проекта производятся практическим тестированием в
реальной схеме.
ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЁТА ТРАНСФОРМАТОРА ДВУХТАКТНОГО КОНВЕРТЕРА
(6)
Программа предназначена для автоматизированного расчёта трансформаторов двухтактных
конвертеров.
Особенности
1. На некоторых полях ввода и на некоторых результатах расчета, которые нуждаются в комментариях, размещены всплывающие подсказки.
2. Основная работа в программе происходит в группе "Оптимизация". Автоматический расчет
применяется при выборе другого сердечника или при изменении любых исходных данных
(за пределами группы "Оптимизация") для получения отправной точки при оптимизации
намоточных данных трансформатора.
3. В группе "Оптимизация" при изменении значений с помощью стрелок старт оптимизации
запускается автоматически. Но если новое значение введено "вручную", то следует запускать оптимизацию этой кнопкой.
4. Для ШИМ-контроллеров задается частота, равная половине частоты задающего генератора
микросхемы. Импульсы задающего генератора подаются на выходы по очереди, поэтому
частота на каждом выходе (и на трансформаторе) в 2 раза ниже частоты задающего генератора. Микросхемы IR2153, и подобные ей этого семейства микросхем, не являются ШИМконтроллерами, и частота на их выходах равна частоте задающего генератора.
5. Коэффициент заполнения окна характеризует, какую часть окна сердечника займет провод
всех обмоток.
6. Плотность тока зависит от условий охлаждения и от размеров сердечника. При естественном охлаждении следует выбирать 4 - 6 А/мм2. При вентиляции плотность тока можно выбрать больше, до 8 - 10 А/мм2. Большие значения плотности тока соответствуют маленьким
сердечникам. При принудительном охлаждении допустимая плотность тока зависит от интенсивности охлаждения. Перегрев и максимальная температура трансформатора рассчитываются программой для случая естественного охлаждения.
7. Если выбрана стабилизация выходных напряжений, то первый выход является ведущим. И
на него надо назначать выход с наибольшим потреблением. Остальные выходы считаются
по первому. Для реальной стабилизации всех выходов следует применять дроссель групповой стабилизации или магнитные усилители (магнитные ключи) в каждом канале.
8. При однополярном выпрямлении, несмотря на больший расход меди, имеет преимущество
схема выпрямления со средней точкой, так как потери на двух диодах будут в 2 раза меньше, чем на четырех диодах в мостовой схеме.
9. На числах витков обмоток в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с числом слоев, занимаемых обмоткой.
10. На числах проводов в обмотках в результатах расчета помещены всплывающие подсказки с
плотностью тока в обмотке.
Рекомендуемый порядок работы
1. Определитесь со схемой преобразователя и выпрямителя. Задайте их конфигурацию в исходных данных. См. вкладку "Показать схемы преобразования и выпрямления".
2. Определитесь с питанием преобразователя. Задайте возможные границы изменения входного питания преобразователя с учётом колебаний в сети. Пользователь может выбрать переменное или постоянное входное напряжение.
3. Определитесь с наличием стабилизации выхода посредством ШИМ. В случае, когда в схеме предусмотрена обратная связь с главной вторичной обмотки (выход 1) на ШИМконтроллер, следует выбрать "Стабилизация - есть", если такой обратной связи нет, то
"Стабилизация - нет". При отсутствии указанной стабилизации, значение амплитуды индукции магнитопровода увеличивается с ростом входного напряжения. Если стабилизация
есть, амплитуда индукции и потери в магнитопроводе стабильны, поэтому возможно использование магнитопровода меньшего габарита.
4. Задайте последовательность намотки первичной обмотки.
5. Задайте выходные напряжения и токи, падение напряжения на диодах выпрямителя. В программе предусмотрено до трёх выходов. Двуполярный выход (двуполярный выпрямитель
со средней точкой) считается за один.
6. Задайте предельное значение коэффициента заполнения импульса (зависит от используемого контроллера и наличия ШИМ).
7. Задайте сопротивление канала силовых ключей (применяется для полевых транзисторов)
преобразователя или падение напряжения (в открытом состоянии, применяется для биполярных транзисторов или IGBT) на этих ключах.
8. Задайте коэффициент заполнения окна. Он характеризует заполнение отверстия тора проводом. Если практически не удаётся разместить расчётное число витков, следует уменьшить коэффициент заполнения и повторить расчёт. И наоборот, если удаётся уложить обмотки с более высоким коэффициентом заполнения, возможно применение меньшего по
размеру и стоимости магнитопровода.
9. Задайте плотность тока. Она определяет диаметр провода. Низкие значения снижают потери в обмотке, но увеличивают размер магнитопровода, т.к. в маленьком магнитопрооводе
эти обмотки не разместить. Высокие значения плотности увеличивают потери в обмотке и
общий перегрев. Но при этом часто удаётся использовать меньший типоразмер магнитопровода. Обычно для конкретной задачи существует оптимум. Поэтому рекомендуется
производить серию расчётов, изменяя на ступень задаваемое значение плотности. Скажем,
от 4 до 10 с шагом 1. При каком - то значении плотности из интервала получится разумный
перегрев при минимальных размерах. Далее при уточнении расчётов в группе "Оптимизация" можно изменить диаметры проводов обмоток оптимальным образом, оценивая суммарный перегрев, т.е. использовать разную плотность тока в каждой обмотке.
10. Задайте предельную температуру окружающей среды.
11. Задайте количество магнитопроводов в пакете. Иногда требуется использовать несколько
магнитопроводов для увеличения мощности или для других задач (например, использовать
два маленьких вместо большого типоразмера).
12. Задайте ожидаемую температуру трансформатора. Для серии MSTN (пластиковый контейнер) предельная температура 120°С. Для серии MSTNP (покрытие порошковой высокотемпературной эпоксидной краской) предельная температура 150°С. Пользователь может задать меньшие значения ожидаемой температуры, если высокая температура трансформатора не желательна по каким - то причинам. Программа при расчёте проекта не превысит это
заданное значение.
13. Задайте максимальное значение коэффициента Rac/Rdc. При малом значении этого отношения программа будет использовать большое количество проводов параллельно, чтобы
снизить скин-эффект. Это не всегда оптимально из конструктивных соображений и из соображений минимизации размеров. При большом значении получится минимальное значение проводов в обмотке, но при этом, возможно, использование провода будет неоптимальным из-за скин-эффекта. В частности, можно промоделировать использование специальных
высокочастотных многожильных проводов с изоляцией каждой жилы. Для этого надо задать число жил и диаметр жилы в группе "Оптимизация". Использование провода прямоугольного профиля в программе не предусмотрено.
14. Нажмите кнопку "Автоматический выбор магнитопровода и его расчёт". Программа выберет магнитопровод из заданной серии и выдаст расчётные результаты.
15. Проектирование трансформатора - сложная задача с большим количеством переменных. У
каждого пользователя свои критерии оптимума. Для одного это цена и габарит, для другого
максимум КПД, для третьего минимум индуктивности рассеяния и паразитных параметров
(в целях снижения электромагнитных помех и сокращения элементов гашения высокочастотных выбросов - демпферов), для четвёртого минимальный перегрев, для пятого технологичность изготовления и минимум трудоёмкости и т.д. А чаще это комбинация критериев. Поэтому полученный результат расчёта можно считать лишь начальной стадией проекта. Основная работа выполняется пользователем в группе "Оптимизация". Пользователь
может выбрать меньший или больший типоразмер магнитопровода (или конкретно указать
типономинал), изменить диаметры проводов обмоток, количество проводов в обмотках,
число витков первичной обмотки. Осознанно изменяя эти данные, и наблюдая изменение
индивидуальных критериев оптимизации, можно значительно улучшить проект по своим
требованиям.
16. Законченный проект можно сохранить на диске для последующей загрузки.
17. Окончательная проверка и уточнение проекта производятся практическим тестированием в
реальной схеме.