Почему импульсный трансформатор имеет малые габариты?

Question

[Николай]

Вопрос: почему с увеличение частоты можно уменьшить сердечник и толщину проводника ?

Ведь с увеличением частоты растет скин-эффект и индуктивное сопротивление...
Единственное, что ЭДС индукции тем больше, чем выше частота...

Answer 1

[pfg21]

в среднем мощность трансформатора прямо пропорциональна частоте передаваемого тока и габаритам/поперечному сечению сердечника (с определенным упрощениями).

т.е. если частоту вместо 50 герц (частота напряжения ~220в) сделать 50 кгц, т.е в 1000 раз больше, то теоретически:
мощность при тех же габаритах увеличится в 1000 раз,
при той же мощности можно использовать сердечник в 1000 раз меньше.

на практике появляются дополнительные параметры и т.д.

Comments

[Николай]

А почему проводник становиться тоньше ?

[pfg21]

диаметр провода пропорционален проходящему через него току (ну изза скин-эффекта зависит от частоты, но это уже тонкости).
так что не понимаю от чего конкретно ты считаешь уменьшается диаметр провода.
Если взять маломощный трансформатор для 50 герц, то первичка у него нередко намотана 0,08 проводом, все зависит от расчетной мощности.

[Николай]

Как найти связь, что увеличивая частоту в 4 раза - площадь сердечника уменьшается в 2 раза ?

[pfg21]

берем первую ссылку по поиску "расчет импульсного трансформатора" rcl-radio.ru/?p=35540
в ней первая формула габаритная мощность сердечника
Ргаб = Sc * So * f * Вmax / 150
в ней нас интересует Pгаб - мощность, f - частота и Sc - площадь поперечного сечения.
и следует что при одинаковых остальных параметрах площадь сердечника обратно пропорциональна частоте. т.е. увеличивая частоту в 4 раза, площадь поперечного сечения можно уменьшить в 4 раза.

[romserg]

Вы пишете, что при повышении частоты увеличивается мощность трансформатора. Это означает, что со вторички можно снимать пропорционально больше тока при том же напряжении? Или ЭДС вторички увеличится при том же кол-ве витков?

[pfg21]

romserg, ок, не совсем правильно выразился.
"пропустить" большую мощность через одну и ту же площадь магнитопровода.
обмотки считаются отдельно, и максимальный ток считается от площади проводника.

чтобы через готовый трансформатор прогнать большую мощность на большей частоте надо будет подать большее напряжение на вход. но это теоритически :) посчитать параметры элементов не помешает.

Answer 2

[Николай]

1. Величины ЭДС, индуктирующихся в обмотках трансформатора, зависят от частоты переменного тока, числа витков каждой обмотки и величины магнитного потока в сердечнике.
   
2. Общие потери в магнитопроводе равны сумме потерь на вихревые токи и перемагничивание
   
3. При низких частотах в магнитопроводе преобладают потери на гистерезис, а затем, по мере роста частоты, потери на вихревые токи резко возрастают и при высоких частотах становятся преобладающими. При работе сердечника на высокой частоте оказывается невозможным его шихтование, т.к. невозможно изготовить пластины или ленту такой толщины, чтобы потери были удовлетворительными. Поэтому для высокочастотных сердечников шихтование заменяют прессовкой мелкодисперсных гранул ферромагнетика, размер которых можно выбрать таким, чтобы вихревые токи не превышали требуемых значений.
   
4. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, квадрату толщины и весу сердечника Pв ≡ f2 × Δ2 × G.
   Поэтому на высоких частотах используются очень тонкие материалы. Наименьшими потерями обладают ферриты — порошок ферромагнетика. Каждая крупинка изолирована окислом, поэтому вихревые токи очень малы
   
5. Потери в сердечнике зависят от сочетания индукции и частоты. При большой частоте и большой индукции потери окажутся на столько большими, что нагрев сердечника превысит разумные пределы
   

Answer 3

[SVM]

вот именно
что ЭДС индукции тем больше, чем выше частота...

Comments

[Николай]

Дайте формулу учитывающую Xl...

[SVM]

не знаю что такое XL
https://www.asutpp.ru/transformatory/impulsnyj-tra...

или в поиск: расчёт импульсного транформатора

[Николай]

sotvm, ну это обще принятое обозначение индуктивного сопротивления или вы просто любите по умничать не разбираясь в теме ?

[Ezhyg]

Николай, где принятое, кем принятое? (вопрос риторический - не отвечай, всё равно ты безграмотный грубиян :P)

[Николай]

Ezhyg, в законе ома вы тоже не знаете что такое R или I ? И кем это принято ?

[Ezhyg]

Николай, я - знаю, ты - нет!

[SVM]

Николай,

обще принятое обозначение индуктивного сопротивления.

рассчитывается по общепрянятой формуле ㋛,
есть даже онлай калькуляторы, коих предостаточно в гугляндексе

Answer 4

[Борис Сёмов]

Скин эффект важен для проводника, а не для магнитопровода.
Для магнитопроводов в импульсных трасформаторах для разных частот используются разные материалы.
И вот тут-то мы и приходим к тому, что только третий пункт имеет значение.

Answer 5

[Виктор]

1. Насчёт сердечника вы правы, а насчёт толщины провода - нет. Наоборот, зачастую у импульсных трансов обмотки из довольно толстого провода, да ещё и сложенного в пучок.
2. Из вопроса непонятно, о каком импульсном трансе идёт речь. Да, они все сильно меньше, чем железные 50-герцовые, но есть трансы из блоков питания, а есть трансы, скажем, из вычислительной техники, намотанные на колечке 4 мм диаметром. Ответы на ваш вопрос в обоих этих случаях сильно отличаются. Уточните, и продолжим в комментариях.

Comments

[Николай]

Как найти связь, что увеличивая частоту в 4 раза - площадь сердечника уменьшается в 2 раза ?

[Виктор]

Николай, о связи между частотой и сердечником ещё рано. Вы не ответили на мой вопрос, какой импульсный транс вы имеете ввиду.
Я, конечно, подозреваю, что имеется ввиду транс от БП, но подозрение - не точное знание.

[Николай]

От сварочный

[Виктор]

ОК, сварочный, вот теперь есть о чём говорить. Ваш вопрос в буквальном виде выглядит так:

Почему импульсный трансформатор имеет малые габариты?

Трансформатор - это эл. машина, переносящая энергию порциями из первичной обмотки во вторичную. Ключевое слово - порциями. Размер каждой порции определяется максимальной магнитной индукцией, до которой можно довести сердечник. Вот обычное трансф. железо - до 1...1,5 Тл, а ферриты - только 0,3...0,4 Тл, порция у них получается поменьше.
Зато железо позволяет переносить 50 порций в секунду, а феррит - 20...50 тысяч порций (хотя и меньших) в секунду. Вот в чём причина того, что при равной мощности транс из феррита сильно поменьше размером, чем железный. Можно воспользоваться такой аналогией: надо переливать воду через плотину, и можно делать это ведром с частотой, допустим, 1 раз в секунду, а можно ложкой, но 1000 раз в секунду, и получается, что ложка за одинаковое время перенесёт воды куда больше, чем ведро.
Теперь на ваш уточняющий вопрос

почему с увеличение частоты можно уменьшить сердечник

вам будет понятен мой ответ - это можно сделать благодаря переходу с железа на феррит, позволяющий работать на сильно более высокой частоте. Железо на частоте более нескольких сотен герц работать не способно, оно будет зазря греться.
Ну а что касается

Ведь с увеличением частоты растет скин-эффект и индуктивное сопротивление... Единственное, что ЭДС индукции тем больше, чем выше частота...

то это всё не имеет отношения к сути дела.
Если что-то осталось непонятно - спрашивайте дальше.