「心臓」IIPの計算と製造-パルストランス。 パート2

パート1

プロローグ

それでも私は招待されました！ これで、記事の処理がより迅速になります。 最初は、いくつかのブロックの回路を次の部分のテーマにしたかったのですが、なぜ待つのですか？ しかし、それから私は学校の若者と私が出会った非常に大きな問題-その時に私にデバイスを知らないようにする方法- パルストランスを思い出しました。 10年が経ち、多くの（初心者だけでなく）無線アマチュア、電子エンジニア、学生がこのような困難を抱えていることを理解しています-彼らは単に彼らを恐れているため、強力なスイッチング電源（以下IPS ）を避けようとします。

これらの考えの後、最初のトピックはトランスについてであり、それ以外のことではないという結論に達しました！ 予約もしたいと思います。「強力なIIP」という言葉の意味-1 kW以上の電力、または少なくとも500ワットの恋人の場合です。





図1-Nブリッジ用のこのような2 kW変圧器、これで終わりです

偉大な戦いまたは選択する材料は何ですか？

かつて彼の武器庫にパルス技術を導入した彼は、変圧器は誰もがアクセスできるフェライトでしか作れないと考えました。 最初の構造を組み立てた後、私が最初に試用することにしたのは、より経験豊富な同志であり、 「あなたのフェライトたわごとは衝動に最適な材料ではありません 。 」というフレーズをよく耳にしました 。 すぐに私は彼らとどのような選択肢が彼と対照的であるかを知ることに決め、彼らは私に言った- アルシファーまたはそれはシンダストとも呼ばれる。

なぜこれほど優れており、フェライトよりも本当に優れているのでしょうか？

最初に、トランスフォーマーの材料をほぼ完璧にできるものを決定する必要があります。

1）それは磁気的に柔らかくなければなりません、すなわち、それは容易に磁化され、消磁されます：





図2-強磁性体のヒステリシスサイクル：1）ハードサイクル、2）ソフトサイクル



2）材料は、可能な限り多くの飽和誘導を持つ必要があります。これにより、コアの寸法を小さくするか、保存時に出力を増加させることができます。





3）材料は、磁化反転とフーコー電流による損失を最小限に抑える必要があります



4）材料の特性は、外部暴露によって大きく変化しないはずです：機械的な力（圧縮または張力）、温度と湿度の変化。

次に、フェライトの特性と、それが上記の要件をどの程度満たすかを検討します。

フェライトは半導体です。つまり、独自の高い電気抵抗を持っています。 これは、高周波では渦電流損失（ フーコー電流）が非常に低いことを意味します。 上記のリストの少なくとも1つの条件がすでに満たされていることがわかります。 どうぞ...

フェライトは熱安定性で不安定ですが、このパラメーターはIIPの決定要因ではありません。 フェライトは、-60〜+ ^100の温度範囲で安定して動作することが重要です。これは、最もシンプルで安価なブランド向けです。





図3-さまざまな温度での20 kHzの周波数での磁化曲線



そして最後に、最も重要な点-上のチャートで、ほぼすべてを決定するパラメーターを見ました- 飽和誘導 。 フェライトの場合、通常0.39 Tが必要です。 さまざまな条件下でこのパラメータが変更されることを覚えておく価値があります。 周波数と動作温度、およびその他のパラメーターの両方に依存しますが、最初の2つに特に重点を置く必要があります。



結論：フェライトニシュチャク！ タスクに最適です。

アルシファーとその違いについてのいくつかの言葉

1）Alsiferは、わずかに広い温度範囲で動作します：-60〜+120°C-適切ですか？ フェライトよりも優れています！

2）アルシファーのヒステリシスの損失係数は、弱い場（低電力）でのみ一定であり、強力な場では非常に大きくなります-これは非常に深刻なマイナスであり、特に2 kWを超える電力では、ここで失われます。

3） 最大1.2 Tの飽和誘導！ フェライトの4倍！ -主なパラメータはすでに追い越しているが、それほど単純ではない...もちろん、この利点はどこにも行きませんが、パラグラフ2はそれを弱め、 間違いなくプラスになります。



結論：アルシファーはフェライトよりも優れています。この叔父では、私には嘘をつきませんでした。



戦いの結果：上記の説明を読んだ人は誰でもalsiferがくれたと言うでしょう！ そして当然のことながら...しかし、アルシファーで作られたコアを見つけようとするので、全体の出力が10 kWですか？ ここでは、通常、人は立ち止まって、特に販売されていないことがわかります。もしあれば、メーカーの注文に直接アクセスすると、価格があなたを怖がらせます。

特にフェライト全体を評価する場合は、フェライトを使用することがわかります。損失はほとんどありません...フェライトは、 「10オウム中8オウム」でアルシファーと比較して評価されます。



私はお気に入りのマタンに目を向けたかったのですが、これをしないことに決めました。 記事の+10,000文字は冗長だと思います。 B. Semenovによる「Power Electronics：Simple to Complex」という非常に優れた計算の本しかお勧めできません。 私は特定の追加で彼の計算を語る意味がわかりません

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そこで、変圧器の計算と製造に進みます

非常に重大な瞬間、つまりコアのギャップをすぐに思い出したいのです。 彼はすべての力を「殺す」か、30〜40％増やすことができます。 Nブリッジ用のトランスを作成していることを思い出してください。これは、直接フローコンバーター（ブルジョアでは前方）を指します。 つまり、ギャップは理想的には0 mmでなければなりません。

かつて、2〜3年のコースで、溶接インバーターを組み立てることに決め、Kemppiインバーターのトポロジーに目を向けました。 そこで、変圧器に0.15 mmの隙間がありました。 彼がなぜそうなのかが面白くなった。 彼は教師にアプローチしませんでしたが、ケンピのロシア駐在員事務所に電話をかけました。 何を失う？ 驚いたことに、私はサーキットエンジニアとつながり、1 kWの天井を越えて「忍び寄る」ことができるいくつかの理論的なポイントを教えてくれました。

要するに 、0.1-0.2 mmのギャップが必要です！ これにより、コアの減磁率が増加し、トランスを介してより多くの電力をポンピングできます。 ギャップの耳を持つそのようなフェイントの最大の効果は、0.15 mmのギャップの導入により100％の増加が得られる「斜めブリッジ」トポロジで達成されました。 Nブリッジでは、この増加はささやかなものですが、40〜60％も悪くないと思います。



トランスフォーマーを作成するには、次のセットが必要です。



a）

図4-3C90材料のフェライトコアE70 / 33/32（N87のわずかに優れたアナログ）



b）

図5-コアフレームE70 / 33/32（いずれか大きい方）および霧状鉄チョークD46



このような変圧器の全体の電力は7.2 kWです。 公称値の6〜7倍の突入電流（技術仕様で600％）を提供するには、このようなマージンが必要です。 このような起動電流は誘導電動機にのみ当てはまりますが、すべてを考慮する必要があります！

突然、特定のチョークが「表面化」しました。これは今後のスキーム（最大5個）で必要になるため、巻き方を示すことにしました。



次に、巻線パラメータを計算する必要があります。 特定のサークルで知られている友人Starichok51のプログラムを使用しています。 優れた知識を持ち、常に指導と支援の準備ができている男性。感謝します-かつては正しい道を歩むのを助けました。 プログラムは、 ExcellentIT 8.1と呼ばれます。



2 kWの計算例を示します。



図6-増加する2 kWブリッジ回路のパルストランスの計算

計算方法：

1）赤で強調表示されます。 これらは通常、デフォルトで設定される入力パラメーターです。

a）最大誘導。 フェライトでは0.39 Tですが、変圧器はかなり高い周波数で動作するため、プログラムはそれ自体で0.186を設定します。 これは、125度まで加熱するなど、最悪の条件での飽和誘導です。

b）変換周波数は、当社が設定し、回路上で決定されるものは以下の記事に記載されています。 この周波数は20〜120 kHzである必要があります。 少ない場合-トランスおよびホイッスルが聞こえ、 高い場合 、キー（トランジスタ） に大きな動的損失が発生します。 また、IGBTキーは最大150 kHzの高価なものでも動作します

c）係数。 フレームとコアのスペースが限られているため、ウィンドウを埋めることは重要なパラメータです。0.35以上はしないでください。そうしないと、巻線が収まりません。

d）電流密度-このパラメーターは最大10 A / mm ²です。 これは、導体を流れることができる最大電流です。 5-6 A / mm ²の最適値-過酷な操作の条件：不十分な冷却、全負荷での一定の動作など。 8-10 A / mm ^2-お使いのデバイスが理想的に換気され、 9000台以上のクーラーが必要な場合に設定できます。

d）入力での電力。 なぜなら DC-> DC 48V〜400Vの変圧器を計算し、計算のように入力電圧を設定します。 フィギュアはどこから来たのですか。 放電状態では、バッテリーは10.5Vを出力し、さらに放電します-寿命を短くし、バッテリー数（4個）を掛けると42Vになります。 40Vのマージンで取ります。 48Vは、製品12V * 4個から取得されます。 58Vは、充電状態ではバッテリーの電圧が14.2-14.4Vであり、類推により4倍になるという考慮から取られています。



2）青で強調表示されます。

a）400Vを設定します、なぜなら これは電圧フィードバックのマージンであり、正弦波をカットするには最低342Vが必要です。

b）定格電流。 理由により、2400 W / 220（230）V = 12Aを選択します。 あなたがどこでも見ることができるように、私は少なくとも20％のマージンを取ります。 高品質の機器を製造する自尊心のあるメーカーがこれを行います。 ソビエト連邦では、そのような準備金は、最も困難な条件であっても、25％の基準でした。 220（230）Vが純粋な正弦波の出力電圧である理由。

c）最小電流。 実際の条件から選択されたこのパラメータは、出力インダクタのサイズに影響を与えるため、最小電流が大きいほど、インダクタが小さくなり、デバイスが安価になります。 繰り返しますが、私は最悪の場合1Aを選択しました。これは、2〜3個の電球または3〜4個のルーターの電流です。

d）ダイオードをドロップします。 なぜなら 出力に超高速のダイオードがあり、さらに悪い条件（温度を超える）で0.6Vの電圧降下があります。

d）線径。 私はそのようなケースのために20kgの銅のコイルを買ったことがあります、ちょうど1mmの直径で。 ここにあなたが持っているものを置きます。 1.18 mm以上を置くことはお勧めしません。 表皮効果が影響し始めます







3）緑で強調表示されます。 ここではすべてが簡単です。「フルブリッジ」トポロジを作成して選択する予定です。



4）オレンジ色で強調表示されます。 コア選択プロセスが進行中で、すべてが直感的です。 私たちのもののように、多数の標準コアがすでにライブラリにありますが、ディメンションを入力して何かを追加できる場合。



5）紫色で強調表示されます。 計算付きの出力パラメーター。 個別のウィンドウ選択係数。 ウィンドウを塗りつぶします。覚えておいてください-0.35以下、できれば0.3以下です。 必要な値もすべて与えられます。一次および二次巻線の巻き数、巻線用の「編組」にあらかじめ設定された直径のワイヤの数です。

出力インダクタをさらに計算するためのパラメータ：インダクタンスと電圧リップルも示します。



次に、出力チョークを計算する必要があります。 リップルを滑らかにし、「均一な」電流を作成する必要があります。 計算は同じ著者のプログラムで実行され、 DrosselRing 5.0と呼ばれます。 トランスの計算は次のようになります。



図7-ブーストDC-DCコンバーターの出力チョークの計算



この計算では、すべてがよりシンプルで理解しやすく、出力と同じ原理で動作します。編組の巻き数とワイヤ数です。

製造段階

これで、トランスとインダクタの製造に関するすべてのデータが得られました。

パルストランスを巻く主なルールは、例外なく、すべての巻線を一方向に巻かなければならないということです！



ステージ1：



図8-二次（高電圧）巻線の巻線プロセス



直径1 mmの2本のワイヤーで必要なターン数をフレームに巻き付けます。 巻き方向を覚えて、フレームにマーカーでマークを付けます。



ステージ2：



図9-二次巻線を分離する



二次巻線を厚さ1 mmのフッ素樹脂テープで絶縁します。このような絶縁体は少なくとも1000 Vに耐えることができます。ワニスも含浸します。これも絶縁体に+ 600 Vです。 フッ素樹脂テープがない場合は、通常の配管の煙霧を4〜6層に分離します。 これは同じフトロプラストで、厚さはわずか150〜200ミクロンです。



ステージ3：



図10-一次巻線を巻き始め、ワイヤーをフレームにはんだ付けします

巻き取りは二次巻き取りで一方向に行われます！



ステージ4：



図11-一次巻線のテールを出力する



巻線に巻き付け、同じフッ素樹脂テープでそれを分離します。 また、ワニスに浸すことをお勧めします。



ステージ5：



図12-ワニスを含浸させ、はんだ付けした「テール」。 巻取り終了

ステージ6：



図13-ワニスに最終含浸を施したカイパーテープでトランスの巻線と絶縁を完了します







ステージ7：



図14-これは、完成したトランスフォーマーの外観です



コアの半分の間に適切なフィルムを挿入することにより、ボンディング中に0.15 mmのギャップが設定されます。 最適なオプションは、印刷用のフィルムです。 コアは接着剤（瞬間）またはエポキシで接着します。 何世紀にもわたる第1の選択肢、第2の選択肢では、たとえば別の巻線を巻いたり、ターンを追加したりする必要がある場合に、損傷なしに変圧器を分解できます。

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スロットル巻き

今、類推により、スロットルを巻く必要があります。もちろん、トロイダルコアに巻くのはより困難ですが、このオプションはよりコンパクトになります。 私たちがプログラムから得たすべてのデータ、コア材料はアトマイズ鉄またはパーマロイです。 この材料の飽和誘導は0.55 Tです。



ステージ1：



図15-リングをPTFEテープで包む



この操作により、コアへの巻線の破損のケースを回避できますが、これはまれですが、私たちは品質のためであり、自分でそれを行います！



ステージ2：



図16-希望するターン数を巻き上げて分離する



この場合、巻数は1つの巻線層に収まらないため、最初の層を巻いた後、2番目の層を絶縁し、その後の絶縁で巻線します。



ステージ3：



図17-2番目のレイヤーの後を分離し、ワニスを含浸させます

エピローグ

私の記事がパルストランスの計算と製造のプロセスを教えてくれるだけでなく、パルストランスの動作とそれが作られた材料に関するいくつかの理論的概念を教えてくれることを願っています。 私はこの部分に不必要な理論を負わせないようにしました。すべては最小限であり、実用的な点にのみ焦点を当てています。 そして最も重要なのは、クリアランス、巻き取り方向など、パフォーマンスに影響する主要な機能についてです。

継続するには...



パート3

パート4.1

パート4.2

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