Объявление

Свернуть
Пока нет объявлений.

Как повысить КПД трансформатора?

Свернуть
X
Свернуть

  • Как повысить КПД трансформатора?

    Многим известно, что практически ни одно мощное радиоэлектронное устройство не обходится без использования трансформаторов. Трансформатор представляет собой магнитопровод, состоящий из ферромагнитного материала, с намотанными поверх него медными обмотками. Как правило, трансформатор имеет две обмотки, причём первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, а ко вторичной обмотке подключена нагрузка. И именно путём регулировки нагрузочного сопротивления устанавливают необходимый эксплуатационный режим.

    Трансформаторы используют для преобразования энергии, в частности, для изменения значения тока, напряжения или мощности в цепи. Это позволяет включать в сеть с напряжением 220 вольт приборы, работающие во много меньшем диапазоне напряжений.

    Недостаток рассматриваемого устройства – высокие электромагнитные потери, связанные с особенностями строения трансформатора. Поэтому необходимо искать пути решения данной проблемы. С физической точки зрения постараемся разобраться, как увеличить КПД трансформатора.

    Потери бывают двух видов: потери «в стали», или потери в магнитопроводе (сердечнике) трансформатора, и потери «в меди», или потери в обмотках. Мощность, расходуемая на вышеперечисленные потери, снижает КПД. КПД рассчитывается следующим образом: КПД = Р2/Р1 = Р2/(Р2 + Рст + Рм), где:
    Р2 – мощность в нагрузке,
    Рст – мощность потерь «в стали»,
    Рм – мощность потерь «в меди».

    Таким образом, для повышения эффективности работы трансформатора необходимо снизить потери в сердечнике и в обмотках.

    Рассмотрим потери «в меди». Они создаются из-за естественного наличия электрического сопротивления металлического проводника – медной обмотки. Значит, необходимо по возможности максимально увеличить проводимость или, другими словами, уменьшить сопротивление. R = р*l/S, где:
    р – удельное электрическое сопротивление,
    l – длина проводника,
    S – площадь поперечного сечения проводника.

    И что мы имеем? Для уменьшения сопротивления нужно уменьшить удельное сопротивление или длину проводника либо увеличить площадь поперечного сечения.

    Самое низкое удельное сопротивление у алюминия и затем у меди. Но алюминий является драгоценным металлом, что сравнительно сильно увеличивает себестоимость трансформатора. Поэтому выгоднее использовать медь. Но это мы и так имеем. В промышленном производстве трансформаторов обмотки всегда делают медными.

    Уменьшение длины обмотки также не является решением. Дело в том, что, уменьшая длину, мы уменьшаем и число витков обмотки, тем самым изменяя коэффициент трансформации, и, следовательно, ту цель, ради которой мы используем трансформатор. Данным образом мы не получим необходимое нам преобразование.

    Остаётся одно: увеличить площадь поперечного сечения. При этом у нас увеличивается толщина обмотки. Очевидно, что бесконечно это делать невозможно, тем более что мы должны следить за габаритами. Так мы можем снизить потери «в меди».

    Перейдём к потерям «в стали». К ним относятся потери на гистерезисе сердечника и потери на вихревые токи.

    Петля гистерезиса – это магнитная характеристика магнитопровода трансформатора, показывающая зависимость магнитной индукции от напряжённости магнитного поля B = f(H). Известно, что чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше потери. Соответственно, чтобы снизить потери на гистерезисе, необходимо в качестве сердечника использовать стальной магнитопровод с узкой петлёй гистерезиса.

    Другой вид потерь «в стали» связан с наличием вихревых токов. Решение – в качестве сердечника трансформаторов использовать не сплошной магнитопровод, а магнитную систему из числа тоненьких пластин, покрытых изолирующим лаком.

    Таким образом, всеми вышеперечисленными способами мы можем значительно повысить КПД трансформатора.

      Возможность размещать комментарии к сообщениям отключена.

    Метки статей

    Свернуть

    Меток пока нет.

    Новые статьи

    Свернуть

    • ШИМ-контроллеры малой мощности TinySwitch от Power Integrations
      admin
      Что такое TinySwitch? Почему в последнее время об этих микрочипах идет столько разговоров? Послушаем мнение на этот счет знающих людей. Говард Эрхард, президент и исполнительный директор Power Integrations: «Мы предлагаем решение проблемы энергетических утечек, проблемы, которая до сих пор не осознана большинством потребителей, хотя обходится им в миллиарды долларов». Хенно Шоттен, директор по исследованиям и развитию германской компании АKО-WERKE GmbH: «Экономия энергии, простота конструкции и низкая стоимость делают TinySwitch незаменимыми для устройств управления бытовой техникой».
      Итак, TinySwitch — Крошка Ключ. Просьба не путать с реактивным снарядом Tiny Tim. Почему — Крошка (Tiny)? Потому что на одном кристалле в корпусе DIP размером всего 9,4х6,22х3,18 мм размещены мощный 700 В полевой МОП — транзистор MOSFET и весьма сложная схема управления...
      03.06.2017, 22:19
    • Топология частотных преобразователей средней и большой мощности
      admin
      Продолжаем тему, начатую в статье «Методы теплового расчета импульсных силовых каскадов», опубликованной в № 1’2002...
      03.06.2017, 22:19
    • Схемотехнические способы борьбы с защелкиванием в каскадах с IGBT транзисторами
      admin
      Введение

      Преимущества IGBT транзисторов при использовании их в импульсных силовых каскадах (особенно высоковольтных) общеизвестны: это высокая плотность тока, малые статические и динамические потери, отсутствие тока управления, устойчивость к короткому замыканию, простота параллельного соединения.

      Отсутствие тока управления в статических режимах и общее низкое потребление по цепям питания позволяет отказаться от гальванически изолированных схем управления на дискретных элементах и создать интегральные схемы - драйверы. Драйверы, управляющие транзисторами нижнего плеча, в настоящее время выпускаются практически всеми ведущими фирмами. Кроме обеспечения тока затвора они способны выполнять и ряд вспомогательных функций таких, как защита от перегрузки по току, падения напряжения управления и ряд других.

      В дополнение к ним, некоторые фирмы выпускают драйверы транзисторов верхнего плеча, выдерживающие перепад напряжений до 600 В и даже 1200В, а также драйверы полумостовых и мостовых соединений мощных транзисторов. На вход этих драйверов подаются сигналы КМОП или ТТЛ уровня относительно отрицательной шины питания. Особая ценность таких микросхем состоит в том, что их выходные каскады способны питаться от так называемых "бутстрепных" конденсаторов в схемах "зарядового насоса" и не требуют "плавающих" источников питания.

      Большую гамму драйверов различного назначения поставляет фирма International Rectifier, в том числе:
      • драйвер транзистора верхнего плеча IR2125
      • драйвер полумоста IR211Х
      • драйвер трехфазного моста IR213Х
      • драйвер трехфазного моста на напряжение 1200В! IR223Х
      Среди наиболее известных можно также назвать драйверы нижнего плеча МС33153, МС34151 фирмы Motorola и драйверы с гальванической развязкой Hewlett Packard.

      Все сказанное выше делает транзисторы IGBT в сочетании с микросхема-ми управления оптимальными элементами для построения силовых ключевых каскадов с мощностью до десятков киловатт. Однако указанные элементы имеют и ряд технологических недостатков, ограничивающих область их применения. Среди наиболее серьезных - наличие времени рассасывания базы биполярной части IGBT (хвоста) и способность транзисторов и драйверов к защелкиванию.

      Причины защелкивания

      Причиной защелкивания IGBT транзисторов является наличие триггерной структуры, образованной биполярной частью...
      03.06.2017, 22:18
    • Современные силовые запираемые тиристоры
      admin
      Введение

      Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники началось в 1953 г. когда стало возможным получение кремния высокой чистоты и формирование кремниевых дисков больших размеров. В 1955 г. был впервые создан полупроводниковый управляемый прибор, имеющий четырёхслойную структуру и получивший название "тиристор".

      Он включался подачей импульса на электрод управления при положительном напряжении между анодом и катодом. Выключение тиристора обеспечивается снижением протекающего через него прямого тока до нуля, для чего разработано множество схем индуктивно-ёмкостных контуров коммутации. Они не только увеличивают стоимость преобразоваеля, но и ухудшают его массо-габаритные показатели,снижают надёжность.

      Поэтому одновременно с созданием тиристора начались исследования, направленные на обеспечение его выключения по управляющему электроду. Главная проблема состояла в обеспечении быстрого рассасывания носителей зарядов в базовых областях.

      Первые подобные тиристоры появились в 1960 г. в США. Они получили название Gate Turn Off (GTO). В нашей стране они больше известны как запираемые или выключаемые тиристоры.

      В середине 90-х годов был разработан запираемый тиристор с кольцевым выводом управляющего электрода. Он получил название Gate Commutated Thyristor (GCT) и стал дальнейшем развитием GTO-технологии.

      Тиристоры GTO

      Устройство

      Запираемый...
      03.06.2017, 22:18
    • Силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)
      admin
      Устройство и особенности работы

      Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistors) - полностью управляемый полупроводниковый прибор, в основе которого трёхслойная структура. Его включение и выключение осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком. На рис.1 приведено условное обозначение IGBT.


      > >
      Рис. 1. Условное обозначение IGBT
      Рис. 2. Схема соединения транзисторов в единой структуре IGBT
      Коммерческое использование IGBT началось с 80-х годов и уже претерпела четыре стадии своего развития.

      I поколение IGBT (1985 г.): предельные коммутируемые напряжения 1000 В и токи 200 А в модульном и 25 А в дискретном исполнении, прямые падения напряжения в открытом состоянии 3,0-3,5 В, частоты коммутации до 5 кГц (время включения/выключения около 1 мкс).

      II поколение (1991 г.): коммутируемые...
      03.06.2017, 22:18
    • Полупроводниковый ключ переменного тока
      admin
      ...
      03.06.2017, 22:18
    Обработка...
    X