Ferritkerntransformator; Ein umfassender Leitfaden zu den Grundlagen

Die meisten elektrischen Leistungstransformatoren haben als grundlegende Merkmale Sekundär- und Primärwicklungen. In anderen Fällen können Tertiärwicklungen vorhanden sein. Daher sollte zwischen den Wicklungen eine effektive Flussverbindung vorhanden sein, um den Transformator anzutreiben. Folglich gibt es einen zusätzlichen Magnetpfad mit niedrigem Widerstand und hoher Leistungsfähigkeit, um sicherzustellen, dass die Flussverbindung hervorragend funktioniert. Den Magnetpfad bezeichnen wir als Kern.

Jetzt bestehen Kerne aus verschiedenen Materialien wie Ferriten, Stahl, Silizium und vielen mehr. Dieser Artikel konzentriert sich ausschließlich auf Ferritkerne und erläutert die verschiedenen Typen, Vorteile und Anwendungen. Darüber hinaus können wir Ihnen andere Erkenntnisse mitteilen, die für Sie von Bedeutung sein könnten.

1. Was ist ein Ferritkerntransformator?

Häufig weisen die magnetischen Ferritkerne eine Kombination aus Mangan, Zink, Nickelverbindungen und Eisenoxiden auf. Da die Verbindungen eine geringe Koerzitivfeldstärke aufweisen, fallen sie unter weiche Ferrite. Ferritkerntypen umfassen Schalen-, Ringkern-, zylindrische und geschlossene Kerntypen.

(Ring- oder Zylinderspulen am Magnetkern)

Ferritkerntransformatoren haben normalerweise einen höheren Bedarf als Eisenkerntransformatoren. Die Ferrit-Transformatoren haben Vorteile, einschließlich Beständigkeit gegen erhöhte Ströme, geringe Hystereseverluste und keine Laminierung erforderlich.

Andererseits erfordern Eisenkerntransformatoren eine Laminierung, um einen Modus mit niedrigen Wirbelverlusten zu erreichen. Da Sie Laminierungen nicht dünner machen können, neigen sie auch dazu, bei höheren Frequenzen unwirksam zu sein.

2. Typen und Vorteile von Ferritkerntransformatoren

Typen

Die folgende Liste enthält die Haupttypen von Ferritkerntransformatoren.

Manganzink (MnZn)

Abgesehen davon, dass MnZn eine höhere Permeabilität hat, hat es auch einen höheren Sättigungsgrad als ein Nickel-Zink-Ferrit. Daher eignen sie sich am besten für Anwendungen mit einer Betriebsfrequenz von weniger als 5 MHz. Darüber hinaus ist die Impedanz des Kerns für Induktivitäten bis 70 MHz geeignet.

Nickelzink (NiZn)

Im Vergleich zu einem MnZn hat ein NiZn einen höheren spezifischen Widerstand. Aus diesem Grund werden Sie es hauptsächlich in Anwendungen verwenden, die einen Frequenzbereich von 2 MHz bis zu mehreren 100 MHz erfordern. Darüber hinaus kann seine Impedanz Induktivitäten bedienen, die über 70 MHz hinausgehen. Ein NiZn-Ferritkern ist jedoch temperaturempfindlich mit einer noch niedrigeren Curie-Temperatur von unter 500 °C.

Sandstaub

Sandstaub ist eine Hochfrequenz-Drosselspule, die Sie nur mit einem Ferrit verwenden können.

Laminierung/ amorph und nanokristallin

Laminierung/amorph &nanokristallin finden Sie hauptsächlich in Bereichen wie USV, Schweißgeräten und Wechselrichtern.

Es ist auch gut zu beachten, dass Ferritkerne in den folgenden verschiedenen Formen erhältlich sind:

ETD-Kerne; Erstens haben wir die ETD-Kerne mit minimalem Wicklungswiderstand an ihrem Mittelpfosten. Der Wicklungswiderstand ermöglicht eine Optimierung der Abmessungen für erhöhte Leistungseffizienzen. Darüber hinaus passen sie effizient zu Induktivitäten und Leistungstransformatoren.

EER-Kerne; Zweitens gibt es EER-Kerne mit einem runden Mittelpfostenmerkmal. In den meisten Fällen ermöglicht der runde Mittelpfosten im Vergleich zu einem quadratischen Mittelpfosten eine kürzere gewundene Pfadlänge.

E, I Kern; Sein Merkmal ist eine Spulenwicklung. Und Sie können es mit Leichtigkeit zusammenbauen. E, I Kernanwendungen sind; Wechselrichtertransformatoren, Breitband, Leistung, Konverter, Telekommunikationsinduktivitäten und Differenziale.

EFD-Kerne; Haben Sie eine Querschnittsflächenfunktion. Aus diesem Grund können Anwendungen mit mehreren Transformatoren und Induktoren sowie Kompakttransformatoren davon profitieren.

(Ferritperlen-Induktoren).

Vorteile

Zu den Vorteilen eines Ferritkerntransformators, der für die meisten elektrischen Anwendungen angeboten wird, gehören:

1. Erstens ist es für einen Magneten sehr durchlässig. Aus diesem Grund ist der Transformator oft in Hochfrequenztransformatoren anwendbar.
2. Dann ist seine elektrische Leitfähigkeit gering . Dadurch wird sichergestellt, dass der Ferritkern keine Wirbelströme verliert.
3. Auch die elektrische Feldstärke ist höher . Dies ermöglicht eine magnetische Richtungsänderung mit geringen Hystereseverlusten. Darüber hinaus ist es gut zu wissen, dass harte Ferritkerne eine geringere Koerzitivfeldstärke haben als weiche Ferritkerne.

(Hysterese in einem Magnetfeld).

Weitere Vorteile von Ferritkern-Transformatoren in der Elektroindustrie:

• Ein niedriger Hysteresefaktor,
• Hohe Q-Werte,
• Geringe Signalverzerrung und
• Geringe DC-Empfindlichkeit.

3. Was sind Hauptanwendungen für Ferritkerntransformatoren?

Ein Ferritkerntransformator findet in einem breiten Anwendungsbereich Anwendung, der aus Folgendem besteht:

• DC-DC-Wandler; Hier verringern oder erhöhen sie die Gleichspannung.
• Mobile Ladegeräte; Offensichtlich hat jedes Telefonladegerät eine bestimmte Amperezahl und Spannung. Daher helfen Ferritkerntransformatoren beim Erhöhen und Verringern der Spannung, wie die Anforderung besagt.
• Leistungselektronische Schaltungen; Alle leistungselektronischen Schaltungen mit hohen Frequenzen integrieren einen Ferritkerntransformator. So gibt es beispielsweise reine Sinus-Wechselrichter und Schaltnetzteil-Wechselrichter.
• Haushaltsgeräte; Einige Haushaltsgeräte, die den Ferrittransformator verwenden, sind Kühlschränke, Wechselstrom, Waschmaschinen und Fernseher. Darüber hinaus hilft der Transformator bei der Unterdrückung des Rauschpegels bei der EMI-Filterung während des Betriebs.

(Rauschunterdrückung durch Ferritbauteile).

• Bürstenlose DC-Wechselrichter; Ferrittransformatoren wandeln in bürstenlosen DC-Wechselrichterschaltungen Wechselstrom in Gleichstrom oder Wechselstrom in Wechselstrom um.
• Sonnenkollektoren; Darüber hinaus erhöhen die Transformatoren in Solarmodulen und Batterien die niedrige Gleichspannung.
• Elektrofahrzeuge; Motormotoren und Ladegeräte von Elektrofahrzeugen verwenden einen Ferritkerntransformator.
• Beleuchtung; Schließlich fungieren die Ferrittransformatoren als Treibertransformatoren und stellen die erforderliche Spannung in LED-Segmenten bereit.

4. So berechnen Sie Ferritkerntransformatoren

In erster Linie müssen alle erforderlichen Parameter vorhanden sein. Unser Design hier ist eine Push-Pull-Topologie mit Mittelanzapfung.

Primärwindungen berechnen

3 ist die primäre Runde.

• Nebenwindungen berechnen; Der Spitzensekundärwert liegt konstant bei 310 V. Es hilft bei der Aufrechterhaltung einer Betriebsspannung von 13 V bis 10,5 V (niedrigste). Zusätzliche 20 V zu den 310 V ergeben 330 V, was gut genug für eine maximale Ausgangsspitzenspannung ist.
• Bestimmen Sie die maximale Sekundärspannung für die PWM-Rückkopplungssteuerung; PMW macht 98 % des gesamten Arbeitszyklus aus. Wenn die Batterie also 10,5 V und 310 V auf der Sekundärseite hat, verwenden wir die Berechnung; 98 % × 10,5 V =10,29 V. Die endgültige maximale Sekundärspannung liegt bei 330 V, während die Primärspannung 10,29 V beträgt
• Finde primäres sekundäres Windungsverhältnis; Das Verhältnis ist 330:10,29 =32,1
• Die Berechnung einer sekundären Windungszahl ergibt sich aus der Multiplikation der primären Windungszahl (3) und dem Verhältnis der Nennspannungen (32.1). Nun, 32,1 × 3 =96,3 aufgerundet auf 96,
• Berechnen Sie die Hilfszahl der Umdrehungen

Die Hilfswicklung benötigen Sie für die externe Umsetzung. Die Formel lautet wie folgt:

5. Wie man Ferrittransformatoren verschiedener Topologien entwirft

Unterschiedliche Anwendungen und Kerntypen haben je nach Schaltungsdesign unterschiedliche Namen und Topologien. Einige der Topologien umfassen Flyback, Push-Pull, Halbbrücke und Schalentyp. Berücksichtigen Sie jedoch beim Entwerfen eines Ferrittransformators mit einer beliebigen Topologieform die Form, die Stückkosten, die optimale Temperatur, Größe und Frequenz. Die genannten Punkte sollten den Transformator aufrechterhalten, indem sie Kernverluste minimieren, eine elektrische Isolierung bereitstellen und eine Kernsättigung verhindern.

Die Betriebsfrequenz und Größe von Ferrittransformatoren hängen von zwei Hauptanwendungen ab; Strom und Signal.

(ferromagnetische Metallkerne).

Signalanwendungen; der Ferrittransformator hat hier eine hohe Frequenz im Bereich von Megahertz und ist klein.

Leistungsanwendungen; Im Gegensatz zu Signalanwendungen sind die Transformatoren hier groß und von niedrigen Frequenzen (Bereich – 1 kHz bis 200 kHz)

Schritte

• Bevor Sie mit dem Transformatordesign beginnen, stellen Sie sicher, dass Ihre Anforderungen mit der gewünschten Anwendung übereinstimmen. Projektanforderungen können Strompegel, Ausgangsspannung, Betriebsfrequenzen und Eingangsspannung umfassen.
• Prüfen Sie zweitens andere Parameter, einschließlich Betriebstemperatur, Montageart, Isolierung, Abstand, Leckströme und Größe.
• Fahren Sie dann mit der Kernauswahl fort. Sie benötigen Spulen, die auf den Kern Ihrer Wahl passen, und sie helfen auch bei der Montage Ihres Produkts, sobald Sie es fertiggestellt haben.
• Berechnen Sie viertens mithilfe der Formeln unter der Unterüberschrift „Berechnung von Ferritkerntransformatoren“ die Leistungsverluste und die Anzahl der Windungen. Außerdem können Sie andere notwendige Parameter berechnen.
• Als nächstes müssen Sie die Leitergröße und den Primärwicklungsstrom bestimmen.

Die Formel lautet – Primärstrom =Gesamtausgangsleistung + Leistungsverluste des Transformators dividiert durch die Primärspannung.

• Bestimmen Sie anschließend die Anzahl der Windungen, die die Sekundärwicklung benötigt. Hier überprüfen Sie die Drähte aus Ihrer mechanischen Zeichnung. Stellen Sie dann sicher, dass sie in der mittleren Windungslänge, Höhe und Spule in den Wickelbereich passen. Fügen Sie außerdem etwas Isolierung zwischen den Wicklungen hinzu, aber berücksichtigen Sie auch die Gesamtwicklungshöhe.
• Messen Sie außerdem die Lastspannung und den Leerlauf quer zur Sekundärwicklung, um Ihr Design zu überprüfen. Verwenden Sie wieder die Formeln in Unterüberschrift vier, um den Widerstand jeder Wicklung zu berechnen. Berechnen Sie auch den Spannungsabfall quer an derselben Wicklung. Spannungsabfall =Strom × Widerstand.
• Schließen Sie ab, indem Sie die erforderliche Temperatur berechnen. Der Temperaturanstieg in Ferrittransformatoren resultiert aus Wicklungsleistungsverlusten und Kernleistungsverlusten. Abhängig von Ihrer Anwendung sollte die Berechnung eine akzeptable Temperatur ermitteln.

6. Was ist der Unterschied zwischen einem Ferritkerntransformator und einem einfachen Transformator?

Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen einem einfachen Transformator und einem Ferritkerntransformator zusammen.

(Kupferspulentransformator).

Schlussfolgerung

Alles in allem sind Ferritkerntransformatoren die beste Option, wenn es um Hochfrequenzanwendungen geht, da sie eine effiziente Leistung haben. Die Transformatoren haben eine hohe magnetische Permeabilität, eine hohe Koerzitivkraft und leiten eine geringe elektrische Leistung. Zu den Hochfrequenzanwendungen gehören Schaltnetzteile, Rauschfilter, HF-Induktoren (Hochfrequenz), Transformatoren usw.

Wir bieten dennoch einige Hinweise zur Verwendung dieser Transformatoren oder zum Kauf des richtigen Transformators. Falls Sie erneut interessiert sind, können Sie sich an uns wenden, und wir helfen Ihnen gerne weiter.