Salve, ho visto che c'è già un thread sui trasformatori switching, ma io ho domande di altro tipo e quindi apro un nuovo post. Sto cominciando a sperimentare con i flyback e ho recuperato un nucleo ad E in ferrite e relativo rocchetto da un vecchio ATX. Nello srotolarlo ho notato che il primario era avvolto per metà come primo avvolgimento, vicino al nucleo, e per l'altra metà tutto all'esterno come ultimo avvolgimento; inoltre la presa centrale che raccordava i due avvolgimenti non era collegata al circuito. Come mai questa scelta? Cosa comporta?
Un'altra domanda che mi è venuta è: a parità di numero di spire, se un secondario è avvolto in prossimità del centro eroga meno tensione di un secondario avvolto con lo stesso numero di spire ma in prossimità dell'esterno, e quindi con un filo complessivamente più lungo?
Ultima domanda: con che criterio si sceglie l'ordine di avvolgimento? Prima il primario? Prima l'avvolgimento più lungo? O quello più corto?
Come primo esperimento vorrei costruire sul nucleo recuperato un flyback con primario a 15V e secondari a 12V 500mA, 6V 800mA e 350V 70mA Userei un rapporto di 1,5 spire per volt (è un esperimento) ma come dispongo i vari avvolgimenti? Da quale parto e perché? :-) Inoltre, sulla base della corrente necessaria, il diametro del filo come lo scelgo? Per conoscere la corrente al primario devo fare la somma delle potenze ai secondari? Suppongo di sì...
Grazie per le risposte e scusate se ho detto che era l'ultima domanda e invece non era vero :-)
P.S.: se può interessare, anche se forse è già noto, per disassemblare i nuclei in ferrite dal rocchetto ho messo il trasformatore in forno a 75° per qualche minuto, poi l'ho prelevato con le presine e ho dato dei leggeri movimenti di torsione reciprocamente opposti ai due seminuclei finché non li ho sentiti liberi, poi ho iniziato a tirarli e con un po' di sforzo si sono sfilati.
Guarda, se ti interessa ti copio-incollo alcune risposte che un tempo avevo dato riguard simili questioni (il topic e' abbastanza ricorrente) su qualche NG tipo it.scienza.fisica, it.discussioni.ingegneria e persino it.hobby.elettronica.
Riguardano un po' alcuni input di progetto per un trasforrmatore di tipo switching. Forse non troverai tutte le risposte che cerchi ma qualche idea te la puoi fare...
Putroppo la formattazione non e' delle migliori visto che ho dovuto fare un copy-paste da google, ma spero che alcune idee risultino leggibili.
I thread da cui li ho presi sono abbastanza vecchi. Uno addirittura risale al millenio scorso... Ovviamente non posso esserti di aiuto (contrariamente a quanto scrivevo nei thread) non per cattiveria ma perche' non mi ricordo piu' assolutamente niente, adesso faccio proprio tutt'altra cosa.
Buona lettura (dopo la firma)
maitre Aliboron
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Mi scuso col ritardo con cui rispondo a questa news: in realtà avevo previsto di inviare la presente qualche giorno fa, ma ho avuto degli impedimenti tecnici. Nel frattempo ho potuto notare che si è sviluppato un discreto carteggio. Comunque...
...La sola conoscenza di Al e di u (mu) non è in generale sufficiente, almeno così come le riporti. Infatti a quale tipo di u fa riferimento il tuo dato? Esistono vari valori di u associati ad un nucleo e possono essere: la permeabilità assoluta, la permeabilità iniziale, la permeabilità effettiva, la permeabilità incrementale...
(comunque nella maggior parte dei casi il valore di u riportato dai cataloghi è la ui, permeabilità iniziale, che rappresenta il valore di u sulla curva di prima magnetizzazione, per valori piccoli di fmm). Anche lo stesso Al non dice più di tanto poiché ti permette solo di calcolare il numero di spire che occorre per ottenere un determinato valore di induttanza.
Generalmente ti occorre conoscere:
- la geometria del nucleo;
- il materiale (le ferriti non sono tutte uguali);
- alcuni dati complementari.
Per quanto riguarda il primo punto, con geometria del nucleo intendo proprio i parametri che caratterizzano il circuito magnetico. innanzitutto la forma (presumo che il tipo di ferro in tuo possesso sia un nucleo di tipo EE, che sono quelli maggiormente utilizzati in impieghi push-pull). Tra i dati più significativi ci sono la sezione del nucleo e la lunghezza del cammino magnetico (spesso indicata con l'acronico MPL - Magnetic Path Length).
Questi dati ti sono necessari perché rientrano in alcune formule di progetto, soprattutto se ti occorrono delle stime sul valore massimo del flusso. Comunque se sei in possesso del nucleo e di un calibro puoi facilmente ricavarti questi valori.
Riguardo il secondo punto, non è facile riconoscere un tipo di ferro a meno che non si posseggano: un buon pacco di cataloghi di costruttori di ferri, un ponte di misura RLC con gli attributi ed una notevole dose di esperienza. La cosa è complicata dal fatto che la maggior parte dei costruttori non appone alcun marchio sui ferri di propria produzione. Inoltre ogni costruttore identifica i vari tipi di ferrite tramite codici propri. Se sei fortunato i tuoi nuclei potrebbero essere marcati (qualche volta Philips o Siemens marcano alcuni ferri, o almeno mi è capitato di vederli). Comunque se riesci ad ottenere il codice del ferro puoi risalire al costruttore e alle caratteristiche. Qui di seguito potrai trovare un piccolo cross-reference tra i materiali delle varie case costruttrici con alcune caratteristiche. Tieni conto che i materiali non sono tutti perfettamente equivalenti e che le caratteristiche riportate fanno riferimento ai ferri Siemens. Per applicazioni tipo switch di piccola/media potenza, i ferri più indicati generalmente sono gli N27 e N67.
1200 A/m frequenza di lavoro (KHz) 150max. 300max. Temp. di Curie >220°C >220°C >150°C >130°C >130°C >130°C Potenza 80 155 25kHz, 200mT, 100°C dispersa 500 920 100kHz, 200mT, 100°C (mW/cm3)
I dati complementari sono, ad esempio, la conoscenza del fatto che il nucleo sia traferrato o meno. Questo perché alcuni costruttori forniscono nuclei con traferri standard da 0.1mm a 0.5mm e forniscono i valori di ue (permeabilità effettiva) e di Al relativi non al ferro, ma al nucleo traferrato.
Personalmente ti consiglio di utilizzare un nucleo traferrato perché oltre a diminuire la possibilità di saturazione del nucleo, ottieni valori meno dispersi sull'induttanza (tieni conto che i costruttori danno per gli Al tolleranze anche fino al 30%). Comunque una cosa che devi assolutamente verificare è la presenza o meno del traferro nei nuclei in tuo possesso, e questo lo fai semplicemente per ispezione visiva, mettendo a stretto contatto le due metà e verificando la presenza dell'air-gap. Solamente una volta nota questi dati potrei essere in grado di fare previsioni attendibili sulla corrente di saturazione e sul rendimento del convertitore.
Alcune avvertenze e suggerimenti:
- tieni conto che se utilzzi un push-pull la frequenza a cui viaggia il nucleo è doppia rispetto a quella a cui commutano i MOS.
- il meccanismo di saturazione per un trasformatore _non è lo stesso di quello dell'induttore_ (come spiegato in maniera ottima da Franco). In particolare, a causa del meccanismo di trasferimento di energia, le correnti assorbite possono essere elevate e tuttavia non saturare il nucleo (l'unica corrente "pericolosa" è quella di magnetizzazione). La cosa da tenere in conto è che non vi sia uno sbilanciamento del flusso sul nucleo (l'integrale della tensione applicata deve essere piccolo - idealmente nullo - sul periodo).
- come scritto dalla tabella sopra i valori dell'induzione in corrispondenza alla saturazione sono circa 300mT-400mT. personalmente consiglio però di fare i calcoli del caso considerando un valore di 200mT. Di solito io considero questo valore di Bsat durante i miei calcoli (McLyman utilizza invece 300mT. Vedi, se ti riesce: W.T.McLyman "Transformer and Inductor Design Handbook", 2nd edition, 1988, Ed. Dekker - ISBN:0-8247-7828-6). Questo per i seguenti motivi. Innanzitutto il valore generalmente dato per Bsat è già in una zona in cui la saturazione si può ritenere abbondante.
Inoltre la Bsat tende a diminuire con l'aumentare della temperatura, e non hai idea di come si scaldano i ferri, soprattutto se provi ad andare a qualche centinaio di Khz. Comunque tutto questo è funzione del nucleo che possiedi. Se sei sicuro di avere un N67, potresti benissimo considerare per Bsat 300mT.
- se devi implementare una regolazione, ti consiglio di iniziare con un controllo di tipo voltage mode, per il semplice motivo che, se non possiedi molta esperienza, un current mode non è semplice da far andare, anche con l'utilizzo di controllori appositi (rischi instabilità). Prima di correre è meglio imparare a camminare.
- se sei interessato a questo tipo di applicazioni cerca di procurarti il catalogo con i componenti e le application notes della UNITRODE, una casa specializzata in controllori per applicazioni di potenza. Prova a vedere nel laboratorio del dipartimento che frequenti, molto probabilmente lo puoi trovare.
- una fonte molto abbondante di dati sui vari tipi di nuclei e di ferri, la puoi trovare in: "Magnetic Core Selection for Transformers and Inductors", sempre del citato McLyman, 1997, Ed. Dekker - ISBN:0-8247-9841-4. Trovi tantissimi dati, però quelli sulle ferriti sono scarsi e riporta soprattutto case americane. Vengono anche riportate delle procedure di progetto di induttori e trasformatori alle quali ti puoi ispirare. Tuttavia non è decisamente consigliato per chi ha bisogno di avere conoscenze approfondite sui convertitori ad alta frequenza. Spero che il mio intervento ti possa essere di aiuto in qualche modo.
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Vorrei fare alcune rettifiche al messaggio postato ieri che contiene almeno due grossolani errori. Il fatto è che ho scritto la mail di getto qualche giorno fa e non ho avuto modo di poterla rivedere, ma solo di fare alcune aggiunte e modifiche per adattarla al carteggio avvenuto (ho eliminato alcune formule che ti erano state date).
In realtà non è vero. La frequenza doppia la trovi sul ripple di corrente sul carico, causato non dal trasformatore ma dal choke di filtro.
Anche questa è una sonora cazzata. In realtà l'integrale di cui sopra deve essere nullo (se così non fosse questa piccola quantità si addizionerebbe ad ogni periodo causando la saturazione). Probabilmente quello che volevo dire (visto che non me lo ricordo neanche io) è che nel push-pull questa è garantita nella teoria, ma non in pratica, poiché vi sono comunque piccole differenze nelle caratteristiche dei transistor, piccole differenze negli avvolgimenti primari etc... . Per questo ti consiglio comunque di utilizzare un nucleo con traferro (molti push-pull che mi è capitato di vedere utilizzano tali nuclei). Di nuovo tante scuse per gli errori (sperando che non ve ne siano altri).
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Ciao. Se devi progettare trasformatori penso che i due volumi di McLyman siano un "must" (almeno come consulto).
I due volumi sono:
"Transformer and Inductor Design Handbook" e
"Magnetic Core Selection for Transformers and Inductors", entrambi della Dekker.
Sulla teoria lasciano un po' a desiderare ma sulla metodologia e sulla quantita' di dati sui nuclei e sui ferri credo non abbiano eguali. Per rispondere alla tua domanda, il numero minimo di spire sul trasformatore viene scelto in base a vari fattori, dipendenti dal tipo di trasformatore e dall'impiego (ad esempio se di potenza in bassa frequenza, o in alta frequenza, o come trasformatore di impulso etc...). Quindi la risposta non e' unica.
Il numero di spire al primario viene scelto secondo la formula (che poi non e' altro che la legge di Faraday calcolata per eccitazioni sinusoidali o onde quadre: il risultato dell'integrale e' riassunto nel fattore di forma Kf):
Np = Vp / (Kf*Bm*Ac*f)
Np= numero di spire al primario; Kf= fattore di forma che vale 4.4 per onde sinusoidali Ac= sezione del nucleo f= frequenza Bm= flusso magnetico massimo ammesso
Per trasformatori di potenza un parametro importante e' la capacita di gestione di potenza (orribile traduzione di "power handling ability") in base al quale, attraverso alcuni fattori di merito calcolabili in funzione della geometria del nucleo, si sceglie il tipo di nucleo e le dimensioni approssimate (uno dei parametri significativi, ma non l'unico, e' il cosiddetto "Area Product", generalmente dato dai costruttori di nuclei o facilmente calcolabile). Fatto cio' il numero di spire al primario e' funzione della corrente assorbita prevista (generalmente nota perche' come dato di progetto dovrebbe essere noto il carico al secondario, o l'assorbimento massimo, o la potenza da trasferire). Generalmente il fattore che si considera e' la densita' di corrente al primario. Come regola empirica, tuttora usata ma che non porta a progetti ottimi, si considera un livello accettabile 1000 mils circolari per ampere (altri manuali danno differenti valori, in umita' metriche, ma non li ricordo perche' io non uso questa regola). In ogni caso, dato lo spazio a disposizione per il rame (le tue spire), la densita' di corrente massima ammessa con la regola empirica, si calcola il numero minimo di spire al primario per avere una idea delle dimensioni. Questo processo e' iterativo ed inefficiente. Altri metodi (v. McLyman) utilizzano i fattori di merito che ti dicevo prima e sono in grado di fare una stima a priori delle dimensioni del ferro e quindi anche dello spazio dedicato al rame. Questo risponde anche alla questione sul diametro dei fili (conoscendo lo spazio a disposizione, la densita' di corrente ammissibile e la corrente...).
In ogni caso, almeno per trasformatori di potenza, il fattore chiave per la scelta del numero di spire al primario e' dettato dalla capacita' del trasformatore di trasferire potenza (cioe' dal suo volume e materiale costitutivo in ultima analisi) e dallo spazio a disposizione per le spire (la geometria). Tieni conto che (strano a dirsi apparentemente) il problema della saturazione e' marginale (in realta' tieni conto che c'e' il Bm nella formula che ti ho dato sopra).
Spero di averti aiutato anche se la spiegazione e' molto confusa (in ogni caso i riferimenti che ti ho dato sono ottimi).
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Ho riletto il mio post. E' proprio orribile! Io stesso non sono riscito a capirci nulla. A mia parziale discolpa posso dire che avevo i bambini tra i piedi e una fretta del diavolo. Se ti serve qualche esempio pratico contattami pure in privato, se invece avessi intenzione di comprare i libri di McLyman, prendi solo il secondo che ti ho segnalato. Sul primo c'e' un po' piu' di teoria, ma per progettare direi che e' molto meglio il secondo (e anche su questo un po' di teoria c'e'). Tra parentesi mi pare di ricordare che ne esista anche un terzo, ma non lo conosco.
Dimenticavo: mi ritorna in mente un altro approccio di progetto (per la scelta del numero di spire al primario) per trasformatori di potenza. Si calcola in modo da minimizzare le perdite totali nel ferro e nel rame, che sono funzione del flusso magnetico. Il diametro dei fili poi e' scelto in modo da allocare gli avvolgimenti del primario e del secondario (e altri eventuali) nello spazio disponibile (a meno del fattore di accomodamento anche noto come "stacking factor") affinche' le perdite totali nel rame siano minime.
Questo metodo lo trovi dettagliatamente in: R. W. Erickson, "Fundamentals of Power Electronics", cap. 14. E se cerchi in rete dovresti trovare dei lucidi tratti dal libro. Purtroppo ho perso il link, ma se non li trovi scrivimi che ti mando il PDF (220Kb).
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Secondo me non e' questione di intensita' di campo. Il fatto e' che con una spira hai parecchio flusso disperso, mentre con 100 spire, magari tutte attaccate tra loro, il flusso disperso e' quasi nullo e il trasformatore si avvicina di piu' al modello ideale. Mettere molte spire al primario aumenta l'induttanza di magnetizzazione (che va col quadrato del numero delle spire, quindi passando da una spira a 100 al primario l'induttanza di magnetizzazione cresce di un fattore 10000).
Inoltre osserva che dalla legge di Faraday il flusso (a parita' di sezione) va inversamente col numero delle spire, quindi in un trasformatore, incrementando il numero di spire il flusso _e' piu' debole_ (a parita' di volt.secondi applicati) e quindi anche il campo. E questo e' ovvio proprio perche' c'e' una "grande" induttanza di magnetizzazione che si oppone alla corrente che crea il campo. In effetti per evitare la saturazione di un trasformatore bisogna aumentare il numero di spire (strano eh?). Sempre se si parla di trasformatori alimentati in tensione...
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Mi pare corretto tutto quello che dici. Riguardo i flussi del trasformatore ti do alcune dritte: (vado a memoria ma dovrebbe essere tutto giusto)
1) il flusso principale (f. di magnetizzazione) e' modellato tramite una induttanza in parallelo al primario. La corrente che genera questo flusso non ha alcuna relazione con la corrente che circola al secondario (che e' imposta dal carico). Il numero di spire al primario ti serve in effetti a controllare il valore di questa induttanza di magnetizzazione. Piu' sara' piccola e piu' grande sara' il flusso. Quindi fare un trasformatore con poche spire non e' in generale una buona idea perche' rischio di saturare il nucleo. In effetti vale la relazione (immagino che tu la conosca):
Np = Vp / (Kf*Bm*Ac*f) Np= numero di spire al primario; Kf= fattore di forma che vale 4.4 per onde sinusoidali Ac= sezione del nucleo f= frequenza Bm= induzione magnetica
Come vedi l'induzione (a parita' di tutte le altre grandezze) va inversamente col numero di spire, e quindi con l'induttanza di magnetizzazione.
2) il flusso disperso e' modellato come una induttanza serie e quindi anche esso dovrebbe essere indipendente dalle altre grandezze elettriche. Il fatto che sia in serie al primario, mi fa pensare che tale flusso dipende dalla corrente totale del primario (e non solo da quella di magnetizzazione).
Sicuramente il flusso disperso dipende molto da come viene fatto l'avvolto (ad esempio con spire molto distanziate avro' un flusso disperso maggiore) oppure dal tipo di nucleo utilizzato (un nucleo ad E avra' meno flusso disperso di un nucleo a fungo), oppure ancora dalle dimensioni di un eventuale air-gap, dal tipo di materiale (un materiale a permebilita' piu' alta avra' meno flusso disperso). Insomma da un sacco di cose.
In un trasformatore ben fatto comunque il flusso disperso e' veramente minimo e puo' essere trascurato in gran parte delle applicazioni.
Quindi, per rispondere alla tua domanda, la mia sensazione e' che limitare il flusso disperso non sia tanto questione di avere un flusso principale grande, ma avere degli avvolgimenti fatti bene. Dal fatto che l'induttanza di dispersione sia in serie, come dicevo sopra, mi viene da pensare che dipende molto anche dalla corrente al secondario, e fisicamente me lo spiego perche' se l'avvolgimento al secondario e' fatto male il flusso si disperde. Tutto questo per ribadire che non credo vi sia necessariamente una semplice relazione col solo flusso principale.
"Piero" ha scritto nel messaggio news:XmBOr.193466$ snipped-for-privacy@tornado.fastwebnet.it...
Il portale e' praticamente una macchina del tempo.
Dai caratteri da stampa, alle impaginazioni delle riviste, dagli slogan pubblicitari, alle "esigenze" di possedere questa o quell'altra apparecchiatura, e' suggestivo assistere all'evoluzione della tecnologia negli ultimi decenni, e ad un mondo di costumi ad essa correlato.
Interessante, evidenziare come all'epoca gli spazi sulle riviste di settore erano monopolizzati da elettroniche per fonia o radiotrasmissione. Ambito che ora e' coperto da uno smartphone.
Guarda caso, oggi l'oggetto piu' publicizzato e venduto del pianeta...
grazie a tutti per le risposte, vedo che c'è molto da studiare...
per il momento ho verificato che le richieste di corrente del circuito sono molto inferiori a quelle indicate, a tutto beneficio dell'alimentatore. prossimamente inizierò qualche esperimento. :-)
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