Zusammenfassung
Ersatzschaltung ist ein wichtiger Teil der Trafosimulation, dieser Artikel beschreibt kurz die Auswirkung der relevanten Parameter auf die Ersatzschaltung.
Schlüsselwörter: Ersatzschaltung
Zitat
Wir gehen davon aus, dass der Transformator perfekt ist, dann wollen wir einen idealen Transformator erhalten:
(1) Das Kernmaterial hat eine ausreichend hohe Permeabilität und wird als unendlich groß angenommen (magnetische Permeabilität μ => ∞)
(2) Der Kernmagnetisierungsstrom ist klein genug und nähert sich 0 an. (Reluktanz R => 0)
(3) Der Verlust im Eisenkern ist klein genug, um vernachlässigt zu werden.
(4) Alle Flüsse sind perfekt ohne Verlust des magnetischen Flusses zwischen den Wicklungen gekoppelt. (Kopplungsfaktor k = 1)
(5) Die Spulenkapazität ist klein genug, um ignoriert zu werden.
Natürlich ist ein echter Transformator nicht die Existenz dieser Annahmen. Obwohl ein sehr guter Transformator Design eng mit ihrem Nennstrom und Betriebsfrequenz in Beziehung steht. Im folgenden Abschnitt werden wir einen Transformator Ersatzschaltung, prüfen, die einen idealen Transformator die tatsächlichen Parameter beeinflussen alle diese nicht idealen Faktoren bei der Bestimmung der tatsächlichen Umwandlung Transformator eine große Rolle spielen.
definierte Permeabilität
Wenn die magnetische Permeabilität μ magnetische Widerstand R definiert ist, nicht Null ist, und der Magnetisierungsstrom fließt, und die Kernhalte für Reluktanzkern Flußmittel Formel wir eingeführt :. I1 = & phi; R / N1 + i2N2 / N1 = Im i2 + / n.
Strom Im der Magnetisierungsstrom I1 zu dem Eingangsstrom ist, i2 ist der Ausgangsstrom, magnetischer Fluss [Phi] R ist ein Reluktanz, N1 und N2 ist die Anzahl der Umdrehungen der Ein- und Ausgabe und die aktuellen Phase in der Primärspule, werden wir Induktivität L eine Primärspule, die parallel, kann einen zusätzlichen Strom in der Ersatzschaltung gemß Fig 1 darstellen:
Das Bild stammt von Sunlords Innenraum
Kernverlust
Hystereseverlust
Hystereseschleife B / H-Hysteresekurve erläutert eine Beziehung zwischen B und H periodischem Magnetkern und dem magnetischen Hystereseverluste durch Kurven zeigen, daß es an den Dichtungsbereich proportional ist, und die Fläche unter der Kurve selbst die Frequenz der Hystereseverlust kann STEINMETZ Freisetzungsformel, aber proportional zu, wenn es eine konstante Frequenz ist: pH = kh × Bmax1.6..
Hier ist Ph der Hystereseverlust, B ist die magnetische Flussdichte, H ist die magnetische Feldstärke und Kh ist die Materialkonstante.
2. Überstromverlust
Das Faraday'sche Gesetz bedeutet, dass ein Überstromverlust um den Flussweg herum erzeugt wird, wodurch ein Schleifenstrom in dem Kernmaterial erzeugt wird. Der definierte Widerstand des Kerns führt zu einem Verlust von Leistungsverlust mit einem Verlust proportional zum Quadrat der Frequenz. f und gleichförmige Flussverteilung (zwei maximale Näherung) pe = ke × Bmax2, wobei pe der Überstromverlust ist, ke ist die Materialkonstante.
3 Kernverlustwiderstand
Die Kombination von Hysterese und Überstromverlust führt zu einer effektiven Annäherung der Kernverluste.
Pe = ke × Bmax2 + kh × Bmax1,6 × α × φmax2 und der magnetische Fluss φmax ist proportional zu der Spannung V1max, α ist ein Faktor Daher: Pe => V12max, V1 ist die Eingangsspannung.
Obwohl dies eine ziemlich grobe Annäherung ist, ermöglicht es uns, den Kernverlust als einen Parallelwiderstand RC in der Primärwicklung zu simulieren, wie in 2 gezeigt.
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Um die Kernverluste zu reduzieren, verwenden wir entweder hochohmige Materialien (z. B. Ferritmaterialien) oder verwenden eine Kernkonstruktion, die dem Überstrom widerstehen kann.
Spulenwiderstand
Der Draht, der typischerweise verwendet wird, um eine Transformatorspule zu wickeln, ist ein Widerstand, der nicht Null ist, Ohmsche Verluste treten in jeder Wicklung auf Dieser Effekt, der in einer einfachen Ersatzschaltung enthalten ist, erfordert einen Reihenwiderstand Auf jeder Spule.
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Um den Spulenverlust zu reduzieren, riskieren wir die Verwendung eines Drahtes mit großem Radius oder reduzieren die Anzahl von Windungen Rp, Rs, die den Primärwicklungswiderstand darstellen.
Leckfluss
Aufgrund des Transformators und anderer Kopplungsspulen muß auch der Einfluß des von der zweiten oder anderen Spulen auf die Primärwicklung erzeugten Magnetfeldes berücksichtigt werden Die Induktivität, die durch die Wirkung der Flußkopplung zwischen den beiden Spulen verursacht wird, wird Gegeninduktivität genannt.
Wir nehmen an, dass der Kern um die beiden Spulensätze in dem Fall ist. Unter normalen Umständen sind die beiden Seiten des Spulenflusses nicht genau gleich, da ein gewisser Streufluss existiert, wie in 4 gezeigt:
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Von Ampere's Gesetz kommen wir zu:
φ12 = a (N1i1 + N2i2) φ11 = b N1i1φ22 c = N2i2, φ einen magnetischen Fluss darstellt, bezeichnet N die Anzahl der Windungen, einen Strom i bezeichnet. wobei a, b, c verwendet wird, um die tatsächliche Proportionalitätskonstante darstellt.
Nach Faradays Gesetz lernten wir:
V1 = N1 × d / dt x (φ11 + φ12) und V2 = N2 × d / dt x (φ22 + φ12),
V1 = 'N12 (a + b) x di1 / dt' + N1N2a x di2 / dt und V2 = 'N22 (a + c) x di2 / dt' + N1N2a × di1 / dt
Zeichnen:
Die Primärinduktivität der Primärwicklung kann ausgedrückt werden als: Llp = N12 (a + b) und Lls = N22 (a + c)
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Betrachte zuerst die Primärspule, wobei a, b und c die tatsächlichen Proportionalitätskonstanten bezeichnen.Der Ausdruck aN12 wird als ideale Selbstinduktivität der Spule betrachtet, die den Streufluss ignoriert.BN12 stellt die Wirkung des Streuflusses dar (z. B. "Streuinduktivität") Um den Effekt der Streuinduktivität in die Ersatzschaltung zu integrieren, können wir daher eine Induktivität in Reihe mit einer idealen Spule hinzufügen, die auch für die Sekundärwicklung gilt, wie in 5 gezeigt. Faktoren, die die Größe der Streuinduktivität beeinflussen, sind Wicklungen Linienfertigkeiten und Kerngeometrie.
Verteilungskapazität
Gemäß der Struktur der Transformatorwicklungen gibt es eine verteilte Kapazität zwischen den Schichten, wenn der Strom eingeschaltet ist.Die Größe des Kondensators hängt hauptsächlich von der Wicklungsgeometrie, der Dielektrizitätskonstante des Kernmaterials und anderen Verpackungsmaterialien (wie dem Epoxidmaterial für die Produktverpackung oder PTFE-Band zwischen den Spulen isoliert).
Der zweite Kondensatoreffekt beruht auf der Anzahl der Windungen in der Spule und der Kapazität zwischen benachbarten Windungen, obwohl dieser Effekt klein ist (und somit die volle Kapazität subtrahiert wird), wenn die Kapazität zwischen den Spulen in Serie kleiner als parallel ist Verteilte Wicklungskapazität ermöglicht es, eine konzentrierte Kapazität durch jeden Satz von idealen Spulen in einer Transformatorersatzschaltung zu laden, wie in 6 gezeigt. Die CDP- und CDS-Verteilungen in der Figur repräsentieren die primäre Kapazität der verteilten Wicklung.
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Wickelkapazität
Abhängig von der Struktur des Transformators wird die Kapazität zwischen den Wicklungen (CWW in Fig. 7) benachbart zueinander zwischen den zwei Wicklungen erzeugt. Die Größe dieses Kondensators hängt hauptsächlich von der Geometrie der Wicklung, der Dielektrizitätskonstante des Transformatorkernmaterials und anderen Verpackungsmaterialien ab Diese Kapazität ist im Vergleich zu der verteilten Kapazität des Transformators tendenziell klein und ihr Effekt kann nur bei höheren Transformatoren als bei der höheren Grenzfrequenz gesehen werden (siehe die nachfolgende Erklärung der Transformatorfrequenzantwort).
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Fazit
In Verbindung mit allen oben beschriebenen Nicht-Idealitäten erhalten wir die allgemeine äquivalente Transformatorschaltung von 8.
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Symbol Beschreibung:
V1, V2 diese Eingangs- und Ausgangsspannung;
N steht für die Anzahl der Windungen;
Cww sagte die Kapazität zwischen den Wicklungen;
CDP, CDS repräsentiert die Primärverteilung der Wicklungskapazität;
Rp, Rs repräsentiert den Primärwicklungswiderstand;
Rc repräsentiert den Parallelwiderstand in der Primärspule;
Lm repräsentiert die Primärinduktivität.