Alimentarea transformatorului cu tensiune alternativă redresată

[UDAR]

Ideea acestui topic vine de la un subiect de pe ”Discuții diverse” .

 

Cum acolo nu este cadrul cel mai potrivit și cum subiectul nu este, totuși, trivial am decis să deschid aici .

Mai întâi să stabilim niște delimitări . Vorbim exclusiv de transformatoare - deci nu și de bobine, inclusiv bobine cuplate gen flyback . Unele principii sunt aplicabile dar pentru claritate prefer această restrângere a sferei de aplicare.

Pentru aceste transformatoare voi folosi un model simplificat , de ”joasă frecvență” în care se va ține cont de inductanța de magnetizare și de rezistențele de CC ale înfășurărilor dar nu și de inductanțele de scăpări și de capacitățile de orice fel (inter/intra înfășurări). Sigur însă că, ori de câte ori va fi justificat, acești parametri vor putea fi invocați. Se va ține cont de asemenea, unde va fi relevant, de pierderile în miez.

Și acum puțină teorie:

 

1. O tensiune sinusoidală cu amplitudinea de 325v ( 230Veff ) și frecvența de 50Hz , trecută printr-o diodă ( deci redresată simplă alternață ) generează la ieșire un semnal complex compus din :

- o componentă de CC cu amplitudinea de 104V

- o componentă de 50Hz cu amplitudinea de 163V ( 115V eff )

- o componentă de 100Hz cu amplitudinea de 69V

- o componentă de 200Hz cu amplituidinea de 19V. etc.

Armonicile superioare sunt defazate la origine cu 90° față de fundamentala de 50Hz.

 

Ce se întâmplă când aplicăm acest semnal primarului unui transformator ?

 

Mai întâi componenta continuă va genera un curent continuu de intensitate Ucc/Rcc unde Rcc este rezistența în CC a primarului . Acest curent, fiind continuu, nu va avea niciun efect în secundar .

Celelalte componente vor genera în secundar tensiuni proporționale cu raportul de transformare și vor determina un transfer de putere - urmează să calculăm mai târziu.

Totodată celelalte componente vor genera prin inductanța primarului un curent de magnetizare . Deoarece inductanța primarului crește proporțional cu frecvența componentei vom neglija deocamdată armonicile superioare și vom lua în calclul doar fundamentala de 50Hz . Curentul de magnetizare prin primar va fi deci compus dintr-o componentă de 50Hz cu valoarea umătate fașă de valoarea normală ( când transformatorul ar fi alimentat direct ) + o componentă continuă de valoare 104/Rcc . În funcție de cât de mare este această Rcc curentul de magnetizare va fi mai mare sau mai mic față de cel normal . De obicei această sumă va fi mai mare decât amplitudinea normală , ducând - eventual - miezul spre saturație .

Pierderile principale însă în acest caz sunt determinate de pierderile în primar , datorate rezistenței acestuia. Trebuie să remarcăm că, datorită transferului de putere redus către secundar, pierderile în secundar precum și pierderile în primar datorate curentului secundar reflectat sunt mici .

E posibil deci ca, în cazul unor transformatoare de mică putere, cu rezistență mare a primarului, să avem pierderi în primar doar de 2-3-4 ori mai mari decât în funcționarea normală . Dacă nu se intră adânc în saturație ( și e normal să nu se intre , în fond amplitudinea absolută a undei care se aplică primarului e aceeași cu cea din situația ”normală” ) pierderile în miez nu cresc iar pierderile în secundar scad. În aceste condiții transformatorul se încălzește încet ( să nu uităm că primarul, care generează în principal căldura este bobinat dedesubt ) . Sigur efectul este accelerat la transformatoarele mai mari, cu rezistența primarului mică.

 

Totodată este probabil ( voi investiga experimental cândva ) că, în timpul semialternanței în care dioda este blocată, apare un fenomen de flyback care duce la transferarea suplimentară a unei cantități de energie spre secundar, dar, mai important, demagnetizează miezul ! .

 

Concluzie provizorie - înainte de a face măsurători consistente !

 

Alimentarea unui transformator printr-o diodă duce la scăderea semnificativă a puterii transferate - mult sub jumătate ! - și la pierderi consistente în transformator, în special datorită încălzirii primarului . Această încălzire limitează timpul de lucru în acest regim la minute - zeci de minute .

 

2. O tensiune sinusoidală cu amplitudinea de 325v ( 230Veff ) și frecvența de 50Hz , trecută printr-o punte ( deci redresată dublă alternață ) generează la ieșire un semnal complex compus din :

- o componentă de CC cu amplitudinea de 207V

- o componentă de 50Hz cu amplitudinea de 250V

- o componentă de 100Hz cu amplituidinea de 50V

- o componentă de 150Hz cu amplitudinea de 22V

etc.

Armonicile superioare sunt defazate la origine cu 90° față de unda inițială de 50Hz.

 

EDIT Voi reveni.

Editat Ianuarie 13, 2018 de UDAR

[Vizitator]

[Marian]

Nu degeaba topicul dedicat de la alimentatoare are atatea pagini:

https://www.elforum.info/topic/11-totul-despre-transformatoare-de-retea-intrebati-aici/

 

Multi abordeaza subiectul insa pare ca destul de putini il si inteleg.

Cu clasica formula 50/S ( unde 50 NU e frecventa ) nu prea ai cum sa ratezi, dar asta nu inseamna si ca ai inteles ce face traful ala.

 

Referitor la subiectul de la bodega, mai exact la testele lui Tessla, ce a experimentat el este clasicul forward cu 1 tranzistor, doar ca la alti parametrii si fara infasurarea de demagnetizare ( care ar fi facut lucrurile ceva mai clare ). In fapt acelasi test ar fi putut descrie fie forward-ul fie flyback-ul, functie de ce te interesa in secundar. Stiu, simplific poate prea mult lucrurile, flyback fara intrefier inseamna saturatie, si oricum calculele la flyback sunt foarte complexe, dar nu cred ca era un subiect in care sa se intre in subtilitati, ci doar sa se analizeze un principiu elementar. Mai stiu si ca poate par o placa zgariata tot amintind de comutatie dar comutatia nu poate fi separata de subiect pentru ca are la baza aceleasi principii, si totodata este un mod foarte util de analiza, chiar daca parametrii difera ( in special forma de unda ).

 

Scuze daca am fost offtopic.

[Sharky]

Nu vei impaca niciodata capra cu varza.

O sa apara unu care habar nu are ce se intampla dar iti spune ca el a bagat un traf cu o dioda in priza si nu s-a ars in alea 2-3 minute.

Cine stie pricepe ce se intampla.

Merci pt formele de unda!

[puriu]

Componenta continua satureaza miezul si arde primarul. Trebuie separata si pusa la munca. Un exemplu ar fi un drossel (cu intrefier) in serie cu un bec. Pe bobina cade componenta alternativa, iar pe bec cea continua. Daca punem un secundar peste bobina, avem un transformator despre care putem discuta.

[TESSLA]

Nu vei impaca niciodata capra cu varza.

O sa apara unu care habar nu are ce se intampla dar iti spune ca el a bagat un traf cu o dioda in priza si nu s-a ars in alea 2-3 minute.

Cine stie pricepe ce se intampla.

 

Merci pt formele de unda!

Pai despre asta era vorba! Ca nu se arde daca il scoti la timp din priza. Si chiar se obtine ceva in secundar. Ca nu e recomandat, e perfect adevarat! Circulau la un moment dat pe piata niste fierbatoare de apa fara rezistenta de incalzire. Doar doua discuri metalice, distantate, care se conectau la retea. Puneai apa sau ceai in vas si clocotea pana la urma. E recomandata metoda? Cum de au putut producatorii fabrica asa ceva?

E foarte bine ca al nostru coleg Radu a initiat acest topic, astfel ca un incepator care citeste o sa inteleaga ca doar prin redresarea curentul alternativ se obtine ceva complex, nu doar tensiune continua, pura, ca sa zic asa.

In topicul celalat unii s-au inflamat foarte tare cand au auzit de redresare si traf. Eu n-am facut "scoala de electronisti" dar totusi am inteles ca prin traful de iesire al unui amplificator Single Ended trece si o componenta continua. Sigur, traful are intrefier, dar ideea ramane.

Experimentul meu a fost menit sa puna in evidenta faptul ca nici macar n-am nevoie de vreo componenta alternativa care sa provina de la sursa de energie pentru a "ataca" o bobina a unui traf ca sa obtin o tensiune in cealata bobina. Releul meu doar a inchis si deschis circuitul. Mai plastic spus, a decupat niste portiuni din linia continua de pe ecranul osciloscopului. Ei, cu acea "linie punctata" am alimentat si a functionat.

Colegul Radu explica la momentul respectiv ca la bornele trafului apare si tensiune cu polaritate inversata datorita fenomenului de autoinductie. Imi amintesc si acum formula invatat in liceu: e= - d phi/dt. Corectati-ma daca gresesc.

Pana aici totul e perfect, deci putem spune ca la borne avem tensiune alternativa, dar aceasta tensiune nu a provenit in mod nemijlocit de la sursa de energie, la creearea ei a contribuit transformatorul!

Pai daca am reusit sa fac sa functioneze (mai mult sau mai putin bine/corect) un traf alimentand-ul cu "salve" de curent continuu, oare nu o sa functioneze(mai mult sau mai putin bine) alimentat la o tensiune variabila periodica, cum e cea furnizata prin redresare? Asta era ideea!

[Marian]

...oare nu o sa functioneze(mai mult sau mai putin bine) alimentat la o tensiune variabila periodica, cum e cea furnizata prin redresare? Asta era ideea!

1. Cum eviti saturatia? Este un lucru absolut obligatoriu, si la alimentare normala este simplu de realizat printr-un numar de spire per volt corect dimensionat. Cum o faci aici?

2. Cum estimezi pierderile?

Se subantelege ca NU exista alternativa rebobinarii si nici a modificarii miezului, deci?

Si nu-mi veni cu o disertatie semidocta, scurt si concis, cum eviti fumul?

 

 

[Mark S]

Ce diferenta este intre o sursa cu Chopper ( tip flyback, asa am inteles ca se numeste ) si alimentarea unui transformator cu tensiune redresata?

IN AFARA DE dimensionarea altfel a trafului.

Aceeasi intrebare o pun ptr un amplificator RF in clasa C.

 

PS: nu "redresata" adica dubla alternanta, ci pulsatorie, monoalternanta.

Sa dau totusi un indiciu, inductanta unei bobine este data intradevar de permeabilitatea miezului. Dar permeabilitatea este doar una din variabile. Mai este una, la fel de importanta, FRECVENTA. Intre impedanta unei bobine si frecventa este o proportionalitate exponentiala.

Ontopic, un traf care functioneaza PROST alimentat pulsatoriu la 50Hz, va functiona excelent, la aceleasi dimensiuni, la o frecventa mai mare. Asta, cu conditia ca miezul sa suporte frecvente mai mari.

Oftopic, as vrea sa vad pe cineva care a putut scoate 100W in difuzor la 15000Hz. Nu-i chiar offtopic, are legatura cu ce am spus mai sus.

Editat Ianuarie 17, 2018 de Mark S

[UDAR]

La flyback saturația este evitată pe două căi :

- pe de o parte energia acumulată în flux pe perioada de conducție este eliberată integral în perioada de blocare

- pe de altă parte saturația în timpul conducției este evitată prin existența unui întrefier

 

La clasa C lucrurile sunt asemănătoare din p.d.v. al saturației dar există două diferențe

- energia de la sursă spre sarcină se transmite și în conducție și în blocare ( oarecum asemănător cu transformatorul alimentat de la monoalternanță )

- apare rezonanța .

Oricum și aici bobina are întrefier, ca să zic așa, ea fiind de obicei cu un circuit magnetic deschis .

[Mark S]

Serios, nu vreau sa contrazic fara sens, diferenta este frecventa. La frecvente mai mari, impedanta bobinei primare creste mult, iar comportamnetul e complet diferit. O sursa Chopper are frecventa impulsurilor la cateva zeci de Khz, iar una moderna, ajunge pe la 500Khz.

Valabil si ptr amplificatoarele RF in clasa C. Rezonanta e doar un caz particular, cele de banda larga nu sunt rezonante ( si evident au randament diferit la frecvente diferite ).

Principial, intre o sursa Chopper de tipul de mai sus si un amplificator aperiodic in clasa C, nu este nicio diferenta.

Editat Ianuarie 17, 2018 de Mark S

[Marian]

Ce diferenta este intre o sursa cu Chopper ( tip flyback, asa am inteles ca se numeste ) si alimentarea unui transformator cu tensiune redresata?

Una fundamentala, am mai explicat deja din cate stiu. Flyback redreseaza inversa, adica energia acumulata in miez, in timp ce traful de retea merge pe conversia directa, nu ne intereseaza ce poate miezul sa acumuleze in el. Nu se pot amesteca cele 2 configuratii de nici un fel.

[Mark S]

Marian, tu spui si ai dreptate la 50Hz.

Cu cat urcam mai sus cu frecventa, cu atat micsoram nr de spire si miezul. La frecvente mari, renuntam la miez si implicit la saturatia lui.

De exemplu, prin anii '90, "uimeam audienta", aprinzand un bec de 220V la o baterie de masina. Aparent fara niciun transformator.

Era de fapt un amplificator in banda FM, functionand in clasa C, adica in impulsuri.

 

Bun, asa ceva am si acum. Ptr conformitate, pot pune si dioda serie....si pot face asta de la 50Kz pana pe la 200Mhz.

Dar NU la 50 Hz pe un traf de retea. Din cauza frecventei f joase, nu da randament.

Sau bun, banuiesc ca si un miez ferosiliciu duce pana la macar 300Hz. Daca merge la frecventa asta, pot arata ca rezultatul se schimba radical....

[Marian]

Si care este relevanta frecventei in discutia asta?

Se vorbeste strict despre 1 dioda inseriata intre traf si retea, deci 50hz obligatoriu, deci repet, ce relevanta are frecventa?

Eu am pomenit de un principiu de baza asa cum este o topologie, NU un parametru asa cum este frecventa, din nou amesteci lucrurile...

 

PS: Este atat de dificil sa admiteti ca nu se poate? Este atat de dificil sa admiteti ca ati sustinut si tu si Tessla o aberatie tehnica? Se sfarseste lumea electronicii voastre la asta? Atat de mare va este orgoliul?

[UDAR]

Nu mă pricep prea bine la radio dar nu îmi sunt familiare amplificatoare de bandă largă în clasa C . Poate mă înșel însă.

În ce provește frecvența , nu are prea mare relevanță . La frecvențe mari se folosesc inductanțe mici deci impedanța este tot pe-acolo , dacă vorbim de aceeași gamă de puteri/tensiuni.

[Mark S]

La frecvențe mari se folosesc inductanțe mici deci impedanța este tot pe-acolo , dacă vorbim de aceeași gamă de puteri/tensiuni.

 

Asta am zis.

Functionarea optima este pe impedanta optima, iar impedanta optima e determinata de nr de spire+permeabilitatea miezului+ frecventa. Am pus acei + nu ca o relatie matematiaca, formula e alta, am subliniat factorii implicati in determinarea corecta a trafului in impulsuri.

La frecvente de 100Mhz de ex, intreg transformatorul se compune din cateva spire, iar ca "miez", aerul.

La 50Khz, un miez micut de ferita si nu foarte multe spire, echivaleaza la putere cu un traf mult mai mare ca dimensiuni, functionand la 50Hz.