Программа Transformer Designer в OrCAD 10. 5. Урок 3 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Программа Transformer Designer в OrCAD 10.5

Урок 3

Иосиф ЗЛАТИН

[email protected] Наджим ХАМЗИН

[email protected]

Цель третьего урока — завершить знакомство читателя с шагами, которые выполняет программа при разработке индуктивных компонентов, а также рассмотреть математические расчеты, которые осуществляет программа, и познакомить читателя с выходными данными, генерируемыми программой Transformer Designer.

Компоновка обмотки

Теперь нам известны параметры провода и число витков первичной и вторичной обмоток. Для компоновки обмотки необходимо рассчитать свойства трансформатора, перечисленные ниже:

• end layer insulation — внешняя изоляция обмотки;

• number of winding layer — число слоев обмотки;

• inter layer insulation — внутренняя меж-слойная изоляция.

Следует помнить, что Transformer Designer не поддерживает разделенные обмотки. Для успешного выполнения перечисленных выше задач программе Transformer Designer необходима соответствующая информация в форме вводимых данных. Некоторые из этих вводимых данных вводятся пользователем, для остальных параметров Transformer Designer берет значения в базе данных (табл. 11).

Внешняя изоляция обмотки — изоляционный материал, используемый между сердечником и обмоткой. Толщина внешней изоляции обмотки зависит от двух факторов: максимального напряжения обмотки и напряжения пробоя изоляционного материала. Для расчета внешней изоляции обмотки необходимо знать следующее.

1. Требуемую толщину изоляции. Для вычисления требуемой толщины изоляционного материала максимальное напряжение

обмотки делится на напряжение пробоя используемого изоляционного материала:

Толщина изоляционного материала =

= Vpeak /VImuhWrBreaЫown * (47)

Для силового трансформатора при синусоидальном сигнале максимальное напряжение может быть рассчитано с использованием среднеквадратического напряжение (rms) по формуле:

(48)

Напряжение пробоя изоляционного материала — максимальное напряжение на единицу длины, которую изоляционный материал может выдержать. Для выбранного изоляционного материала это значение доступно в базе данных Transformer Designer.

2. Некоторое количество слоев изоляционного материала требуется для достижения требуемой толщины ввиду того, что с коммерческой точки зрения любой изоляционный материал доступен в форме листов фиксированной толщины. Вы можете использовать несколько листов изоляционного материала в параллель для достижения требуемой толщины.

Пример. Какой должна быть внешняя изоляция первичной обмотки силового трансформатора, использующего в качестве изоляционного материала нейлон, при входном

Таблица 11. Исходные данные для расчета компоновки обмотки

Исходные данные Обеспечивается... Исходные данные Обеспечивается.

Operating flux density (B) — рабочая магнитная индукция Пользователем или рассчитывается Transformer Designer Operating Frequency (f) — рабочая частота Пользователем

Primary Voltage (Vp) — напряжение первичной обмотки Пользователем Secondary Voltage (Vs) — напряжение вторичной обмотки Пользователем

Core cross section area (Ac) — площадь поперечного сечения сердечника Базой данных Transformer Designer Insulation Breakdown voltage (per unit length) — напряжение пробоя изоляции (на единицу длины) Базой данных Transformer Designer

синусоидальном напряжении трансформатора амплитудой 1 кВ?

Для решения данной задачи обратимся к базе данных Transformer Designer для получения свойств используемого изоляционного материала. Для заданных входных данных определим максимальное напряжение первичной обмотки Vppak.

Vppeak = J2X1000.

Из базы данных Transformer Designer следует, что напряжение пробоя нейлона — 700 В/мм и что доступны листы толщиной

0,2; 0,5 и 1 мм.

Поэтому требуемая толщина изоляционного материала:

Толщина изоляционного материала = л/2 X1000

700

: 2,02 мм.

Отсюда следует вывод, что можно использовать 11 листов толщиной по 0,2 мм в параллель, либо 5 листов по 0,5 мм, либо 3 листа по 1 мм. При использовании 11 листов толщиной 0,2 мм в параллель эффективная толщина изоляционного материала между сердечником и обмоткой 11x0,2 = 2,2 мм. Следует отметить, что нельзя использовать изоляционный материал различной толщины. Например, чтобы достигнуть толщины изоляционного материала 2,2 мм, нельзя использовать два листа изоляционного материала по 1 мм и один по 0,2 мм в параллель. Это нежелательно и для реальной разработки.

После вычисления числа витков для первичной и вторичной обмоток следующим шагом является нахождение числа слоев, требуемых для размещения этой обмотки. Для нахождения числа слоев, требуемых для

Рис. 13. Трансформатор с сердечником UU

первичной и вторичной обмоток, Transformer Designer выполняет следующие шаги:

1. Вычисляет высоту окна, доступную для обмотки.

2. Рассчитывает количество витков в слое.

3. Вычисляет число слоев.

Высота обмотки — это пространство, доступное для обмоток трансформатора (рис. 13). Площадь окна сердечника зависит от формы сердечника и каркаса.

Для EE- и UU-сердечников (рис. 12) высоту окна вычисляют, используя формулу:

Hwdg = Core_Window_height -- 2( end insulation thickness) -- 2(bobbin thickness),

где Hwdg — высота окна, доступная для обмотки, мм; Core_Window_height — высота окна сердечника, мм; end insulation thickness — толщина внешней изоляции обмотки, мм; bobbin thickness — толщина каркаса, мм.

Для тороидальных сердечников число витков обмотки, которые могут быть размещены в одном слое, рассчитывается по формуле:

Turns/ Layer =INTx f WindingHeight

DiameterOverlnsulation

хКцХК,

litz

(49)

где Turns/Layer — число витков в слое; WindingHeight — высота обмотки, мм; DiameterOverlnsulation — диаметр провода с изоляцией, мм; Kadj = 0,95, если соотношение витки/слой > 50; Kadj = 0,9, если 10 < соотношение витки/слой < 50; Kadj = 0,85, если соотношение витки/слой < 10; Klitz = 1 для одиночного провода; Klitz = (1/число жил) для параллельно соединенных проводов; константы Kadj и Klitz являются коэффициентами аккомодации.

Для проводов типа литцендрат DiameterOverlnsulation является произведением диаметра провода с изоляцией и числа жил

в проводе лицендрат. Функция INT, используемая в уравнении (49), округляет получившийся результат до целого числа. Это значение должно быть ближайшим и меньшим, чем значение рассчитанного параметра. Например, если расчетное число витков в слое 9,7, то выбранное значение INT() будет 9. Это обусловлено тем, что в реальных условиях мы не можем иметь дробных витков в слое. Поэтому максимальное число витков в слое будет целочисленным значением, меньшим, чем расчетное значение.

Для получения числа слоев обмотки, число витков в обмотке делится на число витков в слое. Поэтому для первичной обмотки:

Number of layers = = Np/turns per layer for primary, (50)

где Number of layers — число слоев первичной обмотки; Np — число витков первичной обмотки; turns per layer for primary—число витков в слое первичной обмотки.

Аналогично, для вторичной обмотки:

Number of layers = = Ns / turns per layer for secondary, (51)

где Number of layers — число слоев вторичной обмотки; Ns — число витков вторичной обмотки; turns per layer for secondary—число витков в слое вторичной обмотки.

Определив число слоев первичной и вторичной обмоток, необходимо рассчитать толщину изоляционного материала, который используется между двумя следующими друг за другом слоями обмотки. Толщина изоляционного материала между двумя следующими друг за другом слоями зависит от перенапряжения между двумя слоями. Перенапряжение может быть определено как максимально возможная разность напряжений между двумя слоями обмотки. Например, для силового трансформатора при входном синусоидальном сигнале перенапряжение рассчитывается как:

VoltageBuidup = 2^2 х xTumsPerLayerxVoltsPerTum.

где VoltageBuidup — максимально возможная разность напряжений между двумя слоями обмотки, В; turns per layer — число витков в слое; VoltsPerTurn — напряжение на витке обмотки, В.

Как и в случае внешней межслойной изоляции, здесь требуемая толщина изоляционного материала получается также делением величины перенапряжения на напряжение пробоя изоляции:

InterLayerInsulation = VoltageBuidup/ /InsulationBreakdownVoltage, (52)

где InterLayerlnsulation — внутренняя меж-слойная изоляция, мм; VoltageBuidup — мак-

симально возможная разность напряжений между двумя слоями обмотки, В; Insulation-BreakdownVoltage — напряжение пробоя изоляции, В/мм.

Рабочие параметры

В этом разделе мы познакомимся с факторами, влияющими на работу трансформатора. Потери мощности в трансформаторе происходят главным образом из-за потерь в сердечнике и потерь в меди. Эти потери — общие для всех типов трансформаторов. В этой версии Transformer Designer потери в зазоре не рассчитываются. Потери в меди определяются как мощность потерь из-за омического сопротивления обмоток. Потери в меди трансформатора — сумма потерь в меди для каждой из обмоток. Суммарные потери в меди в трансформаторе могут быть найдены как:

P = 12R + 12R

1 си 1p -^p ' 2s 5’

(53)

где 1р — ток первичной обмотки; Кр — сопротивление первичной обмотки; 1; — ток вторичной обмотки; — сопротивление вторичной обмотки.

Для вычисления потерь в меди мы нуждаемся в 1гт! и сопротивлении каждой обмотки. Если диаметр выбранного провода на рабочей частоте вдвое превышает глубину скин-слоя, сопротивление на переменном токе будет отличаться от сопротивления на постоянном токе:

R = (pL)/A,

(54)

где р — удельное сопротивление проводника, Омхмм; I — длина проводника, мм; А — площадь поперечного сечения проводника (без изоляции), мм2.

Длина проводника рассчитывается по формуле:

п=п-1

Ь = ^ МеапТитЬепЩогЬауег(п)х

ґ. \ turns

flayer

(55)

где L — длина проводника, мм; MeanTurn-Length — средняя длина витка для каждого слоя, зависящая от формы каркаса; turns/layer — число витков в слое.

Для прямоугольного каркаса:

MeanTurnlength = 2x(bobbin_len+

+ bobbin_wid+2xnxOD), (56)

где MeanTurnLength — средняя длина витка для каждого слоя, мм; bobbin_len — высота каркаса, мм; bobbin_wid — ширина каркаса, мм; OD — внешний диаметр провода обмотки с изоляцией, мм.

Для тороидальных сердечников:

MeanTurnlength = ((OD - ID)+ +core_height+2xnxOD)x2, (57)

где MeanTurnLength — средняя длина витка для каждого слоя, мм; bobbin_len — высота каркаса, мм; bobbin_wid — ширина каркаса, мм; OD — внешний диаметр провода обмотки с изоляцией, мм.

Потери в сердечнике трансформатора являются суммой потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи. Потери на гистерезис — это потери мощности из-за изменения магнитных полей в сердечнике. Потери на вихревые токи — это потери мощности в результате действия индуцированных токов, циркулирующих в сердечнике. Для ферри-товых сердечников Transformer Designer вычисляет потери в сердечнике, используя следующие формулы:

CoreLoss = CoreWeightx(Вт)/(кг), (58)

(Вт)/(кг) = 8,64x10-7f ^В2'112, (59)

где CoreLoss — потери в сердечнике, Вт; CoreWeight — вес сердечника, кг; (Вт)/(кг) — потери в сердечнике на кг веса; f— рабочая частота, кГц; Bac — магнитная индукция переменного тока, кГс.

Потери в сердечнике могут быть также рассчитаны с использованием формул, приведенных ниже:

CoreLoss = CoreVo/wmex(мВт/см3), (60)

(мВт)/см3 = afcBacd, (61)

где CoreLoss — потери в сердечнике, мВт; CoreVolume — объем сердечника, см3; мВт/см3 — потери в сердечнике на см3 объема; f— рабочая частота, кГц; Bac — магнитная индукция переменного тока, кГс; a, b, c — эмпирические коэффициенты, полученные из справочных данных изготовителя.

Магнитная индукция переменного тока Bac для силовых трансформаторов — то же самое, что и рабочая индукция, и равна 0,75Bsat. Для трансформатора прямоходового преобразователя Bac вычисляется с использованием формулы:

4лх10

-хц;

В =

MPL

(62)

4п X10 ^ FFC

В

MPL

(63)

4к хЮ 7N

Bpeak

FFC

MPL

V-i

(64)

+L

AnxlO N-^FFC

B =

MPL

+L

(65)

CopperLoss + CoreLoss+Pm

Watt Density = Total Loss/Core surface area,

(68)

где — число витков первичной обмотки; їти„ — ток намагничивания, А; МР1 —

ти%

длина средней линии магнитопровода, м (берется в базе данных материалов); — начальная магнитная проницаемость материала сердечника (берется в базе данных материалов).

Для трансформатора обратноходового преобразователя:

полная высота обмотки известна для всех обмоток и каждая последующая обмотка выполняется поверх предыдущей. Для такого размещения вычисляется с использованием следующей формулы:

где и — переменный ток (задается пользователем), А; МР1 — длина средней линии магнитопровода (берется в базе данных), м; Ыт — число витков в обмотке (рассчитывается с использованием формулы (39)); —

начальная магнитная проницаемость материала сердечника (берется в базе данных материалов); РРС — коэффициент краевой магнитной индукции.

Для дросселя:

Liani, —

\i010-2Np2 —

H,

..

wäg

BLDP

X—— , (69)

где и — переменный ток (задается пользователем), А; МР1 — длина средней линии магнитопровода (берется в базе данных), м; Ыт — число витков в обмотке (рассчитывается по формуле (81)); РРС — коэффициент краевой магнитной индукции.

КПД трансформатора вычисляется с использованием следующей формулы:

, (66)

где п — КПД трансформатора; Pout — выходная мощность трансформатора, Вт; CopperLoss — потери в меди, Вт; CoreLoss — потери в сердечнике, Вт.

Температура перегрева рассчитывается как:

Trix = 450х( Watt Density)0*26, (67)

где TTÍse — температура перегрева, °C; Watt Density — плотность мощности, рассчитывается как:

где Np — число витков первичной обмотки; MLT — средняя длина витка, см; Hwdg — высота окна обмотки, см; BLDP — суммарная высота слоев обмотки, включая внутреннюю межслойную и внешнюю изоляции обмотки, см; ц0 — 4п10-7 Гн/м.

Стабилизация напряжения (Voltage Regulation) — параметр, характеризующий способность трансформатора поддерживать постоянным выходное напряжение вторичной обмотки в некотором диапазоне изменения тока в нагрузке. Этот параметр определяет, насколько падает напряжение на выходных зажимах трансформатора при полной нагрузке по сравнению с напряжением ненагруженного трансформатора. Стабилизация напряжения рассчитывается только для силовых трансформаторов. Transformer Designer использует следующую формулу для расчета этого параметра:

т , ;, у, . , ■ V'nohad ^fu ¡Поad

VoltageRegulation =-------------------------, (70)

^noload

где VoltиgeRegulиtion — стабилизация напряжения; Упооий — напряжение на выходе нена-груженного трансформатора, В; У^пый — напряжение на выходе трансформатора при полной нагрузке, В, вычисляется при помощи формулы (74).

Полное напряжение на нагрузке зависит от сопротивления обмотки и эквивалентного последовательного резистора, который соответствует потоку рассеяния. Переместим сопротивление вторичной обмотки в первичную обмотку, объединенное эквивалентное сопротивление этих двух обмоток рассчитывается с использованием формулы:

где Watt Density — плотность мощности; Total Loss — суммарные потери в сердечнике и в меди, Вт; Core surface area — площадь поверхности сердечника, см2.

Индуктивность рассеяния Lleak представляет собой энергию, сохраненную в немагнитных областях между обмотками, вызванную несовершенством связи за счет магнитного потока. В эквивалентной электрической схеме индуктивность рассеяния включается последовательно с обмотками, и запасенная ею энергия пропорциональна корню квадратному из тока нагрузки. Индуктивность рассеяния зависит от физического размещения обмотки. Программа Transformer Designer поддерживает простую компоновку обмотки, где

R-wdg—Rp+

(v.

\2

(71)

где Rp — сопротивление первичной обмотки, Ом; Rs — сопротивление вторичной обмотки, Ом; Vp — напряжение первичной обмотки, В; Vs — напряжение вторичной обмотки, В.

Для вычисления реактивного сопротивления рассеяния необходима индуктивность рассеяния Lleak, рассчитываемая с помощью формулы:

Xleak ®Lleak 2nfL

-'leak ,

(72)

где f— рабочая частота, Гц; Lleak -ность рассеяния, Гн.

индуктив-

Используя эквивалентное сопротивление обмотки и реактивное сопротивление рассеяния, можно вычислить полный импеданс:

Zfinal — +Х,,

wdg leak

(73)

Полное напряжение на нагрузке может быть рассчитано как произведение полного импеданса и тока через первичную обмотку:

Vfullload ^pZfinal' (74)

Разработка дросселей

где L — требуемая индуктивность, Гн; 1рк — максимальный ток, А; B — рабочая магнитная индукция, Тл; Ле — площадь поперечного сечения сердечника (берется в базе данных Transformer Designer), см2.

Используя Transformer Designer, можно разработать дроссель, работающий в режиме непрерывной индукции. В режиме непрерывной индукции ширина воздушного зазора определяется следующим образом:

т 0MNNAДО"8

Lg=------------ см, (79)

Дроссели отличаются от трансформаторов тем, что они имеют только одну обмотку. Transformer Designer можно использовать для разработки дросселя, работающего в режиме непрерывных токов. Для этого необходимо сделать следующие шаги:

1. Выбрать сердечник, размер, материал и форму сердечника.

2. Вычислить число витков, требуемых для достижения нужной индуктивности.

3. Рассчитать воздушный зазор.

4. Вычислить коэффициент краевой индукции.

5. Разработать компоновку обмотки.

6. Вычислить рабочие параметры, такие, как потери в меди, потери в сердечнике и КПД. Чтобы выбрать сердечник для дросселя,

Transformer Designer использует произведение площадей WAe Для дросселя постоянного тока WaAe рассчитывается, по формуле:

LIpkIn

JKB

WA _ р* ™х104см4, (75)

где N — число витков первичной обмотки (вычисляется по формуле (78)); Ле — площадь поперечного сечения сердечника, см2; L — требуемая индуктивность, Гн (вводится пользователем).

При разработке индуктивного компонента с воздушным зазором необходимо рассчитать магнитный поток рассеяния, связанный с воздушным зазором. Рассеивание происходит из-за энергии, сохраненной в краевом поле вне воздушного зазора. Из-за этого краевого поля эффективная площадь воздушного зазора оказывается большей, чем поле в средней области сердечника. Чтобы избежать ошибок при проектировании, необходимо проанализировать влияние увеличенной площади воздушного зазора на различные параметры проекта. Влияние краевого потока на разработку дросселя учитывается за счет использования электрического параметра, названного коэффициентом краевой индукции (FFC — Fringing flux factor). В Transformer Designer FFC рассчитывается по формуле:

где Ь — требуемая индуктивность, Гн; 1рк — максимальный ток, А; 1т — среднеквадратический ток, А; / — плотность тока, А/см2; В — 0,75 Ваа(; К — коэффициент использования, значение по умолчанию для дросселей 0,5.

Ipl=I<^c+Y, a (76)

1rm¡=bJ + Idc2, A , (77)

FFC = 1 +

V4

In

(80)

где ^ — ширина воздушного зазора, см; Ае — эффективная площадь поперечного сечения сердечника, см2 (берется в базе данных); О — высота окна каркаса (берется в базе данных), см.

Для учета изменения индуктивности из-за увеличения эффективной площади воздушного зазора число витков в обмотке дросселя изменяется. Измененное число витков рассчитывается по формуле:

где 1Лс — постоянный ток дросселя (вводится пользователем), А; 1ас — переменный ток дросселя (вводится пользователем), А.

В дросселе число витков в обмотке прямо пропорционально требуемой индуктивности. Минимальное число витков, требуемое для достижения желательной индуктивности, рассчитывается по формуле:

ивк

N = —— Х10 , (78)

ВАе

N = У— , (81)

т ^0 АеРРС

где — ширина воздушного зазора, см, рассчитанная с помощью формулы (79); Ь — требуемая индуктивность (вводится пользователем), Гн; ц0 — магнитная постоянная 4пх10-7 Гн/м; РРС — коэффициент краевой индукции, вычисляется по формуле (80).

Процедура выбора диаметра провода для обмотки дросселя — та же самая, что и проце-

дура выбора провода обмотки трансформатора, и требует следующих шагов:

1. Вычисление требуемой площади поперечного сечения (ITms /J).

2. Выбор провода в базе данных.

3. Проверка скин-эффекта:

а) вычисление глубины скин-слоя (d) по формуле (43);

б) проверка, что диаметр выбранного провода меньше удвоенной глубины поверхностного слоя (2d);

в) если диаметр выбранного провода (без изоляционного материала) больше, чем 2d, то выбирается другой провод, который удовлетворяет критерию 2d.

4. Рассчитывается число жил, требуемое для достижения нужной площади поперечного сечения (45).

Для разработки компоновки обмотки Transformer Designer выполняет следующие шаги:

1. Рассчитывает внешнюю изоляцию обмотки.

2. Рассчитывает доступную высоту обмотки, H.

Hwdg.

3. Определяет число витков в слое.

4. Рассчитывает требуемое число слоев.

5. Рассчитывает внутреннюю межслойную изоляцию.

Для расчета внешней изоляции обмотки сначала необходимо вычислить максимальное напряжение, а затем выбрать толщину изоляционного материала, выдерживающего максимальное напряжение. Для дросселей максимальное напряжение рассчитывается по формуле:

Vpeak =

LIpk f/0,5 B, (82)

где Ipk — максимальный ток обмотки, А; L — требуемая индуктивность (вводится пользователем), Гн; f— рабочая частота, Гц.

Толщина изоляционного материала рассчитывается с помощью формулы (47):

Толщина изоляционного материала =

= Vpeak/'^InsulatorBreakdown '

Внутренняя межслойная изоляция — это изоляционный материал, располагающийся между двумя следующими один за другим слоями обмотки. Для вычисления требуемой толщины изоляционного материала необходимо сначала рассчитать максимальное напряжение между двумя слоями обмотки:

viayr = Vpeak /Number of layers, (83)

где Vpeak — максимальное напряжение, В, рассчитывается по формуле (81); Number of layers — число слоев обмотки, рассчитывается по формуле (50).

Толщина изоляционного материала:

Толщина изоляционного материала =

= 2Vlayr /VInsulatoтBтeakdown^ (84)

Рабочие параметры дросселя

Потери в меди рассчитываются с использованием формулы:

Рси = IrmR (85)

где ITms — ток в индуктивности, А; R — сопротивление обмотки, Ом.

Сопротивление обмотки R рассчитывается по формуле:

R = pL/A, (86)

где p — удельное сопротивление материала провода обмотки, Омхмм; L — длина провода обмотки, мм; A — площадь поперечного сечения провода обмотки (без изоляции), мм2.

Потери меди в дросселе зависят от магнитной индукции переменного тока. Расчет Bac осуществляется по следующей формуле:

0,4nl0~7 NmFFC Вас= ” MPL

V---------

где Nm — число витков первичной обмотки (вычисляется по формуле (81)); Lg — ширина воздушного зазора, м (вычисляется по формуле (79)); FFC — коэффициент краевой индукции (вычисляется по формуле (80)); MPL — длина средней линии магнитопрово-да, м (берется в базе данных материалов); ц — начальная магнитная проницаемость материала сердечника (берется в базе данных материалов).

Потери в сердечнике дросселя рассчитываются с помощью следующих формул:

CoreLoss = CoreWeightx(Вт/кг), (88)

Вт/кг = 8,64x10-7f ^В2'112, (89)

где f— рабочая частота, кГц; Bac — переменная составляющая магнитной индукции, кГс1.

Результаты разработки

В этом разделе мы познакомимся с выходными данными, генерируемыми программой Transformer Designer при завершении процесса разработки. При разработке индуктивных компонентов Transformer Designer генерирует два типа выходных данных:

• таблицу Manufacturer Report — информация изготовителя с данными, требуемыми для разработки трансформатора;

• Spice-модель для разработанного трансформатора.

Эти выходные данные отображаются на отдельных вкладках в Results view. Информация, требуемая для того, чтобы изготовить транс-

* 1Тл = 10 кГс

(87)

Рис. 14. Окно Manufacturer Report

форматор, находится на вкладке Manufacturer Report. Со Spice-моделью трансформатора можно ознакомиться на вкладке Model View.

Manufacturer Report

В Manufacturer Report программа Transformer Designer генерирует все параметры проекта с назначенными и расчетными значениями (рис. 14). Названия параметров показываются в серых ячейках, а их значения отображаются в ячейках, окрашенных в белый цвет. Параметры в Manufacturer Report являются или входными параметрами (Input), или выходными параметрами (Output).

Все параметры проекта, которые используются Transformer Designer для вычисления промежуточных значений или выходных параметров проекта, перечислены в столбце Input Parameters. Главным образом, эти параметры или определяются пользователями как входные, или берутся в базе данных Transformer Designer. Например, рабочая частота, изоляционный материал, шифр сердечника и напряжение первичной обмотки перечисляются в этом столбце. Параметры, перечисленные в столбце входных параметров (рис. 15), классифицируются как:

• Electrical specifications — электрические технические требования;

• Design Status — состояние проекта;

• Core Details — подробности о сердечнике. Параметры, вводимые пользователем вначале разработки, а именно выбор компонента, общая информация и электрические параметры, перечисляются как электрические технические требования и включают в себя следующие параметры:

• Primary Voltage — напряжение первичной обмотки;

• Secondary Voltage — напряжение вторичной обмотки;

• Power — выходная мощность (P);

• Frequency — рабочая частота;

|'*м;Ггы-1ш( *1«мс*яяГип

»■мэУллцгл» ii-üû

J,

Гм I I ЯМ|ПМ

UM* Ц«*ПЙ

f iifliagv tankattaii rmrrn' •] I’!

ГЦИРШГЧ П1Я >РП11*у 111 Hi1 IP 1м1л iirrrrt ilmrfv ÎAMimir 1

ШшЪ** *'■« ■

Рис. 15. Входные параметры в Manufacturer Report

• Efficiency — КПД;

• Regulation (Voltage Regulation) — стабилизация напряжения, параметр, характеризующий способность трансформатора поддерживать постоянным выходное напряжение вторичной обмотки в некотором диапазоне изменения тока в нагрузке;

• Type — тип разрабатываемого индуктивного компонента.

Следующее поле в столбце Input Parameters— Design Status (состояние проекта). Это самое важное поле, поскольку оно указывает, был ли процесс разработки выбранного индуктивного компонента успешен, или нет. Это поле имеет два возможных значения: Success — успех или Error — ошибка. Success указывает на то, что Transformer Designer смог создать проект трансформатора, который соответствует всем нашим техническим требованиям. Error в состоянии разработки указывает на то, что при разработке компоновки обмотки произошла ошибка. В этом случае рекомендуется заменить изоляционный материал и заново рассчитать трансформатор.

Раздел Core Details содержит подробности о сердечнике и перечисляет физические свойства сердечника, используемого в индуктивном компоненте. Свойства берутся из базы данных Transformer Designer и используются для вычисления параметров разработки, таких как внутренняя межслойная изоляция и внешняя изоляция обмотки.

Некоторые из полей в Manufacturer Report имеют звездочку (*) после названия свойства. Это доступные для редактирования поля. Например, «*» после свойства Current Density (плотность тока) указывает на то, что, если требуется, можно изменить значение этого параметра.

Выходные параметры — это параметры разработки, значения которых рассчитываются программой Transformer Designer. Выходные параметры перечислены в двух столбцах под заголовками:

• Winding Details — подробности об обмотке;

• Calculated values — рассчитанные значения.

Столбец Winding Details перечисляет все параметры, используемые для разработки обмотки. Число столбцов ниже Winding Parameters соответствует числу обмоток трансформатора. Например, для трансформатора с одной вторичной обмоткой будут иметься два столбца (рис. 16). Первый столбец перечисляет значения параметров для первичной обмотки, а второй — значения параметров для вторичной обмотки.

Таблица 12. Свойства обмотки в Manufacturer Report

Свойство обмотки Комментарии

Winding Name Перечисляются названия обмоток индуктивных компонентов

Peak Current Максимальный ток обмотки, A

RMS Current Среднеквадратический (rms) ток обмотки, А

No of Turns Число витков в обмотке трансформатора

Magnetizing Inductance Индуктивность первичной обмотки, Гн. Значение индуктивности под воздействием тока намагничивания первичной обмотки

Wire Gauge Калибр провода, для каждого провода обмотки

Turns/Layer Число витков обмотки, которые можно разместить в одном слое обмотки

No of Layer Число слоев обмотки, необходимое для размещения требуемого числа витков в обмотке трансформатора

Inter layer Insulation Іолщина изоляционного материала между следующими один за другим слоями обмотки. Это поле является редактируемым. Если требуется, можно подогнать толщину изоляции, мм

End Insulation Толщина изоляции между сердечником (каркасом) и первым слоем провода обмотки, мм

Winding Buildup Суммарная высота слоев обмотки, включая внутреннюю межслойную и внешнюю изоляции обмотки, мм. Если Winding Buildup больше, чем площадь окна, доступная для обмотки, для обмотки генерируется ошибка установки, мм

Winding Resistance Сопротивление провода обмотки, Ом

Copper Loss Потери в меди, Вт. Соответствующие потери мощности из-за токов обмотки

Leakage Inductance Индуктивность рассеяния, Гн

Voltage Drop Снижение вторичного напряжения при изменении нагрузки трансформатора от ненагруженного состояния до полной нагрузки, В

No of Strands Число проводов (жил) в параллель в обмотке

Foil Thickness Толщина фольги для обмотки, мм. Это поле заполняется, если только Wire Type (тип провода) выбран Foil (фольга)

Foil Width Ширина фольги для обмотки, мм

Таблица 13. Параметры, используемые для анализа работы трансформатора

Calculated values Рассчитываемые значения

Core Loss Потери в сердечнике

Achieved Efficiency Достигнутый КПД трансформатора

Achieved Regulation Мера отклонения вторичного напряжения при изменении токов нагрузки, для расчета используется формула (70). Требуется только для силовых трансформаторов

Window Occupied Область окна, доступная для меди, в процентах

Temperature Rise Повышение температуры индуктивного компонента вследствие потерь мощности

Total Copper Loss Суммарные потери в меди во всех трансформаторных обмотках

Свойства обмотки, которые появляются в Manufacturer Report, перечислены в таблице 12.

Параметры, перечисленные в столбце Calculated values (рассчитываемые значения) (табл. 13), являются, главным образом, параметрами проекта, используемыми для анализа работы трансформатора. ■

Литература

1. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. // М.: Солон-Р, 2001.

2. Златин И. Моделирование на функциональном уровне в OrCAD 9.2. // Компоненты и технологии. 2003. № 3, 4.

3. Златин И. В Монте-Карло с OrCAD 9.2. // Компоненты и технологии. 2003. № 5.

4. Златин И. Графический анализ результатов моделирования в OrCAD 9.2. // Компоненты и технологии. 2003. № 7.

5. Златин И. Расширенный анализ (Advanced Analysis) и режим анализа Smoke в PSD 15.0 и OrCAD 10.0. // Компоненты и технологии. 2004. № 4.

6. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Sensitivity в PSD 15.0 и OrCAD 10.0. // Компоненты и технологии. 2004. № 5.

7. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Optimizer в PSD 15.0 и OrCAD 10.0. // Компоненты и технологии. 2004. № 6, 8.

8. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Monte Carlo в PSD 15.0 и OrCAD 10.0. // Компоненты и технологии. 2005. № 9.

9. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Troubleshooting в PSD 15.0 и OrCAD 10.0. // Компоненты и технологии. 2006. № 1.

10. Златин И. Программа Advanced Analysis и режим анализа Parametric Plotter в OrCAD 10.5. // Компоненты и технологии. 2006. № 2.

11. Златин И. OrCAD 10.5 для начинающих пользователей. // Компоненты и технологии. 2006. № 3, 4.

12. Златин И., Хамзин Н. Программа Transformer Designer (разработчик трансформаторов) в OrCAD 10.5. // Компоненты и технологии. 2006. № 5, 6.

13. Златин И. Интеграция программ OrCAD и MATLAB/Simulink при помощи интерфейса SLPS. // Силовая электроника. 2006. № 2.