Zdenìk Faktor
Transformátory a cívky
1999
Pøestoe transformátory a tlumivky byly v nejmodernìjích elektronických zaøízeních do znaèné míry nahrazeny jinými obvodovými prvky, zastávají dosud nezastupitelnou úlohu pøedevím ve zdrojích a v nìkterých sdìlovacích zaøízeních. S pøechodem na moderní spínací zdroje podstatnì stoupají nároky na pouité materiály a konstrukci transformátorù. Pøi jejich výpoètech u nevystaèíme s nìkolika empirickými vzoreèky a trojèlenkou. Tato pøíruèka usnadní efektivní návrh transformátorù a tlumivek s vyuitím znalosti fyzikálních principù a vlastností souèasných materiálù. Souhrnné informace, vèetnì mnoha tabulek, grafù a katalogových údajù, umoòují pøesnì vybrat vhodný tvar obvodu, jeho materiál i postup výroby. V naí literatuøe se kniha s podobnì irokým a odborným pøístupem nevyskytuje. Pøíruèka se jistì stane nedocenitelnou pomùckou nejen projektantù, konstruktérù a studentù odborných kol, ale také vyspìlejích amatérù.
Zdenìk Faktor
Transformátory a cívky Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnoována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenáena v jiné formì èi jinými prostøedky. Za pùvodnost a jazykovou i vìcnou správnost díla zodpovídá autor. Uvedené názvy výrobcù, výrobkù, metod a rùzných materiálù mohou být ochrannými známkami. Nároky na odkodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny.
Vechna práva vyhrazena. © Ing. Zdenìk Faktor CSc., Praha 1999 Nakladatelství BEN - technická literatura, Vìínova 5, Praha 10 Faktor Zdenìk: Transformátory a cívky BEN - technická literatura, Praha 1999 1. vydání ISBN 80-86056-49-X
Obsah 1. Magnetické materiály ............................................................... 7 2. Jednotky a nìkteré základní pojmy ........................................ 9 3. Magnetický obvod s mezerou ................................................. 27 3.1 Výpoèet magnetického odporu a náhradních rozmìrù jednoduchých magnetických obvodù ............................................... 34
4. Náhradní schéma transformátoru ......................................... 40 5. Vliv magnetického materiálu na vlastnosti síového transformátoru .................................................... 50 6. Elektrotechnické plechy ......................................................... 59 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
Elektrotechnické plechy Et .................................................................... 61 Elektrotechnické plechy Eo ................................................................... 62 Elektrotechnické plechy Ei .................................................................... 64 Dalí druhy elektrotechnických plechù ................................................ 69 Amorfní magnetické materiály ............................................................. 71 Význam ztrátového èísla ........................................................................ 73
7. Síové transformátory s M a E/I plechy ............................... 74 8. Jádra síových transformátorù skládaná ze støíhaných pásù ............................................................... 79 9. Síové transformátory s C a Q jádry .................................... 83 9.1 Síové transformátory s toroidními jádry ........................................... 89
10. Transformátory proudu ....................................................... 96 10.1 Proudová sonda pro mìøení malých impulzních proudù ............... 101
11. Autotransformátory a regulaèní autotransformátory ..... 104 12. Údaje pro vinutí .................................................................. 107 12.1 Vinutí toroidních jader ...................................................................... 113
13. Oteplení transformátoru .................................................... 116 14. Zapínací proudy u jednofázových transformátorù ......... 119 14.1 Jitìní jednofázových transformátorù malých výkonù .................. 123
15. Pøedmagnetování ................................................................ 124 15.1 Vyhlazovací tlumivky ......................................................................... 131
3
16. Transformátory pro mìnièe napìtí a invertory s kmitoètem do 2000 Hz .................................................. 133 17. Transformátory a filtraèní tlumivky pro spínací napájecí zdroje ................................................................. 138 17.1 Blokující mìniè ................................................................................... 138 17.2 Propustný mìniè ................................................................................. 147 17.3 Dvojèinný mìniè ................................................................................. 154 17.4 Mìnièe pro malé výkony ....................................................................162 17.5 Vlastnosti feritù pro transformátory spínacích zdrojù ................... 166 17.6 Magnetické materiály pro jádra tlumivek ....................................... 174 17.7 Budící transformátory spínaèù ......................................................... 176 17.8 Provedení transformátorù a tlumivek pro mìnièe ..........................178 17.9 Transformátory a tlumivky pro rezonanèní mìnièe ....................... 182 17.10Pøesytky pro magneticky øízené usmìròovaèe ................................187 17.11Omezování napìtí parazitních kmitù ............................................... 190
18. Tlumivky pro ochranu tyristorù ........................................ 191 19. Impulzní transformátory.................................................... 197 19.1 Poadavky na materiály jádra .......................................................... 213 19.2 Postup návrhu impulzního transformátoru .................................... 215 19.3 Vinutí impulzních transformátorù ................................................... 216
20. Vedení jako vinutí transformátorù .................................... 216 20.1 Nìkterá zapojení linkových transformátorù ................................... 223 20.2 Vedení jako transformátor ................................................................ 227
21. Sdìlovací transformátory pøehled .................................. 230 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6
Pøevod pro maximální pøenáený výkon ......................................... 232 Základní útlum ................................................................................... 235 Útlum dolních kmitoètù ..................................................................... 238 Útlum horních kmitoètù ....................................................................240 Útlum zpùsobený kapacitou vinutí ................................................... 241 Pomìrná íøe kmitoètového pásma pøenáeného transformátorem ............................................................................ 241 21.7 Úhel pøenosu transformátoru ........................................................... 242
22. Pøíklady návrhu indukènosti vinutí L1............................. 244 22.1 Provedení sdìlovacích transformátorù ............................................247 22.2 Harmonické zkreslení ........................................................................ 249
23. Rozptylová indukènost ....................................................... 252 4
24. Kapacita vinutí .................................................................... 257 25. Ztráty v jádru sdìlovacího transformátoru pøi malých indukcích ...................................................... 259 26. Ferity .................................................................................... 263 27. Feritová jádra ...................................................................... 268
E jádra ................................................................................................................. 271 EC jádra .............................................................................................................. 272 PM jádra (Potcore Modul) .................................................................................. 274 X jádra ................................................................................................................. 275 CC jádra (Cap-Cup-Core) ................................................................................... 275 Hrníèková jádra ................................................................................................... 276 TT jádra ............................................................................................................... 277 RM jádra (Rectangular Modul Cores) .......................................................... 277 EP jádra ............................................................................................................... 278 Q jádra ................................................................................................................. 278 U a UI jádra ......................................................................................................... 279 EFD jádra ............................................................................................................ 279 ETD jádra (Economic Transformer Design) ....................................................... 279 Kruhová jádra ..................................................................................................... 280 Tyèová jádra, trubièková jádra a závitová jádra. ................................................ 280
28. Magnetické látky pro jádra sdìlovacích transformátorù ze slitin .................................................. 281 29. Transformátory se soumìrnými vinutími ......................... 290 30. Jiné transformátory se zvlátními nároky ........................ 299 30.1 30.2 30.3 30.4 30.5 30.6 30.7 30.8
31. 32. 33. 34. 35.
Ferorezonanèní transformátor .......................................................... 299 Transformátory pro svaøování støídavým proudem ....................... 302 Výstupní transformátory napájené z napìového rozvodu ........... 305 Dvoujádrové transformátory ............................................................ 306 Parametrický transformátor ............................................................. 308 Elektronický transformátor ..............................................................309 Bezjádrový transformátor ................................................................. 310 Zapalovací cívka ................................................................................. 310
Nároky na cívky .................................................................. 310 Náhradní schéma cívky ...................................................... 312 Cívky s jádry ....................................................................... 315 Nízkofrekvenèní vzduchové cívky ..................................... 323 Vysokofrekvenèní vzduchové cívky ................................... 329 5
36. elezová jádra ..................................................................... 332 37. Vlastnosti magneticky mìkkých látek v irokém teplotním rozsahu. Kompenzace teplotní závislosti indukènosti cívek s feritovými jádry v ladìných obvodech. ............. 341 38. Miniaturní cívky pro povrchovou montá a hybridní integrované obvody ......................................................... 348 39. Feritové antény, hledaèe kovových pøedmìtù, indukèní snímaèe polohy ................................................ 354 40. Cívky pro odruování ......................................................... 359 41. Indukènost a vzájemná indukènost nìkterých elementárních obvodových spojù ................................... 366 Seznam norem ............................................................................ 369 Literatura ................................................................................... 371 Rejstøík ....................................................................................... 373 Významné firmy èeského a slovenského trhu dodávající transformátory, cívky, tlumivky a komponenty pro jejich výrobu DOE spol. s r. o. (souèástky Siemens + Matsushita) ............................ 377 ELTEK CZ s.r.o. (transformátory) .......................................................... 378 ELEKTROKOV a. s. (transformátory, tlumivky, sváøecí technika) ......... 379 ERMEG (komponenty pro výrobu transformátorù) ................................ 380 PMEC s.r.o. (toroidní tlumivky a transformátory) ................................... 381 P&V ELEKTRONIC spol. s r. o. (standardní i SMD vinuté díly) ............ 382 TALEMA Electronic (toroidní komponenty) ............................................ 383 TBP TRANSFORMÁTORY (transformátory) ......................................... 384 TRONIC (transformátory a cívky) .......................................................... 385 Válcovny plechu TECHNOTRON (magnetické obvody, plechy) ........... 386 ZVS DUBNICA a. s. (transformátory a tlumivky) ................................... 387
Pøíloha: BEN technická literatura Knihy nakladatelství BEN technická literatura .................................... 388 Program pro návrh magnetických obvodù (na CD ARadio1998) .......... 393 Program VISIO 5.0 (kterým byly nakresleny obrázky v této knize) ....... 394 Adresy a spojení na firmu BEN technická literatura ........................... 397 A na závìr pár slov o nás ...................................................................... 398 6
