Teorie - přenášený výkon transformátoru.

[Neniu]

Mějme imaginární transformátor postavený z EI plechů a schopný přenášet výkon 100 VA. Jedná se o klasické trafo určené pro 50 Hz a sinusový průběh proudu. A tu je několik otázek:

- jak veliký výkon se dá přenášet při obdélníkovém buzení?
- jak veliký výkon se dá přenášet při buzení "modifikovanou sinusovkou"?
- jak veliký výkon trafo přenese při kmitočtu 400 či 500 Hz?
- a jak se bude chovat, když zkombinuji vyšší kmitočet a obdélníky?

Předpokládám, že tvar průběhu proudu nebude mít na přenášený výkon vliv, případně spíše vliv negativní, protože obdélníkový průběh obsahuje hromadu harmonických kmitočtů a ty budou budit v jádru větší vířivé proudy a způsobovat větší ztráty "v železe". U takto malého trafa si myslím, že výkon bude stejný.

Použitím vyššího kmitočtu lze přenášet větší výkon, ale je otázkou o kolik. Existuje na to nějaký empirický vzorec? Nebo případně nějaká kniha, stránka či článek, kde by se to dalo lépe nastudovat? Nejedná se mi o naprosto přesné výpočty ale spíše o kvalifikovaný odhad.

Žádné trafo nemám ale napadlo mě postavit si měnič napětí z baterií na síťové napětí a pro spoustu spotřebičů nebude vyšší kmitočet ani modifikovaná sinusovka problém. Většina přístrojů má na vstupu stejně usměrňovač a spínaný zdroj, takže je škoda mít měnič s malou účinností, když se dá udělat účinnost vyšší. Jistě, dá se jít i cestou malého feritového trafa a měniče typu "měnič na 320V ss a střídač", ale touto cestou se, zatím, nechci vydávat.

[ZdenekHQ]

Asi jsi nezaznamenal vlákno: http://www.ebastlirna.cz/modules.php?na ... 182#889182

A pak je tady ještě jedno o toroidu. Musíme to nějak sloučit.

[Neniu]

O tom vlákně vím, ale tam se řeší spíše autotrafa napájená ze sítě, ale zkusím to projít celé, třeba jen něco přehlížím.

[ZdenekHQ]

To druhý vlákno bude vhodnější.

http://www.ebastlirna.cz/modules.php?na ... ic&t=80898

[Bernard]

Výkonové širokopásmové nf trafo - to je vlastně jako výstupní transformátor. Na to jsou tu machři, ale i literatura.

[monterjirka]

Když si představíme ten obdélník, jak přenese trafo náběžnou hranu?
Asi podle toho jak dobře bude přenášet frekvence minimálně 10x vyšší. Takže z toho bych velký strach neměl.
Ale jak přenese to "vodorovnou" část, stálou hodnotu?
Tak trochu podle toho jak by přeneslo frekvence řádově 10x nižší... To už trochu problém zpravidla je.

Ale pro přenos výkonu měniče na tom tak moc nezáleží.

Pak je trochu problém jak "ohlídat výstupní napětí".
U sinusového průběhu je nějaký poměr mezi střední, efektivní a maximální hodnotou napětí. U obdélníku jsou všechny 3 hodnoty stejné.

V jistou dobu existovaly měniči s tzv. omezeným plněním. Byl to obdélník, ale půlvlna netrvala celých 10ms, ale jen kolem 7ms.
Tedy 7ms kladná půlvlna, 3ms pauza, 7ms záporná půlvln, 3ms pauza a to pořád dokola. A když se na výstup trafa dal kondík, trochu se to přiblížilo parametrům sinusovky...

[Neniu]

Tak mě připadá, že případné zkreslení toho obdélníku je u měniče spíše žádoucí, protože se výstup bude trochu podobat té sinusovce, byť jen velmi vzdáleně. Asi to budu muset zkusit a pak prostě uvidím.

Ten měnič s omezeným plněním mi silně připomíná tu modifikovanou sinusovku, protože to funguje podobně, chvilku maximální napětí, pak nižší a následně nulové. Případně některé měniče přepínají jen mezi maximálním napětím a nulou s větší pauzou mezi impulsy.

Vypadá to tedy, že první část otázek byla zodpovězena jak tady, tak i v těch sousedních vláknech, tak i v odkazech z nich vedoucí jinam. Čili výkon transformátoru průběh neovlivňuje a 100 VA může přenášet těch svých 100 VA jak sinusově tak obdélníkově. Nezodpovězená otázka je tedy s tím nárůstem přenášeného výkonu při vyšším kmitočtu, to zatím nikde nenacházím, ale možná ještě najdu. Ten článek Manfreda Mornhinwega Transformátory a cívky ještě nemám přečtený celý.

[Olchor]

Stejné trafo přenese při vyšší frekvenci přibližně stejný výkon. Je to dáno hlavně odpory vinutí. Ale - pro vyšší frekvence mohu počítat s nižšími počty závitů, tlustší drát, vyšší výkon.
Takže - jestliže už předem navrhuji trafo pro vyšší frekvenci, pak lze přenést podstatně vyšší výkon. Ale u běžných plechů je vstupní frekvence omezena ztrátami v železe. U vojenské techniky se běžně používala frekvence 400Hz.

[ZdenekHQ]

To mně připomíná můj experiment - třeba u minohledů se generuje obdélník a přes výkonový koncák se s tím budí seriový LC naladěný do rezonance, takže na cívce vznikne docela čistý sinus s amplitudou třeba desetinásobek amplitudy obdélníku.

Tak jsem to zkusil s trafem z UPS a nikdy se mně to nepodařilo. Sice na sekundáru bylo cosi jako sinus říznutej pilou, něco se dohnalo kondíkem, elektromotor na to běžel docela čistě, ale výsledek celkově nic moc.

[Bernard]

Známý vzorec U1=4,44·Bmax·f·Sž·N1 většinou slouží pro výpočet N1, ostatní veličiny jsou známé, vycházejí ze zvoleného jádra. Když se potom takto navrhnutý transformátor připojí na vyšší frekvenci při stejném U1, sníží se sycení ve špičkách na méně než Bmax. Z toho plyne, že sa na vstupu může úměrně zvýšit napětí U1. Pokud se vhodnou zátěží zachová velikost primárního proudu, dá se přenést větší výkon. Jenže s frekvencí rostou hysterezní ztráty, takže ten primární proud se spíš bude muset o něco snížit. Obecně se asi výsledek stanovit nedá.

[mtajovsky]

Ale jak přenese to "vodorovnou" část, stálou hodnotu?
Tak trochu podle toho jak by přeneslo frekvence řádově 10x nižší... To už trochu problém zpravidla je...

K tomu jste dospěl jak? Obdélník lze složit z harmonického signálu se základním kmitočtem a z řady harmonických průběhů s násobnými kmitočty. Signál s nižším kmitočtem k ničemu nepotřebujeme.

http://hroch.spseol.cz/~nozka/elektro/h ... a-analyza/

Jenže s frekvencí rostou hysterezní ztráty, takže ten primární proud se spíš bude muset o něco snížit. Obecně se asi výsledek stanovit nedá.

Na druhou stranu, trafa pro vyšší frekvenci to kompenzují tenčími plechy. V rozsahu "rozumných frekvencí", jako je například vojenská frekvence 400 Hz, pak ten výkon přibližně odpovídá násobku frekvence.

[Neniu]

V rozsahu "rozumných frekvencí", jako je například vojenská frekvence 400 Hz, pak ten výkon přibližně odpovídá násobku frekvence.

Však na to byl také původní dotaz. Napadlo mě udělat si malý měnič ale nepoužívat kmitočet 50 Hz ale třebas těch 400 Hz. Na jednom malém trafu mám změřeno, že proud naprázdo toho trafa je při 50 Hz cca 100 mA a při kmitočtu 500 Hz je to cca 25 mA. Při vyšším kmitočtu proud ještě klesal, ale trafo už nechtělo přenášet žádný výkon. Měřeno v zapojení generátor - zesilovač - ampérmetr - trafo - žárovka (trafo zapojené "opačně" než bylo myšené, čili 9V vinutí na generátor a 230V vinutí na žárovku). Při vyšším kmitočtu stačilo na primáru menší napětí než při kmitočtu nižším k dosažení stejného napětí na výstupu.

Původní myšlenka totiž byla ten měnič používat jako zdroj náhradního napájení při výpadku, napájet z něj hlavně osvětlení a třeba rádio. Vím, osvětlení se dá udělat pomocí LED ale když by byl nějaký rozumný měnič, dala by se použít normální svítidla v místnostech a svítit jimi. Pochopitelně rozumně a tak, aby se šetřilo energií v baterii. Žárovkám, zářivkám (všude jsou jen s elektronickým předřadníkem) ani LEDkám v lustrech vyšší kmitočet nevadí. Notebooku a počítači určitě ne, rádiu asi také ne a případné moderní televizi už asi také ne. Té naší asi ano, máme ještě CRT

Asi to budu muset zkusit, jen někde musím získat vhodné trafo.

[Atlan]

To by si musel mat hodne staru crt aby tam nebol spinany zdroj....

[Neniu]

Spínaný zdroj má, ale nevím, jak by si s vyšším kmitočtem poradili demagnetizační obvody a třeba synchronizace. V oblasti televizí nevynalézám, takže fakt nevím.