HAKKURIMUUNTAJAT. KAAVAT ideaalimuuntajalle 2 N N 2 I2 Z. H. Honkanen

Transkriptio

1 HKKRMTJT H. Honkann Muuntaja on lait, jossa nsiön vaihtovirta saa aikaan muuttuvan magnttikntän muuntajasydämn. Tämä muuttuva magnttiknttä saa aikaan virran toisiokäämiin. Tasasähköllä muuntaja i toimi, tasavirta saa kyllä aikaan magnttikntän, mutta tasainn magnttiknttä i indusoi jännitttä toisiokäämiin. Muuntajalla voidaan muuttaa vaihtojännittn suuruutta ja totuttaa galvaaninn rotus Kuva: Muuntaja Oikin suunnitllun muuntajan hyötysuhd on hyvä, yli 90%, parhaimmillaan 99%. Muuntajan häviöt syntyvät: Käämin rsistanssissa o Hakkuritaajuuksilla rsistanssia lisää ahtautumisilmiö Muuntajasydämn häviöissä o Pyörrvirtahäviöt Pyörrvirtahäviöt johtuvat muuntajasydämn muodostuvista pinoismagnttikntistä. Pyörrvirtahäviöt riippuvat sydänmatriaalista ja taajuudsta. Muuntajasydämillä on tätn optimitoimintataajuusalu o Hystrsi Hystrsi joutuu muuntajasydämn livästä rromagntoitumissta (=kstomagntoituu o Kyllästyminn Kaikilla muuntajasydämillä on rajallinn magnttikntän voimakkuus. Tätä suurmpaa magnttivuota niihin i pysty muodostumaan, jonka ylitttässä liika magnttivuo siirtyy ilmaan ja induktanssi romahtaa KVT idaalimuuntajall

2 MTJSYDÄMET Frriitti- tai rautasydämisn klan induktanssi ja häviöt ovat suursti riippuvaisia taajuudsta ja lisäksi sydänainlla on rajallinn magnttikntän voimakkuus. Tästä suraa rajallinn virrankäsittlykyky Pintaajuuksilla käyttään sosttuista träslvyistä thtyjä muuntajapakkoja. Pakka voi olla E tai O tyyppinn: ll 00 Hz taajuuksilla sydän on lvytyyppiunn, lvyn paksuus 0,3.. 0,4 mm Hz taajuuksilla sydän lvytyyppinn, lvyn paksuus n. 0, mm 800 Hz 5 khz taajuuksilla sydänmatriaali ohusta nauhasta klattu Suummilla taajuuksilla ( > 5 khz käyttään puristtusta sosttusta rautaoksidijauhsta ( rriitti puristttuja rakntita - Frriittisydämssä pyörrvirrat aihuttavat mrkittäviä häviöitä vasta yli 00 khz taajuuksilla Frriitti kyllästyy paljon aikaismmin, kuin muuntajalvy. Muuntajalvyllä maksimi vuontihys voi olla,8 T luokkaa, kun s rriitillä on vain 0,3.. 0,5 T. Frriitin maksimi käyttölämpötila on myös aika alhainn, vain + 00 C luokkaa ja Curi pistkin + 00 C sutuvilla. Frriittirnkaat: Frriittirngastyyppjä löytyy rittäin paljon. Eri sydänmatriaalin ja kokojn valikoima on suuri. Kiintä raknn. Frriittimuuntajasydämt: Muuntajasydämt ovat rakntlln purttavia. Myös induktanssia voi pinntää lisäämällä rakntsn ilmavälin ( lmavälin suuruus luokkaa 0 mm Frriittimatriaalit: Kuva yllä: Frriittisydämn ominaisuuksia Kuva oikalla: Frriittisydäntyyppin ominaisuuksia 3E5 Orang 3F3 Blu 4 Pink 4C65 - Violt

3 HKKRMTJT Flyback -tyyppi Flyback tyypin hakkurissa muuntajaa i käyttä muuntajan tavoin, vaan s on kaksikääminn kla. Ensiöpiirillä varataan muuntajaan magnttiknttä, joka purtaan toisiopiiriin nsiövirran lakattua. Jännittidn suhd i tätn myöskään riipu kirrostn suhtsta! Muuntajasydämn mitoitus tapahtuu klan mitoitusohjidn mukaissti: Klaan varattava nrgia ( W : P W * Huom! mitoituksssa käytttävä tulothoa! Tarvittava klavirta saadaan klan pruskaavoista johtamalla: W W W P * W ;, ( t O ( t (, jonka jälkn voidaan saatu sijoittaa m. kaavoihin to ( O ( Toisiopiirin kirrosmäärä tul optimoida jäännösmagnttiknttä ja rsistiivist häviöt minimoidn Klasydämn tilavuudn oltava riittävä nrgiavarastoksi: Klan virta: Klan nrgia: * W ( J = Ws ( H = Vs / Frriitill ilmoittaan ylnsä taajuusalu, suhtllinn prmabilittti, nduktanssi kirrosta kohdn ( arvo [ nh ], thollinn pinta-ala ( V ja maksimi magnttivuon voimakkuus ( B [ mt ] ( V O ( ( B r MX MX, jossa: V = Pinin vaadittava klasydämn tilavuus o = Tyhjön prmabilittti: 4 * * 0-7 H / m r = Suhtllinn prmabilittti MX = Maksimi klavirta BMX = Frriitin suurin sallittu vuontihys = klan induktanssi Forward tyyppi Forward tyypin muuntajassa muuntajaa käyttään aidosti muuntajana. Ensiövirran aikaansaama magnttiknttä saa välittömästi aikaan virran myös toisiokäämiin. Prusronahan on tasasuuntaindiodin kääminnän suunta. Forward tyyppikään i hyödynnä vuontihydstä kuin toisn puolijakson Vuorovaihkytkntä [ Push-Pull ] Vuorovaihkytkntä hyödyntää vuontihydn molmmat puolijaksot. Molmpin puolijaksojn hyödyntämisn htona on kuitnkin s, ttä tasakomponnttia i saa siintyä. Tasakomponnttia siintyy, jos thopuolijohtidn viivt poikkavat toisistaan tai kytknnässä on päsymmtriaa.

4 Muuntajan mitoitus: B k * k * B O * O *, jossa: = Klan jännit, li päälkon jännit B = Suurin määritlty/sallittu magnttivuon tihys = Muuntajasydämn paramtri ( Sydämn pinta-ala = Ensiökäämin kirrosmäärä ton =Kytkinkomponntin maksimi johtavuusaika k = Kytkntäkrroin: Forward tyypin hakkuri -> Balansoitu vuorovaihhakkuri -> Balansoimaton vuorovaihhakkuri ( DC komponnttia voi siintyä -> Vastaavuudt: mm 0 m, mm 0 m Johtimn rsistanssi ja ahtautumisilmiö: Johtimn rsistanssi ( R riippuu johdinmatriaalin ja pinta-alan lisäksi, ahtautumisilmiön vuoksi, suurtaajuuksilla myös välitila-ainn prmabilittista ja johtimn muodosta. htautumisilmiön vuoksi virta voi kulka vain johtimn pintaosissa, jolloin johtimn rsistiivinn osuus kasvaa. Pyörä johdin on kaikkin huonoin ratkaisu, koska siinä on pinta-ala mahdollisimman pini suhtssa poikkipinta-alaan (. Tunkutumissyvyys (, ja sitä kautta thollinn pinta ala ( voidaan määrittää: Tunkutumissyvyys ( : Thollinn pinta-ala: ( r ( r, jossa r = johtimn säd l l l Johtimn rsistanssi ( R : R * Kuparin ominaisrsistanssi ( C : C = 0,075 mm²/m = 7,5 nm Kuparin ominaisjohtavuus ( C : C = 57 MS/m ( = / KVT koostttuna: Johtimn rsistanssi ja ahtautumisilmiö: Tunkutumissyvyys ( : r r 0 0 3, li s on kääntän ( potnssiin ½ suhtssa prmabilitttiin ( µ, ominaisjohtavuutn ( ja taajuutn ( Kuparin ominaisrsistanssi ( C : C = 0,075 mm²/m = 7,5 nm Kuparin ominaisjohtavuus ( C : C = 57 MS/m ( = / l l l Johtimn rsistanssi ( R : R * d Pyörän johtimn pinta-ala : r 4 Thollinn pinta-ala: ( r ( r, jossa r = johtimn säd

5 MGEETTPR SREET: Magnttivuo, suurtunnus:, yksikkö: Wb ( Wbr, Wb = V*s Wb Vs Magnttivuon tihys, Suurtunnus: B, Yksikkö: T ( Tsla, T, T m m nduktanssi, Suurtunnus:, Yksikkö H ( Hnry, Vastaavuudt: mm 0 m, mm 0 m Käsittitä: o = Tyhjön prmabilittti: 4 * * 0-7 H / m r = Suhtllinn prmabilittti = klan induktanssi l = Magnttipiirin pituus ( m =Magnttipiirin poikkipinta-ala ( m² V = V = magnttipiirin ( = klasydämn tilavuus = nduktanssi kirrosta kohdn ( l/ = Pituudn ja poikkipinta-alan suhd MX = Maksimi klavirta BMX = Frriitin suurin sallittu vuontihys nduktanssi ( : r 0 l, Magnttivuon voimakkuus ( H : Magnttivuon tihys ( B : H 3 Vs H, Wb H r 0, * ( l / * B H ( /m r, l B r * H, * 0 Muuntajasydämn tilavuus: Kirrosmäärä: Sydämn poikkipinta-ala: V k * B ( H 0 * B ( T = Vs/m² * Or ( MX ( B [ Flyback ] O * k * * B MX [ Forward ] O [ Forward ] KVT idaalimuuntajall :