Immagina che il trasformatore da 50/60 Hz sia un induttore collegato alla corrente alternata: ignora le bobine secondarie e concentrati sull'avvolgimento primario. L'avvolgimento primario è collegato attraverso l'AC e può essere considerato come un semplice induttore. Quanta corrente prende questo induttore da (diciamo) un'alimentazione a 220 V CA?

Il buon senso dice che non vogliamo che ci voglia molto perché la corrente viene sprecata non facendo altro che magnetizzare il nucleo. Quindi, in un trasformatore CA di medie dimensioni (allarme generico!), Potrebbe essere ferito per avere un'induttanza di (diciamo) 10 henry. Questo avrà un'impedenza a 50Hz di: -

\ $ X_L = 2 \ pi \ cdot f \ cdot L \ $ = 3142 ohm.

Questo richiederà una corrente di 220 ohm. V / 3142 ohm = 70 mA e nel mio libro va bene così. Quando si aggiunge l'avvolgimento secondario non caricato ci vogliono ancora 70mA e quando caricato prende la corrente di carico "riferita al primario" + 70mA.

Un trasformatore di commutazione che funziona a (diciamo) 100kHz non ha bisogno di avere ovunque vicino la stessa induttanza - questo perché funziona a 100 kHz (o 1 MHz o qualsiasi altra frequenza arbitrariamente alta). Potrebbe avere un'induttanza proporzionalmente inferiore al rapporto tra le frequenze, cioè 50 diviso per 100.000 - questo significa che può avere un'induttanza di 5 milli henry e continuare a funzionare allo stesso modo (ma alla velocità più alta).

Chiediti, quale trasformatore è più grande: uno che ha un'induttanza primaria di 10 henries o uno che ha un'induttanza primaria di 5 mH?

EDIT - sezione sui trasformatori fly-back

È una notizia migliore per i progetti con modalità di commutazione flyback (come quelli utilizzati nella maggior parte dei convertitori CA-CC di potenza da bassa a media): l'induttanza primaria diventa una "caratteristica" del progetto - viene utilizzata per immagazzinare energia per metà del ciclo PWM e poi quell'energia viene rilasciata nel secondario durante la seconda metà del ciclo. Se l'induttanza primaria è (diciamo) 1000 uH e diciamo che è "caricata" in 5 us e "rilasciata" nei successivi 5 us, l'energia per trasferimento può essere calcolata stimando prima la corrente di picco: -

\ $ \ dfrac {220V \ cdot \ sqrt2 \ times 5 \ times 10 ^ {- 6}} {1000 \ times 10 ^ {- 6}} \ $ = 1.556 A

• La formula sopra è solo V = \ $ L \ dfrac {di} {dt} \ $ re-hashed
• 220V x sqrt (2) è la tensione CC rettificata e livellata ottenuta dalla CA

Quindi questa corrente si converte in energia = \ $ \ dfrac {L \ cdot I ^ 2} {2} \ $ = 2.42 mJ

Questo può essere trasformato in potenza da moltiplicando per 100.000 (la frequenza di commutazione) cioè 242 watt. L'utilizzo di una topologia fly-back consente di utilizzare l'induttanza primaria e di abbassarla oltre ciò che si potrebbe ragionevolmente fare in un alimentatore lineare. Spero che questo abbia senso.

Per comprendere in modo intuitivo il problema delle dimensioni, immagina che il trasformatore sia un secchio. Immagina che alla data frequenza prendi l'acqua da un pozzo e la metti in una piscina.

Supponi di dover fornire 60 litri al minuto. Se prendi 1 secchio d'acqua ogni 10 secondi, allora hai bisogno di un secchio da 10 litri. Tuttavia, se prendi 1 secchio d'acqua ogni 2 secondi, ti servirà solo un secchio da 2 litri.

Aumentando la velocità, si riducono le dimensioni richieste e poiché oggigiorno è piuttosto facile realizzare componenti elettronici molto veloci, le dimensioni dei trasformatori sono diminuite drasticamente.

Nota che non è così che funzionano gli SMPS, il flyback descritto da "Andy aka" è il più vicino a questo, ma questo dovrebbe darti una comprensione dell'impatto della frequenza.

Prendi la prima risposta.La resistenza è il prodotto di 2, pi greco, frequenza e induttanza.Per ottenere lo stesso risultato è possibile ridurre l'induttanza (dimensione) aumentando la frequenza.

Una semplice analisi di equazioni risulterebbe come segue:

XL = 2 * pi f L

Ciò implica che inductance e frequency hanno una proporzione inversa .

In altre parole, per frequenze più alte, l'induttanza può essere ridotta per lo stesso valore di impedenza.

Quindi, ad esempio, voglio che il mio trasformatore consumi la corrente minima, quindi selezionerei l'impedenza più alta possibile.

Prendiamo lo stesso esempio fornito da Andy aka .

La corrente assorbita dal primario del trasformatore dovrebbe essere inferiore a 70 mA

Supponiamo che la tensione sia di 220 V a 50 Hz (solo un esempio)

Ora, V = 220 V e I = 70 mA danno, R ~ 3142E.

Nel nostro caso R = XL = 3142E.

Quando f = 50Hz, L ~ 10H

Quando f = 500 Hz, L ~ 1H

.

.

.

Quando f = 100 kHz, L ~ 5 mH

Vediamo i diversi parametri che influenzano la dimensione dell'induttore.

1. Numero di giri (Più giri più induttanza)

2. Area bobina (aumentare l'area per una maggiore induttanza)

3. Lunghezza bobina (l'induttanza aumenta con l'aumento della lunghezza)

4. Materiale bobina (maggiore è la permeabilità magnetica dell'induttore, maggiore è l'induttanza)

I parametri sopra riportati suggeriscono che per lo stesso materiale utilizzato la dimensione dell'induttore aumenterà per un aumento dell'induttanza.

Quindi, da tutte le analisi precedenti si può affermare che,

Per ridurre le dimensioni del trasformatore dobbiamo aumentare la frequenza.

Note: moderazione richiesta. Questa è la mia analisi e quindi dovrebbe essere presa in considerazione solo se un numero sufficiente di esperti supporta la mia opinione.

Si può immaginare che il nucleo del trasformatore sia "completamente" magnetizzato dalla tensione di ingresso. Questo rappresenta una certa quantità di energia. Successivamente questa energia viene fornita all'uscita. Questo ciclo viene ripetuto più e più volte.

Ogni ciclo trasforma una quantità massima di energia, limitata dalla quantità di magnetismo che il nucleo può "trattenere". Quindi una frequenza più alta trasferisce più potenza.

Se si alimenta il trasformatore a una frequenza più bassa la fem in un giro al primario è inferiore alla frequenza più alta, ne segue che quando il trasformatore viene alimentato a una frequenza più bassa la corrente di ingresso aumenterà, quindi la sezione trasversale dell'avvolgimento primario aumenterà dello stesso il confronto può essere fatto per il numero di spire sul lato secondario, il che porta al fatto che il numero di spire aumenterà per il trasformatore con una frequenza inferiore