Transformador de núcleo de ferrite; Um guia definitivo sobre o básico

A maioria dos transformadores de energia elétrica tem enrolamentos secundários e primários como características básicas. Outras vezes, pode haver enrolamentos terciários. Como tal, deve haver uma ligação de fluxo efetiva entre os enrolamentos para acionar o transformador. Consequentemente, há uma adição de um caminho magnético de baixa relutância de alta proficiência para garantir que a ligação de fluxo funcione de forma excelente. O caminho magnético é o que chamamos de núcleo.

Agora, os núcleos são de materiais variados, como ferrites, aço, silício e muitos outros. Este artigo se concentrará apenas nos núcleos de ferrite e explicará os diferentes tipos, benefícios e aplicações. Além disso, podemos fornecer outros conhecimentos que possam ser importantes para você.

1. O que é um transformador de núcleo de ferrite?

Muitas vezes, os núcleos de ferrite magnética têm uma combinação de compostos de manganês, zinco, níquel e óxidos de ferro. Como os compostos têm baixa coercividade, eles se enquadram nas ferritas moles. Os tipos de núcleo de ferrite incluem casca, toroidal, cilíndrico e núcleo fechado.

(indutores toroidais ou cilíndricos no núcleo magnético)

Os transformadores de núcleo de ferrite geralmente têm uma demanda maior quando comparados aos transformadores de núcleo de ferro. Os transformadores de ferrite têm vantagens, incluindo resistência a correntes elevadas, baixas perdas por histerese e não requer laminação.

Por outro lado, os transformadores de núcleo de ferro requerem laminação para atingir um modo de baixas perdas parasitas. Além disso, como você não pode laminar mais fino, eles tendem a ser ineficazes para frequências mais altas.

2. Tipos e benefícios de transformadores de núcleo de ferrite

Tipos

A lista abaixo inclui os principais tipos de transformadores com núcleo de ferrite.

Zinco Manganês (MnZn)

Além de um MnZn ter uma permeabilidade mais alta, ele também possui um nível de saturação mais alto que uma ferrita de níquel-zinco. Portanto, eles são melhores em aplicações que têm uma frequência de operação inferior a 5MHz. Além disso, a impedância do núcleo é adequada para indutores de até 70MHz.

Níquel Zinco (NiZn)

Comparado a um MnZn, um NiZn tem uma resistividade mais alta. Por causa disso, você o usará principalmente em aplicativos que exigem uma faixa de frequência de 2 MHz a vários 100 MHz. Além disso, sua impedância pode atender indutores que vão além de 70MHz. No entanto, um núcleo de ferrite NiZn é sensível à temperatura com uma temperatura Curie ainda mais baixa, abaixo de 500°C.

Pó de Areia

O pó de areia é uma bobina de estrangulamento de alta frequência que você pode usar apenas com uma ferrite.

Laminação/Amorfo e Nanocristalino

Principalmente, você encontrará a laminação/amorfo e nanocristalino em áreas como UPS, conjuntos de soldagem e inversores.

Além disso, é bom notar que os núcleos de ferrite vêm em diferentes formas como segue;

Núcleos ETD; Primeiro, temos os núcleos ETD com resistência de enrolamento mínima em seu poste central. A resistência do enrolamento permite a otimização das dimensões para maior eficiência energética. Além disso, adequam-se a indutores e transformadores de potência de forma eficiente.

Núcleos EER; Em segundo lugar, existem núcleos EER com um recurso de poste central redondo. Na maioria das vezes, o poste central redondo permitirá um comprimento de caminho de enrolamento mais curto quando comparado a um poste central quadrado.

E, eu núcleo; Sua característica é um enrolamento de bobina. E você pode montá-lo com facilidade. E, eu usos principais são; transformadores inversores, banda larga, potência, conversores, indutores de telecomunicações e diferenciais.

Núcleos EFD; Tenha um recurso de área de seção transversal. Por isso, aplicações com vários transformadores e indutores e transformadores compactos podem se beneficiar deles.

(indutores de esferas de ferrite).

Benefícios

Alguns dos benefícios de um transformador de núcleo de ferrite oferecidos para a maioria das aplicações elétricas incluem;

1. Primeiro, ele é altamente permeável a um ímã. Por causa disso, o transformador é frequentemente aplicável em transformadores de alta frequência.
2. Então, sua condutividade elétrica é baixa . Isso garante que o núcleo de ferrite não perca correntes parasitas.
3. Além disso, a intensidade do campo elétrico é maior . Isso permite uma mudança na direção magnética com pequenas perdas de histerese. Além do mais, é bom notar que os núcleos de ferrita dura têm menos coercividade do que os núcleos de ferrita macia.

(histerese em um campo magnético).

Outros benefícios dos transformadores de núcleo de ferrite na indústria elétrica, incluindo;

• Um fator de histerese baixo,
• Valores Q altos,
• Baixa distorção de sinal e
• Baixa sensibilidade DC.

3. Quais são as principais aplicações do transformador de núcleo de ferrite?

Um transformador de núcleo de ferrite está em uma ampla gama de aplicações que consistem no seguinte;

• Conversores DC-DC; Aqui, eles diminuem ou aumentam a tensão de corrente contínua.
• Carregadores de celular; Evidentemente, cada carregador de telefone tem uma amperagem e voltagem particulares. Portanto, os transformadores de núcleo de ferrite ajudam a aumentar e diminuir a tensão conforme os requisitos.
• Circuitos eletrônicos de potência; Todos os circuitos eletrônicos de potência com altas frequências integram um transformador de núcleo de ferrite. Por exemplo, existem inversores de onda senoidal pura e inversores de fonte de alimentação comutada.
• Eletrodomésticos; Alguns eletrodomésticos que usam o transformador de ferrite incluem geladeiras, ar-condicionado, máquinas de lavar e TVs. Além disso, o transformador ajuda na supressão do nível de ruído na filtragem EMI à medida que operam.

(redução de ruído usando componentes de ferrite).

• Inversores CC sem escova; Os transformadores de ferrite convertem CA para CC ou CA para CA em circuitos de inversores CC sem escovas.
• Painéis solares; Além disso, em painéis solares e baterias, os transformadores aumentam a baixa tensão CC.
• Veículos elétricos; Motores de motor e carregadores de veículos elétricos usam um transformador de núcleo de ferrite.
• Iluminação; Por fim, os transformadores de ferrite atuam como transformadores de acionamento e fornecem a tensão necessária nos segmentos de LED.

4. Como calcular transformadores de núcleo de ferrite

Em primeiro lugar, tenha todos os parâmetros necessários no lugar. Nosso projeto aqui é uma topologia push-pull de derivação central.

Calcular voltas primárias

3 é o turno primário.

• Calcular voltas secundárias; O valor secundário de pico é constante em 310V. Ajuda a sustentar uma tensão de operação de 13V a 10,5V (mais baixa). Um adicional de 20 V para 310 V resulta em 330 V, o que é bom o suficiente para uma tensão máxima de pico de saída.
• Determinar a tensão secundária máxima para controle de feedback PWM; PMW é 98% do ciclo de trabalho total. Então, quando a bateria está em 10,5V, 310V no secundário, usamos o cálculo; 98% × 10,5 V =10,29 V. A tensão secundária máxima final é de 330V, enquanto a tensão primária é de 10,29V
• Encontre a relação de espiras secundárias primárias; A proporção é 330:10,29 =32,1
• O cálculo de um número secundário de espiras é obtido multiplicando-se as espiras primárias (3) e a razão das classificações de tensão (32,1). Agora, 32,1 × 3 =96,3 arredondado para 96.
• Calcule o número auxiliar de voltas

Você precisará do enrolamento auxiliar para implementação externa. A fórmula é a seguinte;

5. Como projetar transformadores de ferrite de várias topologias

Diferentes aplicativos e tipos de núcleo têm nomes e topologias variados com base no projeto do circuito. Algumas das topologias incluem flyback, push-pull, half-bridge e shell-type. No entanto, ao projetar qualquer transformador de ferrite com qualquer forma de topologia, considere a forma, o custo unitário, a temperatura ideal, o tamanho e a frequência. Os pontos mencionados devem sustentar o transformador, minimizando as perdas no núcleo, fornecendo isolamento elétrico e evitando a saturação do núcleo.

A frequência de operação e o tamanho dos transformadores de ferrite dependem de duas aplicações principais; potência e sinal.

(núcleos de metal ferromagnético).

Aplicativos de sinal; o transformador de ferrite aqui tem uma alta frequência variando em uma escala mega-Hertz e é de pequeno porte.

Aplicativos de energia; ao contrário das aplicações de sinal, os transformadores aqui são grandes e de baixas frequências (faixa – 1kHz a 200kHz)

Passos

• Antes de iniciar o processo de projeto do transformador, certifique-se de que seus requisitos estejam alinhados com a aplicação desejada. Os requisitos do projeto podem incluir nível de corrente, tensão de saída, frequências de operação e tensão de entrada.
• Em segundo lugar, verifique outros parâmetros, incluindo temperatura de operação, estilo de montagem, isolamento, espaçamento, correntes de fuga e tamanho.
• Em seguida, prossiga para a seleção do núcleo. Você precisará de bobinas para caber no núcleo de sua escolha, e elas também ajudam na montagem do seu produto depois de terminá-lo.
• Quarto, usando as fórmulas sob o subtítulo 'como calcular transformadores de núcleo de ferrite', calcule as perdas de energia, número de voltas. Além disso, você pode calcular outros parâmetros necessários.
• Em seguida, você precisa determinar o tamanho do pai e a corrente do enrolamento primário.

A fórmula é – Corrente primária =potência total de saída + perdas de potência do transformador divididas pela tensão primária.

• Depois, determine o número de voltas que o enrolamento secundário precisa. Aqui, você verificará os fios do seu desenho mecânico. Em seguida, certifique-se de que eles se encaixem na área de enrolamento no comprimento médio de voltas, altura e bobina. Além disso, adicione algum isolamento entre os enrolamentos, mas também considere a altura total do enrolamento.
• Além disso, meça a tensão carregada e o circuito aberto transversalmente ao enrolamento secundário para verificar seu projeto. Novamente, use as fórmulas do subtítulo quatro para calcular a resistência de cada enrolamento. Além disso, calcule a queda de tensão transversal no mesmo enrolamento. Queda de tensão =corrente × resistência.
• Finalmente, termine calculando a temperatura necessária. O aumento de temperatura em transformadores de ferrite resulta das perdas de energia do enrolamento e das perdas de energia do núcleo. Dependendo da sua aplicação, o cálculo deve determinar uma temperatura aceitável.

6. Qual é a diferença entre um transformador de núcleo de ferrite e um transformador simples?

A tabela abaixo resume as diferenças entre um transformador simples e um transformador de núcleo de ferrite.

(transformador de bobina de cobre).

Conclusão

Em suma, os transformadores de núcleo de ferrite são a melhor opção quando se considera aplicações de alta frequência, pois têm desempenho eficiente. Os transformadores têm alta permeabilidade magnética, alta coercividade e conduzem baixa potência elétrica. As aplicações de alta frequência incluem fonte de alimentação comutada, filtros de ruído, indutores de RF (radiofrequência), transformadores, etc.

Ainda oferecemos algumas orientações sobre como usar esses transformadores ou comprar o correto. Caso você esteja interessado, você pode entrar em contato conosco, e ficaremos felizes em ajudar.