Autor Tema: Diseño de inductancias y transformadores  (Leído 35840 veces)

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #90 en: 06 de Marzo de 2018, 12:40:49 »
No me cuadran las tensiones.
160v / 7 = 23v en el secundario.

En cuanto a los trafos en serie, si disminuyen la tensión, también aumentan la corriente y el tamaño del bobinado secundario es el mismo, no cambia.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #91 en: 06 de Marzo de 2018, 13:43:26 »
No me cuadran las tensiones.
160v / 7 = 23v en el secundario.

Tendre que estudiarlo.
Acabo de acordarme que en serie con la alimentacion del transformador lleva una bobina enorme con nucleo de ferrita, no entiendo lo que hace exactamente pero me da la impresion que es un almacen de energia. ¿Como afectaria eso al funcionamiento general?.

Citar
En cuanto a los trafos en serie, si disminuyen la tensión, también aumentan la corriente y el tamaño del bobinado secundario es el mismo, no cambia.

Miralo bien, es justo al contrario en todo. Tensiones se suman, corriente es la de uno para el conjunto y el numero de espiras del secundario es 1/n, en este caso 1/4.

Aqui puedes ver el principio, es un esquema que tengo por ahi, solo lleva tres transfo y los valores no coinciden, pero es para que entiendas el conexionado. http://www.yaitana.es/temp/Elevador.PDF
« Última modificación: 06 de Marzo de 2018, 13:52:08 por AcoranTf »

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #92 en: 06 de Marzo de 2018, 17:36:59 »
Yo creo que para no desviar demasiado, el proyecto debería ir en otro hilo. Aquí lo que podemos hacer es diseñar el trafo.

Yo prefiero un esquema que eleve tensión a 325v de continua y luego un ondulador que genere la onda senoidal con un puente en H.

Si te parece partimos de los siguientes valores para el trafo elevador:
Topología push-pull
Tensión primario = 48v
Tensión secundario = 110v
Potencia = 2000W


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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #93 en: 06 de Marzo de 2018, 17:56:48 »
Yo creo que para no desviar demasiado, el proyecto debería ir en otro hilo. Aquí lo que podemos hacer es diseñar el trafo.

Me parece bien

Citar
Yo prefiero un esquema que eleve tensión a 325v de continua y luego un ondulador que genere la onda senoidal con un puente en H.

El concepto es el correcto, pero el valor de 325 V es demasiado ajustado y no da margen para cualquier correccion al alza, por eso es mi idea de llevarlo hasta 384 V.

Citar
Si te parece partimos de los siguientes valores para el trafo elevador:
Topología push-pull
Tensión primario = 48v
Tensión secundario = 110v
Potencia = 2000W

Correcto, salvo por el voltaje del secundario, que habria que adaptar a que son 4 transformadores y al voltaje final, (325 V.o 384 V.)

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #94 en: 06 de Marzo de 2018, 23:51:54 »
Hola AcoranTf. La gran bobina de la que hablas forma parte del PFC o power factor correction o sea corrector del factor de potencia. Básicamente y para no alargar el off topic . Es una fuente boost  que eleva los 310 de la alterna rectificada y apenas filtrada a una tensión normalmente de 390Vcc .

Por lo que si ahora realizas los cálculos.  Verás que la salida del trafo que levantaste los datos. Pues anda muy próximo a los 28V que te comentaba.

Y aparte de que tales bobinas te serán de utilidad. Es muy probable que sean de polvo de hierro y no de ferrite.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #95 en: 07 de Marzo de 2018, 14:13:40 »
Repasando los datos que tengo de esos cargadores, acabo de descubrir que la he liado parda con los datos que puse por aqui.
Debido a que tengo varios tipos de cargadores, con distinta topologia y diseño y que hace algun tiempo que saque los datos, he "revuelto" conceptos y datos de los cargadores.
Ahora voy a echar tiempo en ordenarlo todo y completar los datos que pueda sacar de cada uno.
Abrire otro hilo donde pondre dichos datos ya ordenados y en este podremos seguir calculando los datos necesarios, pero solo con los datos invariables, o sea tamaño del nucleo, material, frecuencia de trabajo y voltajes deseados.
Disculpad la torpeza.

Saludos.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #96 en: 07 de Marzo de 2018, 15:08:37 »
Yo creo que deberías diseñar un transformador para baja corriente (con hilo fino) y comprobar que todo sale bien.
Una vez que el diseño funcione, puedes añadir hilo más grueso que soporte toda la carga.

AVISO
A continuación vamos a ver los diferentes puntos poco a poco. Estos pasos no son los que sigue alguien experto en trafos. No voy a poner fórmulas que relacionen el devanado de cobre con la parte magnética, porque mi intención es que se entienda el funcionamiento del transformador paso a paso, primero la parte magnética y luego la parte de cobre. Una vez que se conocen todos los aspectos uno a uno, se pueden agrupar todos en parámetros y fórmulas que los engloben.


PARÁMETROS
   Tensión primario = 48V
   Tensión secundario = 96V
   Relación de transformación 1:2
   Topología: Push-pull
   Corriente de pico primario = 45A
   Corriente de pico secundario = 22.5A


ENSAYO EN VACÍO
Lo primero que tenemos que comprobar es que el transformador aguanta la tensión que le vamos a poner.
Para eso primero diseñamos el primario, sin secundario. Es como si el transformador estuviese en vacío. De hecho hay un ensayo de los transformadores que consiste precisamente en poner tensión en el primario con el secundario abierto (sin carga).
Con el ensayo en vacío podemos conocer dos datos muy importantes:

    La corriente de magnetización
    Las pérdidas en el circuito magnético

La corriente de magnetización suele ser mucho más pequeña que la corriente de trabajo (del orden del 5% al 10%) y se debe a la inductancia del primario. Esa corriente es mayor cuanto mayor sea la tensión que apliquemos.
Si la tensión aplicada es demasiado alta, la corriente será demasiado grande, la bobina saturará el núcleo magnético y dejará de funcionar normalmente. La fórmula es:

Las pérdidas en el circuito magnético aumentan con la frecuencia y aumentan mucho con la corriente máxima. Si la corriente aumenta un 20% puede que el núcleo se caliente el doble o el triple.
Además el calor generado en la ferrita no depende de la corriente de trabajo, sino de la corriente de magnetización, que es relativamente baja.


De manera que lo primero que debemos hacer es construir el primario y ensayarlo para estar seguros de que el núcleo no se satura y que no se calienta excesivamente. Para eso, podemos llevarlo al límite y comprobar como se comporta.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #97 en: 07 de Marzo de 2018, 15:28:02 »
Me parece buena idea, ya en algun momento habia pensado hacer esa prueba con hilo fino.
Por otro lado tengo una duda, ¿para la prueba en vacio, vale ese hilo fino o debe ser con  la seccion que llevara definitivamente?.
Otra cosa es que el SG3525 se autoregula en base a realimentacion y como al probar en vacio no existe la realimentacion, tendre que "engañar" al circuito y ponerlo con un duty  proximo al 50 %, que seria la condicion mas desfavorable para el transformador. O se te ocurre otra forma mejor?.
Igual bobinando tambien el secundario y rectificando y filtrando, pero sin conectar ningun consumo iria mejor, ya que si podria tener la realimentacion.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #98 en: 07 de Marzo de 2018, 15:50:12 »
Diseño del primario:

En vez de poner más fórmulas, voy a utilizar las que ya tenemos más la ley de Ohm:

   Núcleo: E70/33/32 material N27
   Ae = 683 mm^2
   AL = 8000  nH/vuelta^2  (medido en ensayo)
   B_max  = 320 mili Tesla

   Inductancia:
   N = 2
   L = AL · N^2 = 32 uH

   Corriente máxima soportada por la bobina:
   I_max = Ae · B_max / (AL · N)  = 13.7 A


   Tensión máxima:
   f = 50Khz   (frecuencia de trabajo)

   Ip = V / (4 · L · f)    (Corriente de pico por el transformador en push-pull)

   Ip = 48 / (4 · 32uH · 50kHz)  = 7.5 A

Con este diseño no se alcanza la corriente máxima de magnetización la bobina (13.7A), por lo que el núcleo no se saturará.
Por otro lado, la corriente de magnetización (7.5 A de pico) es una pequeña parte de la corriente total (45 A)


Si montas un push-pull a 48voltios puedes probar ese primario a ver si no da problemas.
Hay que medir la corriente de pico por el primario y las pérdidas en el núcleo, midiendo su calentamiento.

Si quieres forzar al núcleo para ver hasta dónde llega, solo tienes que disminuir la frecuencia poco a poco hasta que el consumo crezca, la corriente de pico se dispare y el núcleo se caliente demasiado.

Un saludo.
« Última modificación: 07 de Marzo de 2018, 18:09:17 por Picuino, Razón: Corrijo una errata en la corriente máxima. »

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #99 en: 07 de Marzo de 2018, 15:56:22 »
Me parece buena idea, ya en algun momento habia pensado hacer esa prueba con hilo fino.
Por otro lado tengo una duda, ¿para la prueba en vacio, vale ese hilo fino o debe ser con  la seccion que llevara definitivamente?.

Para esta prueba necesitas hilo de 1mm2 de sección, pero si quieres puedes utilizar el hilo grueso que has desbobinado. Así no tendrás problemas.

Otra cosa es que el SG3525 se autoregula en base a realimentacion y como al probar en vacio no existe la realimentacion, tendre que "engañar" al circuito y ponerlo con un duty  proximo al 50 %, que seria la condicion mas desfavorable para el transformador. O se te ocurre otra forma mejor?.
Igual bobinando tambien el secundario y rectificando y filtrando, pero sin conectar ningun consumo iria mejor, ya que si podria tener la realimentacion.

Con que consigas un duty del 50% es suficiente. Si quieres puedes bobinar un pequeño secundario (una espira y un diodo) para hacer la realimentación.

Un saludo.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #100 en: 07 de Marzo de 2018, 16:23:22 »
Hola AcoranTf, nuevamente con tu proyecto. Los integrados que se usan para esa aplicación (TL494 o SG3525) de elevar de 48V a 384V, no se regulan en tensión porque la fuente se complica en su construcción y se eleva mucho su costo y volumen final, normalmente siempre trabajan al máximo o sea próximo a un duty del 50%. Y es por ese motivo que se eleva hasta los 380V, si se regularan no se necesitaría tanta tensión en su secundario.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #101 en: 07 de Marzo de 2018, 17:58:29 »
Carlos creo que te confundes, ambos C.I. tienen control por tension y lo utilizan. En el caso del TL494 y las fuentes de PC, podras observar que son monitorizadas varias o todas las tensiones de salida para controlar y estabilizar dichos voltajes.
En el caso de SG3525, tambien lo hace a traves del operacional integrado en los pines 1 y 2. Puedes verlo en el esquema del enlace. http://www.yaitana.es/temp/Modulo_SG3525A2.PDF
Y en cuanto al aumento del coste, se limita a un optoacoplador y unos pocos componentes pasivos.
Igualmente aunque se tenga el voltaje de AT estabilizado, el ondulador que es independiente, tambien regula el voltaje de alterna. Teniendo margen lo puede hacer optimamente.
Incluso suponiendo el caso que comento Picuino antes, de obtener 325 Vdc, podria funcionar si la realimentecion la hacemos desde la salida de alterna hacia el elevador, de forma que las correcciones "requeridas" por el ondulador, las haga en realidad el elevador. pero este sistema no me gusta y es mas critico.

Saludos.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #102 en: 07 de Marzo de 2018, 18:38:10 »
Otra forma de probar el núcleo es dar muchas más vueltas para comprobar, con una pequeña corriente, cuando se produce la saturación.

Si das 50 vueltas, el núcleo debería saturarse con apenas 0.5 Amperios.
Puedes hacer un montaje boost con un simple transistor y un Arduino:


Colocando una resistencia de 1 Ohmio entre el transistor y masa, podrás visualizar la corriente que circula por la bobina durante la conmutación.

En la salida puedes poner un condensador de 100uF y una resistencia de 2k2.
Si lo alimentas todo a 5 voltios y das pulsos de 2ms cada 200ms, podrás verlo en el osciloscopio.

El montaje consumirá como mucho 10mA, muy poco.

Al aumentar el tiempo de los pulsos hasta 3 ó 4 ms , verás que la corriente deja de ser una rampa y aumenta más de lo normal.
Ese es el punto en el que el núcleo se está saturando.

Con este experimento no el núcleo no se va a calentar (la frecuencia es demasiado baja) pero podrás medir la corriente de saturación.

Un saludo.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #103 en: 08 de Marzo de 2018, 13:08:38 »
Hola AcoranTf

Carlos creo que te confundes, ambos C.I. tienen control por tension y lo utilizan. En el caso del TL494 y las fuentes de PC, podras observar que son monitorizadas varias o todas las tensiones de salida para controlar y estabilizar dichos voltajes.
En el caso de SG3525, tambien lo hace a traves del operacional integrado en los pines 1 y 2. Puedes verlo en el esquema del enlace. http://www.yaitana.es/temp/Modulo_SG3525A2.PDF
Y en cuanto al aumento del coste, se limita a un optoacoplador y unos pocos componentes pasivos.
Igualmente aunque se tenga el voltaje de AT estabilizado, el ondulador que es independiente, tambien regula el voltaje de alterna. Teniendo margen lo puede hacer optimamente.
Incluso suponiendo el caso que comento Picuino antes, de obtener 325 Vdc, podria funcionar si la realimentecion la hacemos desde la salida de alterna hacia el elevador, de forma que las correcciones "requeridas" por el ondulador, las haga en realidad el elevador. pero este sistema no me gusta y es mas critico.

Saludos.

No, no me entendiste y no estoy confundido. De hecho soy usuario asiduo de por ejemplo el TL494 y se muy bien como funciona. La diferencia del SG3525 con el TL494 es que el SG3525 posee solo una entrada de comparación y el TL posee dos, una para corriente y otra para tensión.

Lo que yo quise decir, que en aplicaciones como la que deseas implementar (la primera etapa de tu proyecto), donde hay que elevar desde una tensión DC a otra DC superior, normalmente en estos sistemas el duty cycle es fijo y próximo al 50%.
La tensión DC de salida no se regula y por lo tanto es una proporcional de la tensión DC de entrada. Y no es tan simple como poner un opto y unas resistencias, deberás de usar una bobina de filtrado (de un tamaño muy importante), red snuber, diodos de secundario de mayores tensiones, condensadores de salida de mayores tamaños y de muy baja ESR, disipadores de mayor tamaño, etc. Y aparte tendrás rendimientos menores.
Con un elevador no regulado, todo lo mencionado anteriormente no se aplica o no es necesario aplicarlo. Y es por eso que todos los inversores usan tensiones de elevación próximas a los 380Vdc (para tener el margen de la NO regulación) caso contrario con solo 320Vdc regulados sería más que suficiente.

Supongamos un elevador de 12Vcc a 380 (similar al tuyo pero menor tensión de entrada para una explicación más sencilla), una batería de 12V cuando esta cargada y en orden de funcionamiento posee una tensión de trabajo de aproximadamente 13Vcc, entonces y por regla de 3 simple:

380/13=29.23 (relación de transformación)
320/29.23=10.94

Aproximadamente 10.94V = 11V que es donde una batería se considera 100% descargada

Estos números no son por casualidad. Se eleva a 380 porque no se usar una regulación de salida, si no, no tendría sentido elevar tan por encima de la tensión necesaria.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

La teoría es cuando se sabe todo y nada funciona. La práctica es cuando todo funciona y nadie sabe por qué.

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Re:Diseño de inductancias y transformadores
« Respuesta #104 en: 08 de Marzo de 2018, 13:24:14 »
De acuerdo, ya entendi tu primer parrafo, el de los CI. Ya se que el TL494 tiene dos comparadores y el SG3525 solo uno.
Pero sigo sin estar de acuerdo con el resto de tu explicacion, aparte que no coincide en nada con mi propia experiencia. Todos los inversores comerciales que he estudiado y son varios, llevan sistema de estabilizacion de la salida de alta tension mediante realimentacion. Igualmente y como ya dije antes, el paso de salida u ondulador en general tambien suele regular la salida en base a la carga conectada.
Aun asi voy a comprobar que lo que te digo es real, ya que tengo a mano un inversor que creo que funciona como te indico, pero no lleva optos. Le variare la tension de 12 Vdc. entre los limites habituales de una bateria a plena carga y descargada y vere como reacciona.
¿Podrias indicarme donde ver un sistema como el que describes, de regulacion tan compleja?.

Saludos.
« Última modificación: 08 de Marzo de 2018, 20:30:11 por AcoranTf »