Transformador Electronica De Potencia

Objetivos

Diseñar e implementar un transformador de alta frecuencia para 30 W.

Descripción de la práctica

El transformador se debe diseñar para que funcione con 12 Vrms a la entrada y 12 Vrms a la salida, es decir con una relación de uno a uno. Debe manejar una potencia de 30 W para una frecuencia mayor o igual a 12 KHz.

También ser capaz de manejar señales seno, cuadrada y triangular.

Desarrollo de la Práctica

El diseño se comienza a hacer a partir de un núcleo de ferrita toroidal que se consiguió en el mercado y a partir de esto se especificaron las otras características de diseño.

El núcleo es del fabricante “magnetics” con referencia 0077110 A7. El fabricante nos proporciona la hoja de características del núcleo y también nos proporciona pautas para diseñar el transformador (ver anexo 1).

Primero escogemos el flujo con el que se va a trabajar y para ello el fabricante nos proporciona la gráfica 1 que muestra la densidad de flujo vs la frecuencia a trabajar

Figura 1, densidad de flujo vs frecuencia

A partir de esta gráfica determinamos la densidad de flujo con la que vamos a trabajar, para nuestro caso la aproximamos a 3000 gauss ya que la frecuencia mínima es de 12 KHz.

La ecuación de diseño que se va a utilizar es la siguiente:

N_p=(V_p*〖10〗^8)/(4*B*Ac*f)

Donde Np es el número de espiras en el primario, Vp es el voltaje pico que se va a manejar en el primario, B es la densidad de flujo que acabamos de calcular, Ac es el área transversal del nucleo y f es la frecuencia a la que se va a trabajar.

Sabemos que el voltaje en el primario es de 12 Vrms, para hallar Vp usamos el valor pico más alto que es el que se da con la señal cuadrada y es igual a 12 V.

El área de la sección transversal nos la proporciona el fabricante en la hoja de datos, y es :

A_c=1,44 〖cm〗^2

Para la frecuencia, escojemos la minima de trabajo que es de 12 KHz; Con esto ya tenemos todos los datos para calcular la cantidad de espiras del bobinado primario:

N_p=(12*〖10〗^8)/(4*3000*1,44*12KHz)=6,78 vueltas

Este valor lo aproximamos a 7 en la práctica.

Para el bobinado secundario, sabemos que se debe tener una relación de uno a uno por lo que el número de espiras debe ser el mismo

N_s=N_p=6,78≈7 vueltas

Para la selección del calibre del cable basados en la potencia que se va a trabajar, se utiliza la ecuacionde diseño llamada “producto de área por área de ventana” y es la siguiente:

Wa*Ac=(P_0*D_cma)/(K_t*B_max*f)

Donde Wa es el área de ventana del nucleo, Ac es el área transversal del nucleo, Po es la potencia que va a manejar el transformador, Dcma es la densidad de corriente, Kt es una constante de la topología y es igual a 0,4, Bmax es la densidad de flujo máximo, y f la frecuencia de operación.

En esta ecuación todos las variables son conocidas excepto Dcma, si la despejamos obtenomos que

D_cma=(Wa*Ac*K_t*B_max*f)/P_0

El valor del área de ventana nos lo proporciona el fabricante y es igual a 9,48 〖cm〗^2. Con estos datos obtenemos que Dcma es

D_cma=(9.48*1.44*0.4*3000*12KHz)/30W=6.55*〖10〗^6

Para hallar el área del cobre que se va a utilizar se utiliza la siguiente relación:

A_cu=I_rms/J

Simulaciones

En la práctica también se midió la corriente de magnetización que genera pérdidas de flujo en el núcleo. Esta se puede visualizar midiendo el voltaje en una resistencia en serie al primario del transformador. En la figura 2 podemos ver ña simulación del circuito que mide la corriente de magnetización con una señal de entrada sinusoidal. En la figura 2 podemos observar que la corriente de magnetización es cero, esto se debe a que se está simulando a un transformador ideal.

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