12 pasos para diseñar transformadores de accionamiento de puertas

Seguir estos 12 pasos al diseñar transformadores de accionamiento de compuertas garantizará una larga vida útil de los componentes y un rendimiento óptimo.

Los siguientes parámetros son esenciales para el diseño de los GDT:

• Rango de tensión de entrada
• Nivel de potencia
• Proporción de vueltas
• Frecuencia de funcionamiento
• Ciclo de trabajo
• Rigidez dieléctrica
• Requisitos de seguridad
• Temperatura ambiente
• Requisitos de tamaño

Paso 1: Elección del núcleo y forma

La primera tarea es elegir el tamaño del núcleo. El diseñador puede hacer su elección preliminar del núcleo basándose en los requisitos de potencia de la aplicación y la frecuencia. La selección de un núcleo adecuado es importante para conseguir un rendimiento óptimo del transformador. Los núcleos de ferrita o de cinta (con alta permeabilidad y alto B_sat) son la mejor elección para aplicaciones de alta frecuencia que operan en rangos de KHz. Las formas más populares son los toroides, los pot y los núcleos RM, aunque también funcionan muchas otras formas. Normalmente se prefieren los núcleos sin diafragma, ya que la inserción de espacios de aire corresponde a la disminución de la permeabilidad equivalente del material y aumenta la inductancia de fuga.

Tamaño del núcleo

Hay muchas variables que intervienen en la estimación del tamaño adecuado del núcleo.

• Una forma de seleccionar el núcleo adecuado es consultar la guía de selección de núcleos del fabricante.
• El producto de la zona central (W_aA_c), obtenido multiplicando el área de la sección transversal del núcleo por el área de la ventana disponible para el bobinado, se utiliza ampliamente para una estimación inicial del tamaño del núcleo para una aplicación determinada.

K_f = Factor de forma; para onda cuadrada Kf = 4
K_u = Factor de utilización de la ventana
J = Densidad de corriente
B_max = Densidad de flujo operativa
F = Frecuencia de conmutación
P_o = Potencia de salida

Paso 2: Valor del producto tensión-tiempo (V-µSeg)

Determine el valor V-T en función del ciclo de trabajo máximo admisible y de la frecuencia.

T = Período de conmutación
F = Frecuencia de funcionamiento
V_PICO = Pico de tensión de accionamiento
D = Ciclo de trabajo

Paso 3: Establecer B_PICO & Valor ΔB

Debe preverse un margen adecuado entre la densidad de flujo de pico del peor caso y la densidad de flujo de saturación; normalmente es deseable un margen de 1:3.

Ejemplo: Densidad de flujo de saturación de un material de ferrita

B_sat = 0,30T @ 100°C, B_PICO seleccionado = 0,10T & = 0,20T

B_PICO = Densidad de flujo máxima en régimen continuo
ΔB = Densidad de flujo pico-pico en funcionamiento estacionario.

Paso 4: Giros primarios

Determinar el número mínimo de espiras primarias necesarias para soportar el peor caso (V-T) del producto tensión-tiempo.

V.T = producto tensión-tiempo en V-seg.
ΔB = Densidad de flujo de Pico a Pico en Tesla.

Paso 5: Giros secundarios

Elige las vueltas secundarias en función de la relación de vueltas.

La relación de vueltas suele ser 1:1/1:1,5/1:2 y < 30 vueltas por bobinado es mejor para mejorar el acoplamiento. Para minimizar la inductancia de fuga y la resistencia del devanado de CA, cada devanado debe ocupar una sola capa.

Paso 6: Inductancia primaria

Calcular la inductancia magnetizante necesaria.

Paso 7: Corriente de magnetización y corriente RMS

Calcular la corriente magnetizante necesaria

Paso 8: Tamaño del cable

Una vez determinadas todas las vueltas del devanado, hay que elegir adecuadamente el tamaño del hilo para minimizar la pérdida de conducción del devanado y la inductancia de fuga. La pérdida del devanado depende del valor eficaz de la corriente, de la longitud y de la sección transversal del hilo, así como de la estructura del transformador. Supongamos que la densidad de corriente suele ser de 3 ~ 6 A/mm².

Paso 9: Pérdida de núcleo

Es necesario determinar el nivel de densidad de flujo operativo para estimar la pérdida en el núcleo. Una vez conocidos la frecuencia y el nivel B, la pérdida en el núcleo puede estimarse a partir de las curvas de pérdida en el núcleo del material.

P_v = Vatios / mm³
V_e = Volumen efectivo del núcleo mm³

Paso 11: Pérdida de cobre

En un transformador, la pérdida de cobre es función de las resistencias de CA y CC.

Paso 12: Aumento de la temperatura

El aumento de temperatura es importante para la fiabilidad general del circuito, Estimación del aumento de temperatura.

Pérdida total en vatios y superficie en cm²