Transformador con núcleo de ferrita; Una guía definitiva sobre los conceptos básicos

La mayoría de los transformadores de energía eléctrica tienen devanados secundarios y primarios como características básicas. Otras veces, puede haber devanados terciarios. Como tal, debe haber un enlace de flujo efectivo entre los devanados para accionar el transformador. En consecuencia, hay una adición de una vía magnética de baja reluctancia de alta competencia para garantizar que el enlace de flujo funcione de manera excelente. El camino magnético es a lo que nos referimos como núcleo.

Ahora, los núcleos son de materiales variados, como ferritas, acero, silicio y muchos más. Este artículo se centrará únicamente en los núcleos de ferrita y explicará los diferentes tipos, beneficios y aplicaciones. Además, podemos brindarle otros conocimientos que pueden ser de importancia para usted.

1. ¿Qué es un transformador con núcleo de ferrita?

A menudo, los núcleos de ferrita magnética tienen una combinación de compuestos de manganeso, zinc, níquel y óxidos de hierro. Dado que los compuestos tienen baja coercitividad, caen bajo ferritas blandas. Los tipos de núcleo de ferrita comprenden coraza, toroidal, cilíndrico y de núcleo cerrado.

(inductores toroidales o cilíndricos en el núcleo magnético)

Los transformadores con núcleo de ferrita suelen tener una mayor demanda en comparación con los transformadores con núcleo de hierro. Los transformadores de ferrita tienen ventajas, incluida la resistencia a corrientes elevadas, bajas pérdidas por histéresis y no requieren laminación.

Por otro lado, los transformadores con núcleo de hierro requieren laminación para lograr un modo de bajas pérdidas de Foucault. Además, dado que no se pueden hacer laminaciones más delgadas, tienden a ser ineficaces para frecuencias más altas.

2. Tipos y beneficios de transformadores con núcleo de ferrita

Tipos

La siguiente lista comprende los principales tipos de transformadores con núcleo de ferrita.

Zinc manganeso (MnZn)

Además de que un MnZn tiene una permeabilidad más alta, también tiene un nivel de saturación más alto que una ferrita de níquel-zinc. Por lo tanto, son mejores en aplicaciones que tienen una frecuencia operativa inferior a 5 MHz. Además, la impedancia del núcleo es adecuada para inductores de hasta 70 MHz.

Níquel Zinc (NiZn)

En comparación con un MnZn, un NiZn tiene una resistividad más alta. Por eso, lo usará principalmente en aplicaciones que requieren un rango de frecuencia de 2 MHz a varios 100 MHz. Además, su impedancia puede servir para inductores que van más allá de los 70MHz. Sin embargo, un núcleo de ferrita de NiZn es sensible a la temperatura con una temperatura de Curie aún más baja de menos de 500 °C.

Polvo de arena

El polvo de arena es una bobina de choque de alta frecuencia que solo puede usar con una ferrita.

Laminación/ Amorfo y Nanocristalino

Principalmente, encontrará laminación/amorfa y nanocristalina en áreas como UPS, equipos de soldadura e inversores.

Además, es bueno tener en cuenta que los núcleos de ferrita vienen en diferentes formas de la siguiente manera:

núcleos ETD; Primero, tenemos los núcleos ETD con resistencia mínima de devanado en su poste central. La resistencia del devanado permite la optimización de las dimensiones para aumentar la eficiencia energética. Además, se adaptan eficientemente a inductores y transformadores de potencia.

núcleos EER; En segundo lugar, hay núcleos EER con una característica de poste de centro redondo. La mayoría de las veces, el poste de centro redondo permitirá una longitud de recorrido sinuoso más corta en comparación con un poste de centro cuadrado.

E, núcleo I; Su característica es un devanado de bobina. Y puedes montarlo con facilidad. Los usos principales de E, I son; transformadores inversores, banda ancha, potencia, convertidores, inductores de telecomunicaciones y diferenciales.

núcleos EFD; Tener una función de área de sección transversal. Por eso, las aplicaciones con varios transformadores e inductores y transformadores compactos pueden beneficiarse de ellos.

(inductores de perlas de ferrita).

Beneficios

Algunos de los beneficios de un transformador con núcleo de ferrita que se ofrece para la mayoría de las aplicaciones eléctricas incluyen:

1. Primero, es altamente permeable a un imán. Por eso, el transformador es a menudo aplicable en transformadores de alta frecuencia.
2. Entonces, su conductividad eléctrica es baja . Esto asegura que el núcleo de ferrita no pierda corrientes de Foucault.
3. Además, la intensidad del campo eléctrico es mayor . Esto permite un cambio de dirección magnética con ligeras pérdidas por histéresis. Además, es bueno tener en cuenta que los núcleos de ferrita dura tienen una coercitividad menor que los núcleos de ferrita blanda.

(histéresis en un campo magnético).

Otros beneficios de los transformadores con núcleo de ferrita en la industria eléctrica incluyen;

• Un factor de histéresis bajo,
• Altos valores Q,
• Distorsión de señal baja y
• Baja sensibilidad de CC.

3. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los transformadores con núcleo de ferrita?

Un transformador con núcleo de ferrita se encuentra en una amplia gama de aplicaciones que consisten en lo siguiente;

• Convertidores DC-DC; Aquí, disminuyen o aumentan el voltaje de corriente continua.
• Cargadores móviles; Evidentemente, cada cargador de teléfono tiene un amperaje y voltaje particular. Por lo tanto, los transformadores con núcleo de ferrita ayudan a subir y bajar el voltaje según lo establece el requisito.
• Circuitos electrónicos de potencia; Todos los circuitos electrónicos de potencia con altas frecuencias integran un transformador con núcleo de ferrita. Por ejemplo, hay inversores de onda sinusoidal pura e inversores de fuente de alimentación conmutada.
• Electrodomésticos; Un par de electrodomésticos que usan el transformador de ferrita incluyen refrigeradores, aire acondicionado, lavadoras y televisores. Además, el transformador ayuda en la supresión del nivel de ruido en la filtración EMI mientras funcionan.

(reducción de ruido utilizando componentes de ferrita).

• Inversores CC sin escobillas; Los transformadores de ferrita convierten CA a CC o CA a CA en circuitos inversores de CC sin escobillas.
• Paneles solares; Además, en los paneles solares y las baterías, los transformadores aumentan el bajo voltaje de CC.
• Vehículos eléctricos; Los motores y cargadores de vehículos eléctricos utilizan un transformador con núcleo de ferrita.
• Iluminación; Por último, los transformadores de ferrita actúan como transformadores conductores y proporcionan el voltaje requerido en los segmentos de LED.

4. Cómo calcular transformadores con núcleo de ferrita

En primer lugar, tenga todos los parámetros requeridos en su lugar. Nuestro diseño aquí es una topología push-pull de derivación central.

Calcular giros primarios

3 es el turno principal.

• Calcular vueltas secundarias; El valor secundario pico es constante a 310V. Ayuda a mantener un voltaje de operación de 13 V a 10,5 V (el más bajo). 20 V adicionales a los 310 V dan como resultado 330 V, que es lo suficientemente bueno para un voltaje pico de salida máximo.
• Determinar el voltaje secundario máximo para el control de retroalimentación PWM; PMW es el 98% del ciclo de trabajo total. Entonces, cuando la batería está a 10,5 V, 310 V en el secundario, usamos el cálculo; 98 % × 10,5 V =10,29 V. El voltaje secundario máximo final es de 330 V, mientras que el voltaje primario es de 10,29 V
• Encuentre la relación de giro primaria secundaria; La proporción es 330:10,29 =32,1
• El cálculo de un número secundario de vueltas se obtiene multiplicando las vueltas primarias (3) y la relación de valores nominales de voltaje (32,1). Ahora, 32,1 × 3 =96,3 redondeado a 96.
• Calcular el número auxiliar de vueltas

Necesitará el devanado auxiliar para la implementación externa. La fórmula es la siguiente;

5. Cómo diseñar transformadores de ferrita de varias topologías

Diferentes aplicaciones y tipos de núcleos tienen diferentes nombres y topologías según el diseño del circuito. Algunas de las topologías incluyen flyback, push-pull, medio puente y tipo shell. No obstante, al diseñar cualquier transformador de ferrita con cualquier forma de topología, tenga en cuenta la forma, el costo unitario, la temperatura óptima, el tamaño y la frecuencia. Los puntos mencionados deben sostener el transformador al minimizar las pérdidas en el núcleo, proporcionar aislamiento eléctrico y evitar la saturación del núcleo.

La frecuencia de operación y el tamaño de los transformadores de ferrita dependen de dos aplicaciones principales; potencia y señal.

(núcleos metálicos ferromagnéticos).

Aplicaciones de señales; el transformador de ferrita aquí tiene un rango de alta frecuencia en una escala de megahercios y es de tamaño pequeño.

Aplicaciones de energía; al contrario de las aplicaciones de señal, los transformadores aquí son grandes y de bajas frecuencias (rango:1kHz a 200kHz)

Pasos

• Antes de comenzar el proceso de diseño de su transformador, asegúrese de que sus requisitos coincidan con la aplicación deseada. Los requisitos del proyecto pueden incluir el nivel de corriente, el voltaje de salida, las frecuencias de operación y el voltaje de entrada.
• En segundo lugar, compruebe otros parámetros, como la temperatura de funcionamiento, el estilo de montaje, el aislamiento, el espaciado, las corrientes de fuga y el tamaño.
• Luego, continúe con la selección principal. Necesitará bobinas para adaptarse al núcleo de su elección, y también ayudan a montar su producto una vez que lo termine.
• En cuarto lugar, utilizando las fórmulas del subtítulo "cómo calcular los transformadores con núcleo de ferrita", calcule las pérdidas de potencia y el número de vueltas. Además, puede calcular otros parámetros necesarios.
• A continuación, debe determinar el tamaño del padre y la corriente del devanado primario.

La fórmula es:corriente primaria =potencia de salida total + pérdidas de potencia del transformador divididas por la tensión primaria.

• Después, determine el número de vueltas que necesita el devanado secundario. Aquí, verificará los cables de su dibujo mecánico. Luego, asegúrese de que encajen en el área de bobinado en la longitud media de las vueltas, la altura y la bobina. Además, agregue algo de aislamiento entre los devanados, pero también considere la altura total del devanado.
• Además, mida el voltaje cargado y abra el circuito transversalmente al devanado secundario para verificar su diseño. Nuevamente, use las fórmulas del subtítulo cuatro para calcular la resistencia de cada devanado. Además, calcule la caída de voltaje transversal en el mismo devanado. Caída de voltaje =corriente × resistencia.
• Finalmente, termine calculando la temperatura requerida. El aumento de temperatura en los transformadores de ferrita resulta de las pérdidas de potencia de los devanados y de las pérdidas de potencia del núcleo. Dependiendo de su aplicación, el cálculo debe determinar una temperatura aceptable.

6. ¿Cuál es la diferencia entre un transformador con núcleo de ferrita y un transformador simple?

La siguiente tabla resume las diferencias entre un transformador simple y un transformador con núcleo de ferrita.

(transformador de bobina de cobre).

Conclusión

Con todo, los transformadores con núcleo de ferrita son la mejor opción cuando se consideran aplicaciones de alta frecuencia, ya que tienen un rendimiento eficiente. Los transformadores tienen alta permeabilidad magnética, alta coercitividad y conducen poca energía eléctrica. Las aplicaciones de alta frecuencia incluyen fuente de alimentación conmutada, filtros de ruido, inductores de RF (radiofrecuencia), transformadores, etc.

Todavía ofrecemos alguna orientación sobre cómo usar estos transformadores o comprar el correcto. En caso de que esté interesado, puede comunicarse con nosotros y estaremos encantados de ayudarlo.