Перейти к содержанию

Индуктивность намагничивания

Трансформатор без нагрузки всё равно берёт из сети небольшой ток. Он не передаётся во вторичную обмотку, а только намагничивает сердечник. Индуктивность, которая его ограничивает, — индуктивность намагничивания, и в импульсных схемах о ней нельзя забывать.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Индуктивность намагничивания LM — индуктивность первичной обмотки трансформатора, измеренная без нагрузки. Через неё течёт ток намагничивания — тот, что создаёт поток в сердечнике. На схеме замещения LM включена параллельно обмотке; её энергия зависит от вольт-секунд на виток и не зависит от тока нагрузки (TI SLUP126, с. 4-1). TI в SLUP126 пишет её как «mutual inductance (magnetizing inductance)», но это не то же самое, что взаимная индуктивность M двух обмоток: LM — параметр схемы замещения со стороны одной обмотки.

В сетевом трансформаторе

Без нагрузки через первичную обмотку течёт небольшой ток намагничивания, отстающий от напряжения на 90°, как у любой индуктивности (Kuphaldt, гл. 9.1). Полный ток холостого хода чуть больше: к нему добавляется составляющая, покрывающая потери в сердечнике. Под нагрузкой ток намагничивания остаётся почти тем же, поэтому у хорошего трансформатора он мал по сравнению с током нагрузки. Если сердечник подходит к насыщению, ток намагничивания резко растёт и искажается — отсюда и бросок тока при включении (пусковой ток).

В импульсном преобразователе

В прямоходовой схеме при открытом ключе ток намагничивания растёт линейно со скоростью

dIMdt=VINLM\frac{dI_M}{dt} = \frac{V_{IN}}{L_M}

(Microchip AN1114). Чтобы сердечник не насытился, в паузе этот ток надо вернуть к нулю — обмоткой сброса, двухключевой схемой или ограничителем. Даже небольшая несимметрия вольт-секунд в мостовой схеме даёт постоянную составляющую тока намагничивания, и поток постепенно «уходит» к насыщению (SLUP126, раздел Flux Walking).

Индуктивность намагничивания тем больше, чем выше проницаемость сердечника и чем меньше в нём зазоров. TI предупреждает, что она часто непредсказуема: зависит даже от того, как плотно прилегают половины сердечника (SLUP126). Подробнее — в статье «Трансформаторы».

Не путать

С индуктивностью рассеяния: та включена последовательно с обмоткой и связана с током нагрузки, а индуктивность намагничивания — параллельно и связана с приложенным напряжением.

Частые вопросы

Почему трансформатор потребляет ток без нагрузки?

Первичная обмотка — это катушка на сердечнике с конечной индуктивностью, и через неё течёт ток намагничивания, отстающий от напряжения на 90° (Kuphaldt, гл. 9.1). К нему добавляется ток, покрывающий потери в сердечнике. Чем больше индуктивность намагничивания, тем меньше ток холостого хода.

Зачем прямоходовому преобразователю обмотка сброса?

Пока ключ открыт, ток намагничивания растёт со скоростью VIN/LM и запасает энергию в сердечнике. Если её не снять в паузе, с каждым периодом поток будет нарастать до насыщения. Обмотка сброса возвращает эту энергию в источник. Сбросу нужно время, поэтому при одинаковом числе витков первичной обмотки и обмотки сброса заполнение не превышает 50 %, а на практике — 45 % (Microchip AN1114).

Почему трансформатор с зазором хуже работает как прямоходовый?

Зазор снижает эффективную проницаемость, а с ней и индуктивность намагничивания: ток намагничивания растёт, его энергию надо гасить в снабберах и ограничителях. TI отмечает, что даже материалы с меньшей проницаемостью для высоких частот дают больший ток намагничивания (SLUP126).

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Volume II — AC, 6th edition, chapter 9.1 «Mutual inductance and basic operation» (CC BY) — без нагрузки через первичную обмотку течёт малый ток намагничивания, отстающий от напряжения на 90°; ток холостого хода чуть больше — к нему добавляются потери в сердечнике; при подходе к насыщению ток искажается
  2. Dixon L. H. Magnetics Design Handbook, Section 4: Power Transformer Design (Texas Instruments SLUP126) — с. 4-1: взаимная индуктивность (индуктивность намагничивания) — энергия в конечной проницаемости сердечника и в зазорах стыка; параллельна обмоткам, зависит от вольт-секунд на виток, не зависит от тока нагрузки; часто непредсказуема из-за стыка половин; разд. Flux Walking: несимметрия вольт-секунд даёт постоянную составляющую тока намагничивания
  3. Microchip. AN1114: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I), DS01114A (2007) — с. 7–9: в прямоходовом преобразователе ток намагничивания растёт линейно от нуля со скоростью VIN/LM; в паузе его забирает обмотка сброса NR через диод D3, иначе сердечник насытится; при равных витках первичной обмотки и обмотки сброса максимальное заполнение 50 %, на практике 45 %

Нашли ошибку?

Смотрите также