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

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