SMPS trafoları,trafonun doyumu ve hesaplamaları sorunu

[Teğmen]

Merhaba
Ben bir süredir forum üzerinde olsun değişik kaynaklar olsun SMPS tasarlamaya çalışıyorum.Bunun için
normal trafolar değil kare dalga için smps trafolarının olduğunu öğrendim.Birkaç döküman buldum.Ama hep elde sarmaya yönelik anlatımlar var.
Ben hesaplamaları yapıp bir profesyonel yere sardırmayı düşünüyorum.Parametreleri elde etmek için
hesapları anlatan birileri olursa çok sevinirim.Hazır programlardan bahsetmiyorum.Amaç mantığıyla kavrayabilmek.Bu başlık altında bu işi çözmek derdindeyim.


1.Sorum: Trafonun doyuma gitmesi ne demek ?

[felix_eray]

Bu konularla ilgili @Zoroaster hocamın bir başlığı vardı. " https://www.picproje.org/index.php/topic,66133.0.html "

Örneğin;

Lastik kelimeler/cümleler kullanmadan ne demek istediğimiz farklı  anlaşılmayacak şekilde konuya giriş yapalım. Fakat bu yazı bir solukta yazılıp bitecek bir yazı olmayacak.

Öte yandan ileride işin içine girecek kontrol teorisini bilmeseniz dahi yazı size pek çok konuda fikir verecek ve bobinlerden korkanlara yol gösterecektir.

Öcelikle mağnetizmaya bir giriş yapalım ve bobin nedir?  Amper x Sarım nedir? Relüktans nedir?  çok iyi anlayalım.

Bu büyüklükleri kolay olsun diye elektriksel büyüklüklere benzeterek anlatayım. Doğruluğundan emin olamayacağınız eklentiler yada lastik cümleler kurmamak kaydıyla araya giriş yapıp ekleme düzeltme yapabilirsiniz.

Bobin, bir nüve üzerine sarılmış dışı yalıtkan tellerden oluşur. Elektrik enerjisi ile mağnetik alan üreten nesneye bobin denir.

Bu yazıda nüve deyince N27, N41, N53  gibi malzemeler aklınıza gelsin. Şu anda bunlarla da pek işimiz olmayacak.

N27 yada benzeri bir başka nüve aşağıdaki siyah kırılgan malzemeye benzer. (Şekilden değil siyah nesnenin kendinden bahsediyoruz)

(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)

Nüve şekil olarak yukarıdaki gibi ya da aşağıdaki gibi ya da çok çok farklı bir geometride olabilir.

(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)

Geometrisine bağlı olarak EI, EE, EC, ETD vs gibi farklı isimler alır. Fakat bu isimlendirmelerle  şu anda bizim hiç bir işimiz yok.

Bunun üzerine tel sararsak da aşağıdaki gibi bir yapı olur. Yalnız tel doğrudan nüvenin üzerine sarılmaz. Nüveler keskin köşelere sahip olabilir ve tellerin izolasyonunu bozabilir üstelik nüvenin kendisi elektriksel olarak iletken olabilirler. Bu nedenle nüvenin dışına yalıtkan bir karkas konur ve teller bu karkasa sarılır.

(Resim gizlendi görmek için tıklayın.)  (Resim gizlendi görmek için tıklayın.)

Elektrik devrelerinde voltaj ne anlama geliyorsa mağnetik devrelerde NI aynı anlama gelir.

Nasıl voltaj için EMK elektromotor kuvvet diyorsak NI için de MMK mağneto motor kuvvet deriz. NI = I * N  yani amper x sarım demektir.

Örneğin 10 sarımlık bobinden 2 Amper akıtırsak 20 Amper sarım değerinde MMK magnetik kaynağımız var demektir.

Peki elektrik devresindeki akımın magnetizmadaki karşılığı nedir?

Elektrik devresindeki I amper, mağnetizmada [latex=inline]\Phi[/latex] Fi ile özdeştir. 

Elektrik devresindeki direncin R' nin mağnetizmadaki karşılığı ise Relüktansdır. Bunu da [latex=inline]\Re[/latex] ile gösterelim.

Bu durumda Bir nüveden akan mağnetik akı [latex=inline]\Phi=\frac{NI}{\Re}[/latex] dir.

Yani bobinin sarım sayısı x içinden geçen akım / Relüktans mağnetik akıyı verir.

Relüktans aynen elektrikteki dirençde olduğu gibi

Telin boyu ----> nüvenin uzunluğu
Telin kesiti ----> nüvenin kesiti
Telin özgül direnci ----> nüve malzemesinin (N27) mağnetik geçirgenliği (permeabilitesi) ile özdeşleşir.

Nüve kesiti artarsa, mağnetik geçirgenlik artarsa nüve boyu küçülürse nüvenin mağnetik akıya olan gösterdiği zorluk azalır.

Reküktans [latex=inline]\Re=\frac{L}{\mu_o*\mu_r*S}[/latex]

Burada L nüvenin boyu, S nüvenin kesiti, [latex=inline]\mu_r[/latex] mağnetik malzemenin relatif permeabilitesi, [latex=inline]\mu_o[/latex] boşluğun perpeabilitesi

Şu anakadar verdiğim bağıntılarla sanırım sorunumuz yoktur.

Magnetik  devreler gördüğünüz gibi aynen elektrik devresi gibi hesaplanır ve ohm kanununu aynen magnetik devrelere uygulayabiliriz.

Ancak nasıl dirençten fazla akım akıtıp ısınmasına ve direnç değerinin artmasına ve akım gerilim ilişkisinin doğrusallığının bozulmasına neden oluyorsak, nüvelerde belli NI değerlerinden sonra doyuma giderler. Üstelik  BH eğrileri hiç de direnç kadar lineer değildir.

Olsun. Bu, çok da dert değil.

Yeni bahsettiğimiz BH terimine girmeden önce  temel büyüklüklerin birimleri hakkında bilgimiz olmalıdır.

Aksi halde 1 ohm dirence 1volt uygularsak akan akım 1 amper mi 1 henrimi 1 bar mı kafamızda şekillenmez.

NI birimi amper sarımdır.  10 tur bobinden 1A akım akıtırsak MMK değerimiz 10Amp.Tur. demektir. Ancak N birimsizdir ve sarım sayısıdır. 10Amper tur, bir sarımdan ibaret telden 10A geçirdiğiniz anlamına da gelir.

Relüktans birimi 1/Henry yani [latex=inline]\frac{1}{Ohm  saniye}[/latex] dir.

Manyetik akı birimi ise [latex=inline]\Phi[/latex] ise Weber (volt saniye) dir.

[latex=inline]\Phi[/latex] aynı zamanda Amper x Henridir.

1 Maxwell [latex=inline]10^{-8} Weber[/latex]   Weber (Wb)

Akı yoğunluğu bir kesitten akan mağnetik akının  yoğunluğudur.

S kesitinden [latex=inline]\Phi[/latex] akısı akıyorsa Akı yoğunluğu [latex=inline]B=\frac{\Phi}{S}[/latex] dir.

Birimi [latex=inline]\frac{Weber}{m^2}[/latex] dir.

1 Gaus = [latex=inline]10^{-4} Tesla[/latex] ya da [latex=inline]\frac{Wb}{m^2}[/latex] dir.

[felix_eray]

Birde " powerelectronicsdesign.blogspot.com " adresinde de epey detaylı anlatılıyordu fakat siteye ulaşılamıyor, blog kaldırıldı diyor. Blog sahibi arkadaş bu forumun üyesiydi sanırım. Toplu ve derli bir kaynak olması açısından iyi oluyordu. Tanıyan bilen arkadaşlar varsa, yeniden yayınlamasını rica edebilir miyiz?

[Teğmen]

@felix_eray forumu inceledim bunları okudum ama herşey birbirine girdi çok dağınık bilgi var.Basitleşmiş bir anlatım olursa
süper olacak.

[polleme]

@felix_eray forumu inceledim bunları okudum ama herşey birbirine girdi çok dağınık bilgi var.Basitleşmiş bir anlatım olursa
süper olacak.

Bu konuda basit anlatım hiç bir yerde yok, mesele bu zaten. Zira konunun kendisi de nispeten karışık.

[Teğmen]

@polleme basit anlatımdan kastım matematiksel ağırlık karışıklık değil toplu bir döküman yok ve şekil üzerinden bir anlatım yok.
Mesela bana şu trafo lazım nasıl hesaplanır kaba taslak bilgiler var ya da ben öyle anladım.

[polleme]

Bu konudaki en açıklayıcı dökümanlardan biri şu:

https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-4137.pdf

Adım adım gidiyor, trafosuna kadar hesapları ve mantığı anlatıyor.

[Teğmen]

@polleme
Bu trafonun hesaplarını buldum
ama bana tam tersi lazım yani iki çıkış olan kısım primerde olacak .Bunu nasıl uyarlayabilirim

[JOKERAS]

Teğmen usta,
Maşallah her yere şeyettirmişsiniz:)


"Trafonun Doyuma gitmesi ne demek?"Diye sormuşsunuz.
Trafonun Doyuma gitmesi demek Trafo Kömürünün Manyetik Doygunluğa ulaşması.
Eğer bir Nüve Manyetik doygunluğana ulaşmışsa artık Bobine ne kadar Akım basarsanız basın sonuç değişmeyecektir.
İşte Trafoları-Bobinleri verimli kullanmanın püf noktası.


Bir tüp düşünün,bu tüpe belli bar değerinde basınçlı hava bastığınızı düşünün.
(Bu basınçlı hava,Bobin ile meydana gelen manyetik etkiye benzetilebilinir)
Tüpün Hava depolaması hacmiyle ve yapısıyla alakalı olarak alabileceği maksimum basınca ulaştıysa
artık bu Tüpe hava basmanın bir mantığı olurmu?




Bakın Teğmen usta, bu Konuları daha önce Zoroaster usta detaylanadırıp anlatmıştı.
Yukarıda bir arkadaş link vermiş,okuyun derim.