विद्युत आपूर्ति अनुप्रयोगों के लिए ट्रांसफार्मर टर्न अनुपात की गणना कैसे करें

ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात एक मूलभूत पैरामीटर है जिसका उपयोग प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच वोल्टेज संबंध निर्धारित करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, बिजली आपूर्ति अनुप्रयोगों के लिए, सही घुमाव अनुपात की गणना के लिए इनपुट वोल्टेज को आउटपुट वोल्टेज से विभाजित करने से कहीं अधिक की आवश्यकता होती है।

एक पारंपरिक ट्रांसफार्मर में, वोल्टेज अनुपात सीधे घुमावदार घुमाव अनुपात से संबंधित होता है। एक स्विचिंग बिजली आपूर्ति में, अंतिम ट्रांसफार्मर डिजाइन कनवर्टर टोपोलॉजी, स्विचिंग आवृत्ति, कर्तव्य चक्र, तरंग, सुधार विधि, चुंबकीय कोर और ऑपरेटिंग वोल्टेज रेंज पर भी निर्भर करता है।

उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर या स्विचिंग बिजली आपूर्ति ट्रांसफार्मर के साथ काम करने वाले इंजीनियरों और ओईएम खरीदारों के लिए, इन संबंधों को समझने से ट्रांसफार्मर चयन और कस्टम विकास अधिक कुशल हो सकता है।

1. ट्रांसफार्मर टर्न अनुपात क्या है?

ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात प्राथमिक वाइंडिंग पर घुमावों की संख्या और द्वितीयक वाइंडिंग पर घुमावों की संख्या के बीच संबंध का वर्णन करता है।

एक आदर्श ट्रांसफार्मर के लिए:

वीपी / वीएस=एनपी / एनएस

कहाँ:

वी.पी.=प्राथमिक वोल्टेज

बनाम=द्वितीयक वोल्टेज

एनपी=प्राथमिक मोड़

एनएस=द्वितीयक मोड़

उदाहरण के लिए, यदि प्राथमिक वोल्टेज 400 V है और आवश्यक माध्यमिक वोल्टेज 40 V है:

400 / 40 = 10

इसलिए मूल प्राथमिक {{0} से - द्वितीयक घुमाव अनुपात है:

एनपी : एनएस=10 : 1

यह गणना बुनियादी वोल्टेज संबंध प्रदान करती है। यह, अपने आप में, व्यावहारिक बिजली आपूर्ति ट्रांसफार्मर के अंतिम वाइंडिंग डिज़ाइन को निर्धारित नहीं करता है।

2. बेसिक टर्न अनुपात की गणना कैसे करें

सबसे सरल गणना प्राथमिक और द्वितीयक वोल्टेज पर आधारित है।

टर्न अनुपात=प्राथमिक वोल्टेज/माध्यमिक वोल्टेज

उदाहरण के लिए, एक ट्रांसफार्मर पर विचार करें:

प्राथमिक वोल्टेज: 240 वी

माध्यमिक वोल्टेज: 24 वी

मूल घुमाव अनुपात है:

240 / 24 = 10

इसलिए:

एनपी : एनएस=10 : 1

यदि प्राथमिक वाइंडिंग में 200 मोड़ हैं, तो सैद्धांतिक माध्यमिक वाइंडिंग में शामिल होंगे:

200 / 10=20 मोड़

यह एक आदर्श ट्रांसफार्मर गणना के रूप में उपयुक्त है।

एक वास्तविक ट्रांसफार्मर के लिए, निर्माता को नुकसान, परिचालन की स्थिति, चुंबकीय प्रवाह, घुमावदार वर्तमान और विशिष्ट बिजली आपूर्ति सर्किट का मूल्यांकन करना चाहिए।

3. स्विचिंग बिजली आपूर्ति में प्राथमिक - से - माध्यमिक टर्न अनुपात

एक स्विचिंग बिजली आपूर्ति ट्रांसफार्मर एक पारंपरिक मुख्य आवृत्ति ट्रांसफार्मर से अलग तरीके से संचालित होता है।

ट्रांसफार्मर आम तौर पर सेमीकंडक्टर स्विचिंग सर्किट द्वारा उत्पन्न स्विच्ड तरंग द्वारा संचालित होता है। इसलिए प्राथमिक वाइंडिंग पर लागू वोल्टेज बिजली आपूर्ति टोपोलॉजी और स्विचिंग स्थितियों पर निर्भर करता है।

सामान्य टोपोलॉजी में शामिल हैं:

वापिस जाना

आगे

धक्का दें-खींचें

आधा-पुल

पूर्ण-पुल

क्योंकि ये टोपोलॉजी ऊर्जा को अलग-अलग तरीके से स्थानांतरित करती हैं, इनपुट वोल्टेज, आउटपुट वोल्टेज, कर्तव्य चक्र और ट्रांसफार्मर टर्न अनुपात के बीच संबंध भी भिन्न होता है।

यही कारण है कि निम्नलिखित गणना:

इनपुट वोल्टेज/आउटपुट वोल्टेज

प्रत्येक स्विचिंग बिजली आपूर्ति के लिए अंतिम डिज़ाइन समीकरण के बजाय प्रारंभिक बिंदु के रूप में माना जाना चाहिए।

4. ड्यूटी चक्र टर्न अनुपात को क्यों प्रभावित करता है

कई पीडब्लूएम बिजली आपूर्ति में, आउटपुट वोल्टेज को स्विचिंग ड्यूटी चक्र के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है।

कर्तव्य चक्र प्रत्येक स्विचिंग अवधि के प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करता है जिसके दौरान स्विचिंग सर्किट ट्रांसफार्मर पर ऊर्जा लागू करता है।

सरलीकृत कनवर्टर संबंध के लिए, आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज, कर्तव्य चक्र और टर्न अनुपात से संबंधित हो सकता है।

एक प्रतिनिधि संबंध को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

वाउट ≈ विन × डी × (एनएस / एनपी)

कहाँ:

वाउट=आउटपुट वोल्टेज

विन=प्रासंगिक स्विचिंग-स्टेज इनपुट वोल्टेज

डी=कर्तव्य चक्र

एनएस/एनपी=माध्यमिक-से-प्राथमिक घुमाव अनुपात

वास्तविक समीकरण कनवर्टर टोपोलॉजी और सर्किट कॉन्फ़िगरेशन पर निर्भर करता है।

इस कारण से, एक ट्रांसफार्मर निर्माता को अंतिम मोड़ अनुपात निर्धारित करने से पहले बिजली आपूर्ति टोपोलॉजी को जानना आवश्यक है।

5. इनपुट वोल्टेज रेंज पर विचार किया जाना चाहिए

केवल नाममात्र इनपुट वोल्टेज का उपयोग करने से अनुपयुक्त ट्रांसफार्मर डिज़ाइन हो सकता है।

उदाहरण के लिए, एक स्विचिंग बिजली आपूर्ति निम्न से संचालित हो सकती है:

300-400 वी डीसी

एक निश्चित वोल्टेज के बजाय।

आवश्यक आउटपुट वोल्टेज को बनाए रखते हुए और अत्यधिक चुंबकीय प्रवाह से बचते हुए ट्रांसफार्मर को इस रेंज में सही ढंग से काम करना चाहिए।

एक कस्टम ट्रांसफार्मर विकसित करते समय, प्रदान करें:

न्यूनतम इनपुट वोल्टेज

नाममात्र इनपुट वोल्टेज

अधिकतम इनपुट वोल्टेज

अधिकतम कर्तव्य चक्र

आवृत्ति बदलना

आवश्यक आउटपुट वोल्टेज

आउटपुट करेंट

टर्न अनुपात का मूल्यांकन एक नाममात्र मूल्य के बजाय संपूर्ण ऑपरेटिंग रेंज के विरुद्ध किया जाना चाहिए।

6. आउटपुट वोल्टेज हमेशा ट्रांसफार्मर के सेकेंडरी वोल्टेज के बराबर नहीं होता है

ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात की गणना में यह सबसे आम गलतियों में से एक है।

मान लीजिए कि बिजली आपूर्ति के लिए विनियमित 12 वी डीसी आउटपुट की आवश्यकता है।

इसका मतलब यह नहीं है कि ट्रांसफॉर्मर सेकेंडरी वाइंडिंग को केवल 12 वी के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

ट्रांसफार्मर और अंतिम डीसी आउटपुट के बीच, सर्किट में निम्न शामिल हो सकते हैं:

रेक्टिफायर डायोड

तुल्यकालिक सुधार

आउटपुट प्रेरक

संधारित्र

वोल्टेज विनियमन सर्किट्री

पीसीबी कंडक्टर

ये घटक लोड पर वितरित वास्तविक वोल्टेज को प्रभावित करते हैं।

इसलिए ट्रांसफार्मर द्वितीयक वोल्टेज को संपूर्ण बिजली आपूर्ति सर्किट के अनुसार निर्धारित करने की आवश्यकता है।

एक कस्टम उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के लिए, निर्माता को केवल अंतिम डीसी आउटपुट वोल्टेज के बजाय वास्तविक माध्यमिक साइड आवश्यकताओं को प्राप्त करना चाहिए।

7. वोल्टेज की बूंदें व्यावहारिक मोड़ अनुपात को प्रभावित करती हैं

एक आदर्श ट्रांसफार्मर में कोई विद्युत हानि नहीं होती है। एक वास्तविक ट्रांसफार्मर करता है.

वोल्टेज में गिरावट का परिणाम हो सकता है:

प्राथमिक वाइंडिंग प्रतिरोध

द्वितीयक वाइंडिंग प्रतिरोध

रेक्टिफायर वोल्टेज ड्रॉप

रिसाव प्रेरण

स्विचिंग-डिवाइस हानि

पीसीबी प्रतिरोध

अन्य कनवर्टर हानियाँ

उदाहरण के लिए, यदि अंतिम आउटपुट लोड के तहत 24 V पर रहना चाहिए, तो ट्रांसफार्मर को एक द्वितीयक वोल्टेज प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती है जो सर्किट के बाकी हिस्सों में वोल्टेज के नुकसान की भरपाई करता है।

मुआवजे की राशि बिजली आपूर्ति डिजाइन और लोड स्थितियों पर निर्भर करती है।

इसलिए, संपूर्ण विद्युत पथ पर विचार करने के बाद वास्तविक घुमाव अनुपात स्थापित किया जाना चाहिए।

8. टर्न अनुपात और चुंबकीय कोर डिज़ाइन

घुमावों का अनुपात वाइंडिंग्स के बीच वोल्टेज संबंध को निर्धारित करता है, लेकिन घुमावों की पूर्ण संख्या चुंबकीय कोर के साथ भी संगत होनी चाहिए।

उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के लिए, प्राथमिक मोड़ इससे प्रभावित होते हैं:

एप्लाइड वोल्टेज

आवृत्ति बदलना

अधिकतम कर्तव्य चक्र

कोर क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र

मूल सामग्री

अधिकतम प्रवाह घनत्व

स्विचिंग तरंग

बहुत कम प्राथमिक घुमावों के परिणामस्वरूप अत्यधिक चुंबकीय प्रवाह हो सकता है और संभावित रूप से कोर को संतृप्ति की ओर ले जाया जा सकता है।

बहुत अधिक घुमावों से वाइंडिंग की लंबाई, तांबे की हानि, रिसाव अधिष्ठापन और ट्रांसफार्मर का आकार बढ़ सकता है।

इसलिए, ट्रांसफार्मर डिज़ाइन के लिए दोनों की आवश्यकता होती है:

सही घुमाव अनुपात

और

घुमावों की सही निरपेक्ष संख्या.

ये संबंधित हैं, लेकिन ये समान डिज़ाइन पैरामीटर नहीं हैं।

9. टर्न अनुपात वर्तमान संबंध को भी निर्धारित करता है

ट्रांसफार्मर का घुमाव अनुपात करंट के साथ-साथ वोल्टेज से भी संबंधित है।

एक आदर्श ट्रांसफार्मर के लिए:

आईपी/है=एनएस/एनपी

कहाँ:

आईपी ​​= प्राथमिक धारा

= द्वितीयक धारा है

एनपी=प्राथमिक मोड़

एनएस=द्वितीयक मोड़

इसका मतलब यह है कि जब वोल्टेज कम हो जाता है, तो द्वितीयक पक्ष आम तौर पर समान हस्तांतरित शक्ति के लिए उच्च धारा वहन करता है।

इसका ट्रांसफार्मर वाइंडिंग डिज़ाइन पर सीधा प्रभाव पड़ता है।

निर्माता को वास्तविक धारा के अनुसार उपयुक्त कंडक्टर आयाम और घुमावदार व्यवस्था का चयन करना होगा।

उच्च -वर्तमान माध्यमिक वाइंडिंग्स के लिए, डिज़ाइन की आवश्यकता हो सकती है:

बड़े कंडक्टर

एकाधिक समानांतर तार

उपयुक्त घुमावदार परतें

विशेष घुमावदार व्यवस्था

इसलिए, टर्न अनुपात को हमेशा बिजली और वर्तमान आवश्यकताओं के साथ विचार किया जाना चाहिए।

10. उदाहरण: बिजली आपूर्ति के लिए टर्न अनुपात की गणना

एक सरलीकृत स्विचिंग बिजली आपूर्ति पर विचार करें:

डीसी इनपुट: 320 वी

आवश्यक आउटपुट: 24 वी

स्विचिंग टोपोलॉजी: आधा - ब्रिज

अनुमानित कर्तव्य चक्र: 50%

एक साधारण वोल्टेज तुलना देती है:

320 / 24 = 13.33

हालाँकि, आधे ब्रिज ऑपरेशन पर विचार किए बिना तुरंत 13.33:1 ट्रांसफार्मर अनुपात निर्दिष्ट करना गलत होगा।

वास्तव में ट्रांसफार्मर प्राथमिक पर लागू वोल्टेज, कर्तव्य चक्र, सुधार विधि, वोल्टेज हानि और विनियमन सीमा सभी अंतिम डिजाइन को प्रभावित करते हैं।

इसलिए ट्रांसफार्मर निर्माता यह निर्धारित करने के लिए संपूर्ण बिजली आपूर्ति विनिर्देश का उपयोग करेगा:

उपयुक्त कोर

प्राथमिक मोड़

द्वितीयक मोड़

अनुपात बदल जाता है

तार का आकार

घुमावदार व्यवस्था

इन्सुलेशन संरचना

तापमान में बढ़ोतरी की उम्मीद

यही कारण है कि कस्टम ट्रांसफार्मर का विकास वास्तविक कनवर्टर डिज़ाइन के साथ मिलकर किया जाना चाहिए।

11. सामान्य ट्रांसफार्मर टर्न अनुपात गणना गलतियाँ

गलती 1: इनपुट वोल्टेज ÷ आउटपुट वोल्टेज को अंतिम अनुपात के रूप में उपयोग करना

यह एक आदर्श शुरुआती बिंदु के रूप में काम करता है लेकिन कई स्विचिंग बिजली आपूर्ति अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त नहीं है।

गलती 2: कन्वर्टर टोपोलॉजी को अनदेखा करना

फ्लाईबैक, फ़ॉर्वर्ड, आधा {{0} ब्रिज, और पूर्ण {{1} ब्रिज कन्वर्टर्स में अलग-अलग वोल्टेज और ऊर्जा ट्रांसफर संबंध होते हैं।

गलती 3: ड्यूटी चक्र को नजरअंदाज करना

पीडब्लूएम नियंत्रण ट्रांसफार्मर के माध्यम से वितरित प्रभावी वोल्टेज और ऊर्जा को बदलता है।

गलती 4: सेकेंडरी वोल्टेज के साथ डीसी आउटपुट को भ्रमित करना

सुधार और अन्य सर्किट हानियों के कारण अंतिम विनियमित डीसी वोल्टेज आवश्यक ट्रांसफार्मर माध्यमिक वोल्टेज से भिन्न हो सकता है।

गलती 5: कोर फ्लक्स की जांच किए बिना टर्न अनुपात का चयन करना

यदि प्राथमिक घुमावों की पूर्ण संख्या बहुत कम है तो एक सही वोल्टेज अनुपात के परिणामस्वरूप अत्यधिक फ्लक्स घनत्व हो सकता है।

गलती 6: वाइंडिंग करंट को नजरअंदाज करना

वाइंडिंग कंडक्टर को बिजली आपूर्ति द्वारा उत्पन्न वास्तविक आरएमएस और चरम धाराओं को संभालने में सक्षम होना चाहिए।

12. कस्टम ट्रांसफार्मर निर्माता को आपको क्या जानकारी देनी चाहिए?

बिजली आपूर्ति के लिए कस्टम ट्रांसफार्मर का अनुरोध करते समय, पूरी तकनीकी जानकारी प्रदान करने से निर्माता को डिज़ाइन का सही मूल्यांकन करने में मदद मिलती है।

ओईएम परियोजनाओं के लिए, ये पैरामीटर उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर निर्माता को अपूर्ण वोल्टेज विनिर्देशों पर भरोसा करने के बजाय चुंबकीय और घुमावदार डिजाइन का मूल्यांकन करने के लिए पर्याप्त जानकारी देते हैं।

13. आपको ट्रांसफार्मर निर्माता के साथ कब काम करना चाहिए?

एक मानक ट्रांसफार्मर तब उपयुक्त हो सकता है जब वोल्टेज, बिजली, आवृत्ति, आयाम और माउंटिंग आवश्यकताएं पहले से ही मौजूदा डिजाइन से मेल खाती हों।

हालाँकि, ओईएम उपकरणों के लिए, ट्रांसफार्मर को वास्तविक बिजली आपूर्ति के आसपास अनुकूलित करने की आवश्यकता हो सकती है।

एक कस्टम ट्रांसफार्मर निर्माता मूल्यांकन कर सकता है:

चुंबकीय कोर चयन

प्राथमिक और द्वितीयक मोड़

घुमावदार संरचना

तार चयन

इन्सुलेशन

रिसाव प्रेरण

तापमान वृद्धि

यांत्रिक आयाम

उत्पादन व्यवहार्यता

यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जब ट्रांसफार्मर को एक विशिष्ट पीसीबी में फिट होना चाहिए या एक परिभाषित दक्षता और तापमान सीमा के भीतर काम करना चाहिए।

निष्कर्ष

ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात की गणना प्राथमिक और द्वितीयक वोल्टेज के बीच संबंध से शुरू होती है:

वीपी / वीएस=एनपी / एनएस

लेकिन यह आदर्श संबंध एक व्यावहारिक बिजली आपूर्ति ट्रांसफार्मर के लिए केवल शुरुआती बिंदु है।

स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए, अंतिम डिज़ाइन में कनवर्टर टोपोलॉजी, कर्तव्य चक्र, इनपुट वोल्टेज रेंज, सुधार, वोल्टेज हानि, स्विचिंग आवृत्ति, चुंबकीय कोर, फ्लक्स घनत्व, घुमावदार वर्तमान और थर्मल स्थितियों पर भी विचार करना चाहिए।

उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के लिए, सही घुमाव अनुपात और घुमावों की पूर्ण संख्या को एक साथ विकसित किया जाना चाहिए। एक उपयुक्त डिज़ाइन को चुंबकीय प्रवाह, घुमावदार नुकसान, तापमान वृद्धि और अनुप्रयोग आवश्यकताओं के भीतर समग्र आयामों को ध्यान में रखते हुए आवश्यक वोल्टेज परिवर्तन प्रदान करना चाहिए।

ओईएम और कस्टम बिजली आपूर्ति परियोजनाओं के लिए, ट्रांसफार्मर निर्माता को पूर्ण विद्युत और यांत्रिक विशिष्टताओं की आपूर्ति करना उचित प्राथमिक और माध्यमिक वाइंडिंग डिजाइन निर्धारित करने का सबसे विश्वसनीय तरीका है।

चाबी छीनना

ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात की गणना करते समय, हमेशा विचार करें:

• प्राथमिक और द्वितीयक वोल्टेज
• इनपुट वोल्टेज रेंज
• कनवर्टर टोपोलॉजी
• साइकिल शुल्क
• आवृत्ति बदलना
• सुधार विधि
• वोल्टेज गिरना और सर्किट हानि
• चुंबकीय कोर और फ्लक्स घनत्व
• प्राथमिक और द्वितीयक धारा
• इन्सुलेशन और थर्मल आवश्यकताएँ

घुमाव अनुपात बुनियादी वोल्टेज संबंध स्थापित करता है, लेकिन संपूर्ण ट्रांसफार्मर डिज़ाइन यह निर्धारित करता है कि घटक वास्तव में बिजली आपूर्ति में विश्वसनीय रूप से प्रदर्शन करेगा या नहीं।