Formules d'un transformateur louches...

[AmigaOS]

Bonjour

Je voulais fabriquer un transformateur pour une alimentation à découplage.
Mais je trouve que certaines formules pour le calculer ne marchent pas dans tout les cas.

Mon noyau de ferrite a un AL=5400nH/n. (avec n= nb. de spires)
Le primaire fait 10 spires et le secondaire en fait 300.
Tension à l'entrée = 240V redressé filtré lissé réguler et pulser à une fréquence F.
Si je considère que le transfo est parfait :
Tension à la sortie = (240*(300/10)) = 7200V à fréquence F.
Je veut avoir une puissance d'entrée (Pe) = 2800W.
Donc puissance de sortie (Ps) = puissance d'entrée = 2800W.
L=AL*n², Ps=Pe=U²/((AL*n²)*(2*pi*F)) ==> F=U²/(Pe*AL*n²*2*pi))
AN: F=240²/(2800*(5400*10^-9)*10²*2*pi) =6063.045Hz
Ici je pensais que tout était bon. Mais en réfléchissant aux limites de la fréquence ça a l'aire moins bon :
Si j'essai ma formule de Pe avec F=0, alors ça me donne Pe = +l'infini.
D'où Ps = +l'infini.
Mais je sais aussi que en continue, il n'y a rien en sortie d'un transformateur (Ps=0).

Je demande alors, où je me suis trompé, ou si ces formules marchent qu'avec des fréquences élevés ...

Merci

[jiherve]

Bonsoir,

Mais je sais aussi que en continue, il n'y a rien en sortie d'un transformateur (Ps=0).

donc que ton extrapolation est fausse!
ceci dit ton transfo ne fonctionnera sans doute pas, risque de claquage au secondaire, ton noyau est il capable de passer une telle puissance ?
JR

[Tropique]

Je ne sais pas où tu as dégotté tes formules, mais il est clair qu'elles sont foireuses.
Le nombre de spires du primaire se calcule à partir de la tension d'entrée et des paramètres magnétiques du noyau: l'induction maximale tolérable et la section effective. La façon de faire le calcul dépend de la topologie, mais c'est la première étape, et elle est indispensable.
A partir de cela, le reste découle: n secondaire, valeur de l'entrefer si nécéssaire, etc.
Mais là, tu es en train de te fourvoyer royalement. Cherche sur le forum, des détails ont déjà été donnés à diverses occasion, notamment par Hulk et par moi.

[AmigaOS]

risque de claquage au secondaire

Je l'isolerais bien avec des couches de plastique.

ton noyau est il capable de passer une telle puissance ?

Je ne sait pas. Ce n'est pas marquer. (Voir pièce jointe)

Je ne sais pas où tu as dégotté tes formules

Je sait que Ps=Pe-pertes, En considérant que il était parfait (je sais... il ne l'est pas), j'avais donc pertes=0 d'où : Ps=Pe.
Comme P=U²/R, il me falais R.
R=Lw , w=2*pi*F
et le L d'une bobine avec noyau de ferrite comme j'ai pu lire sur un site = AL*n².
Donc R=((AL*n²)*(2*pi*F)) d'où : P = U² / ((AL*n²)*(2*pi*F)).
Pour trouver à quelle fréquence P=2800W, j'ai seulement résolu l'équation :
==> F=U²/(Pe*AL*n²*2*pi)) , F=240²/(2800*(5400*10^-9)*10²*2*pi) = 6063.045Hz.

Le nombre de spires du primaire se calcule à partir de la tension d'entrée et des paramètres magnétiques du noyau: l'induction maximale tolérable et la section effective.

Pour m'éviter de faire trop de spires j'ai choisi 10, ce qui est très peu pour les 240V, mais je me suis dit que de toute façon en élevant la fréquence (voir calculs précédentes) , l'impédance d'entrée augmente.
Ce qu'est la "section effective", "la topologie", et "la valeur de l'entrefer" je ne sait pas.
Be je vais aller voir vos autres discussions de Tropique et Hulk...

[Tropique]

Vu que c'est un tore, il n'y aura pas d'entrefer; ce qui limite pratiquement les topologies à celles symétriques.
Si tu optes pour le demi-pont, la tension appliquée à l'enroulement sera de ~170V.
Si on se base sur une fréquence de 40KHz, avec les données de la datasheet, on a:
Np= 170(4*0.3*40e3*152e-6)= 23.3 ~=24sp.
C'est basé sur une induction max de 0.3T, acceptable autour de 25°C pour le matériau N30; si la T° envisagée est plus élevée, il faut descendre à 0.25 ou 0.2T.
A partir de 24sp, tu peux connaitre la section de cuivre disponible pour le primaire en divisant la fenêtre totale (nette) par 2 et 24. Ce qui te donnerat une idée de puissance max qui pourra transiter en faisant intervenir la densité de courant.

[AmigaOS]

Vu que c'est un tore, il n'y aura pas d'entrefer; ce qui limite pratiquement les topologies à celles symétriques.
Si tu optes pour le demi-pont, la tension appliquée à l'enroulement sera de ~170V.

Si je comprend bien il faut donc deux bobines pour le primaire, avec deux diodes. Une bobine pour l'alternance positive et l'autre pour le négatif.
C'est ça ?

Excusez moi si j'ai encore pas tout compris

Si on se base sur une fréquence de 40KHz

Pourquoi 40KHz ? Si je prend moins ça me ferrait moins de spires ?

Np= 170(4*0.3*40e3*152e-6)= 23.3 ~=24sp.

D'où vient le chiffre 4 ?
Et à quoi correspond le 152e-6 ?

C'est basé sur une induction max de 0.3T

Comment on connaît que l'induction max est de 0.3T ?

A partir de 24sp, tu peux connaître la section de cuivre disponible pour le primaire en divisant la fenêtre totale (nette) par 2 et 24. Ce qui te donnerat une idée de puissance max qui pourra transiter en faisant intervenir la densité de courant.

C'est quoi la fenêtre totale (nette) ?

[Tropique]

Si je comprend bien il faut donc deux bobines pour le primaire, avec deux diodes. Une bobine pour l'alternance positive et l'autre pour le négatif.
C'est ça ?

Non. Un demi-pont, c'est ça:
http://users.tkk.fi/jwagner/tesla/SS...simplified.gif
On peut aussi faire un demi pont inductif, avec deux enroulements, au lieu de deux condensateurs, mais ce n'est avantageux qu'en très basse tension.

Pourquoi 40KHz ? Si je prend moins ça me ferrait moins de spires ?

40KHz est une valeur prudente, compte tenu de la puissance envisagée. En prenant plus, ça ferait moins de spires, mais la dissipation dans la ferrite augmenterait, or la datasheet ne dit à peu près rien des pertes, ce qui laisse supposer que c'est un matériau dissipatif, employé pour de la suppression.
Comme en plus, le tore est relativement massif, il y a des risques non-négligeables de surchauffe, même à 40KHz/0.3T

D'où vient le chiffre 4 ?

C'est un facteur nécéssaire dans la formule. Il n'est pas impossible de l'expliquer, mais il faudrait aller dans le forum de physique (voire métaphysique) pour le faire, et c'est un sujet à lui tout seul. C'est comme les "Pi", les "2", les "e" et autres qui trainent à gauche et à droite dans nombre de formules: au niveau technique, on se contente d'accepter leur nécéssité sans chercher pourquoi ils sont là.
Si tu veux absolument savoir pourquoi, c'est possible aussi, mais on va s'écarter du problème.

Et à quoi correspond le 152e-6 ?

C'est la section effective du noyau en mm², donnée dans les data.

Comment on connaît que l'induction max est de 0.3T ?

J'ai vérifié les caractéristiques du matériau N30 (chez moi, dans un data-book). Ca doit aussi pouvoir se trouver sur le net en cherchant.

C'est quoi la fenêtre totale (nette) ?

C'est la zone qui sera effectivement occupée par le cuivre des bobinages. La valeur brute est la surface de l'ouverture intérieure du tore, divisée par deux si on met autant de cuivre au primaire qu'au secondaire (conseillé).
La valeur nette tient compte du fait que le fil n'est pas carré mais rond, qu'il faut des isolants, que les spires ne sont jamais parfaitement jointives et compactées (foisonnement), et qu'il faut un peu d'espace libre pour passer les dernières spires.

[AmigaOS]

Citations 2 3 4 5 --> OK

Pour le demi-pont je pensais a complètement autre chose...
Je parie que les condensateurs doivent être calculer pour que f=f0 ?
==> f0=1/(2*pi*racine(LC)) ==> C=((1/(4000*2*pi))²)/(24*5400*10^-9)=122.15nF
Mais ça devient pas un peut plus compliqué avec le circuit LC ? Comme ça se met à raisonner...

C'est la zone qui sera effectivement occupée par le cuivre des bobinages. La valeur brute est la surface de l'ouverture intérieure du tore, divisée par deux si on met autant de cuivre au primaire qu'au secondaire (conseillé).
La valeur nette tient compte du fait que le fil n'est pas carré mais rond, qu'il faut des isolants, que les spires ne sont jamais parfaitement jointives et compactées (foisonnement), et qu'il faut un peu d'espace libre pour passer les dernières spires.

Faut t-il vraiment occupé tan de place ?
Il faudrait alors un enroulement du primaire à diamètre géant, si il y a que 24 spires!

[Tropique]

Citations 2 3 4 5 --> OK

Pour le demi-pont je pensais a complètement autre chose...
Je parie que les condensateurs doivent être calculer pour que f=f0 ?
==> f0=1/(2*pi*racine(LC)) ==> C=((1/(4000*2*pi))²)/(24*5400*10^-9)=122.15nF
Mais ça devient pas un peut plus compliqué avec le circuit LC ? Comme ça se met à raisonner...

Il ne faut surtout pas faire intervenir de circuit LC. La valeur des condos doit être assez élevée pour qu'ils fassent la liason, c'est tout.

Faut t-il vraiment occupé tan de place ?
Il faudrait alors un enroulement du primaire à diamètre géant, si il y a que 24 spires!

Tu sembles avoir oublié que tu veux faire passer 3KW dans ce transfo. Et même en grattant toute la place disponible, je crois que ce sera difficile.

[AmigaOS]

Il ne faut surtout pas faire intervenir de circuit LC. La valeur des condos doit être assez élevée pour qu'ils fassent la liason, c'est tout.

C'est donc juste pour faire une espèce d'alimentation symétrique...

Je voulais maintenant savoir pourquoi la formule L=AL*n² est si fausse ? Je l'ai eu de ce site : http://www.tavernier-c.com/bobinages.htm
Quand je veut avec "P=U²/((AL*n²)*(2*pi*F))" vérifier Pe, avec f=40000Hz, Np=24, et U=170V.
Je trouve : P=36W, ce qui me semble faux...

Tu sembles avoir oublié que tu veux faire passer 3KW dans ce transfo. Et même en grattant toute la place disponible, je crois que ce sera difficile.

Ok je comprend
Mais si ce noyau est si limite, il le serait moins si j'en collerais 2 ensemble ? Pour être sûre, non ? Faudrait alors juste recalculer...

[Tropique]

La formule n'est pas fausse, elle donne la valeur de la self. Cette valeur n'a rien à voir avec la puissance d'un transformateur, et le sujet n'est pas du tout traité sur le site en question (ou j'ai mal regardé).

Plutot que de coller ces tores ensembles, tu ferais mieux de prendre directement un noyau de forme adaptée à la puissance, EC ou autre, qui aura en plus l'avantage d'être fait dans une ferrite de puissance, beaucoup mieux adaptée qu'une ferrite de suppression.

[AmigaOS]

Le plus gros que j'ai trouver sur conrad.de, qui serait adapter est un ETD49 (voir pièce jointe).
Mais il est petit...

[Tropique]

Petit.?.!.
Son Ae est de 211mm², contre 159 pour le candidat précédent, et cette forme a une fenêtre de bobinage bien plus grande qu'un tore.
En plus, un tore c'est un P* in the A* à bobiner, comparé à l'ETD.
Et les ferrites sont correctes, N27 et au dessus, ça doit pouvoir tenir 400mT.
Au total, tu as certainement plus de puissance potentielle qu'avec tes deux tores.
Cela suffira-t-il? Je te laisse le soin de le calculer.... (avec le N87, tu dois pouvoir aller à 100KHz).

[AmigaOS]

Dans la doc. on parle de 0.2mT mais je ne sait pas si c'est le max...
Donc le nouveau nombre de spires au primaire serait :
avec un max de 200mT ==> Np = 170/(4*0.2*100e3*211e-6) = 10.07 spires.
avec un max de 400mT ==> Np = 170/(4*0.4*100e3*211e-6) = 5.03 spires.
Be super! on retrouve là mes 10 spires. et même 5 si il tient les 0.4mT.

Quand je disais qu'il est petit, je pensais que ça allait être difficile d'enrouler des milliers de spires avec l'isolation pour le secondaire au tour d'un noyau tout petit en dimensions. Mais si 10 ou 5 spires au primaire suffisent c'est différent.

Et juste encore une chose :

Vu que c'est un tore, il n'y aura pas d'entrefer; ce qui limite pratiquement les topologies à celles symétriques.
Si tu optes pour le demi-pont, la tension appliquée à l'enroulement sera de ~170V.

Si ce n'est plus un tore, on peut alors prendre autre chose qu'une alimentation symétrique avec 2x170V ?

[AmigaOS]

A oui!, j'allais oublier :
Et comment on calcule maintenant la puissance maximale en sortie ?