Każdy z nas niejedno krotnie spotkał się z negatywnym zjawiskiem wytwarzania się ciepła przy pracy urządzeń elektronicznych. Wytwarzanie ciepła w obwodach elektronicznych jest zjawiskiem skracającym czas pracy urządzeń. Stosowanie radiatorów i wentylatorów celem obniżenia temperatury urządzenia jest jedynie półśrodkiem, gdyż chroni przed przegrzewaniem elementów, ale nie poprawia efektywności energetycznej. Gdy myślimy o ochronie planety, pamiętając, że większość tej energii pochodzi z węgla i jest źródłem CO2, gdy w końcu w otaczającym nas świecie urządzeń mobilnych zasilanych bateryjnie uświadomimy sobie, że ciepło oznacza skrócenie czasu pracy na jednym ładowaniu, zaczynamy z większą uwagą przyglądać się rozwiązaniom eliminującym lub ograniczającym straty cieplne w urządzeniach elektronicznych.
Jednym z elementów elektronicznych narażonych na nadmierne wytwarzanie ciepła jest transformator. Ten element nadal często stosowany jest w układach zasilania ze względu na swoje walory użytkowe. Nie wszędzie bowiem przetwornica elektroniczna oferująca wysoką sprawność jest najlepszym rozwiązaniem. W wielu profesjonalnych aplikacjach, układach pomiarowych i laboratoryjnych, lub w urządzeniach wymagających galwanicznej separacji od sieci zasilania, transformator jest niezastąpiony.
Odpowiedzmy sobie na pytanie, dlaczego transformator sieciowy jest narażony na nadmierne przegrzewanie się o jakie rozwiązania stosują najlepsi producenci, aby temu przeciwdziałać.
Nagrzewanie się transformatorów jest efektem parametrów niepożądanych, takich jak rezystancja pasożytnicza elementu indukcyjnego oraz zjawisko generowania prądów wirowych w rdzeniu ferromagnetycznym.
Najlepsi producenci transformatorów w celu ograniczenia rezystancji pasożytniczych stosują drut nawojowy wykonany z materiału wysokiej jakości, dobrego przewodnika, utrzymującego swoje parametry nawet podczas dużego obciążenia prądem.
Współczesna elektronika stawia wymaganie niewielkich gabarytów także dla transformatorów, co z kolei jest przeciwstawne dla stosowania drutów nawojowych o dużej średnicy, gwarantujących dobrą przewodność.
Wiodący producenci potrafią optymalnie wybrać średnicę drutu nawojowego, odpowiadającego projektowanemu obciążeniu, a także wdrożyć autorskie, często opatentowane metody nawijania cewek, tak, aby uzyskać jak najmniejszą objętość. Nawijanie to, ma istotne znaczenie także w aspekcie eliminacji pojemności pasożytniczych.
W tym miejscu warto wspomnieć, że w poszukiwaniu jak najlepszych parametrów indukcyjnych producenci decydują się nawet na wytwarzanie elementów indukcyjnych w oparciu o spłaszczony drut, co jest prawdziwym wyzwaniem mechanicznym dla precyzji ich budowy.
Skoro jednak nie można wyeliminować wydziela ciepła, gdyż nawet najlepiej dobrane stopy miedzi mają rezystancję, a minimalizacja rozmiarów powoduje stosowanie drutów o małej średnicy i gęsto upakowanych, istotna staje się zdolność transformatora do wyemitowania powstającego w elemencie ciepła na zewnątrz.
Nie jest to zadanie proste, bowiem izolacja przewodu nawojowego oraz zalewanie żywicą cewek, co podnosi ich bezpieczeństwo użytkowania, utrudnia oddawanie ciepła. Materiał izolujące prąd elektryczny są bowiem jednocześnie izolatorami ciepła.
Ponownie doświadczenie produkcyjne dostawcy transformatora ma tutaj duże znaczenie. Jak dobrać optymalnie metodę izolacji obwodów, aby jednocześnie nie utrudniać oddawania ciepła gromadzonego w elemencie.
Wiodący światowi producenci transformatorów wykorzystują dużą wagę także do projekt rdzenia transformatora.
Nieprzypadkowo transformatory posiadają zróżnicowane kształty oraz są wykonane z różnego rodzaju materiałów, począwszy od stali ferromagnetycznej, poprzez spieki aż do proszków.
Wszystkie zastosowane do budowy rdzenia materiały mają wpływ na sprawność transformatorów oraz na to w jaki sposób odprowadzają ciepło.
Transformatory zbudowane z blach ferromagnetycznych, w z zasadzie z blaszek, bo w grę wchodzą grubości i rozmiary, których precyzja liczona jest w ułamkowych nawet częściach milimetrów, posiadają największą zdolność do wyemitowania ciepła na zewnątrz. Wynika to z faktu, że stal jest dobrym przewodnikiem ciepła. Jednocześnie stal jest przewodnikiem prądu elektrycznego, a powstające w blaszkach prądy wirowe mogą nawet dogrzewać transformator, jeśli ich kształt nie został dobrze zaprojektowany. Dzielenie blaszek na sekcje, tak zwane kształtki rdzeniowe oraz ich wzajemne izolowanie ogranicza prądy wirowe, lecz jednocześnie zmniejsza sprawność transformatora, gdyż materiały izolacyjne stanowią przerwę dla pola elektromagnetycznego, które skupiane jest w rdzeniu transformatora.
Unikalne kształty oraz technologia ich układania i izolowania elektrycznego, na zmianę z doświadczeniem w nawijaniu obwodów, stanowi trudne do podrobienia know-how producenta, a zbierane przez lata doświadczenia oraz budowa unikatowego parku maszynowego potrafią znaleźć odzwierciedlenie w cenie elementu elektronicznego.
Dodatkowo producenci elementów postrzeganych jako tanie stosują często drut o niskiej jakości miedzi, licząc na brak świadomości nieuważnych odbiorców. Do patologii rynku elektroniki należy fałszowanie parametrów transformatora, a więc opisywanie go mocą, do której nie jest przystosowany.
Także stosowanie gorszej miedzi wraz ze wzrostem wolumenu sprzedaży jest pokusą uzyskania może i chwilowych, ale ponadnormatywnych zysków przez producenta transformatora.
Zastosowanie transformatora z obwodami wykonanymi ze słabej jakości miedzi lub jakości miedzi spadającej w kolejnych seriach produkcyjnych, lawinowo wywołujących awarię urządzeń, głównie w wyniku przegrzewania się elementu.
Warto tutaj zadać pytanie, czy cena droższego, lecz wyrafinowanego elementu, jakim jest transformator, obroni się na rynku.
Wydaje się, że przy rosnących cenach energii oraz w świetle dalszego nacisku na wszechobecną miniaturyzację odpowiedź jest pozytywna.
Jak pokazał ostatni rok w dystrybucji elementów elektronicznych transformatory markowych dostawców z oferty JM elektronik należały do najlepiej sprzedawalnych elementów.
Wracając do budowy rdzeni transformatorów sieciowych, warto przeanalizować zróżnicowane kształty blaszek ferromagnetycznych, kształtek rdzeniowych, które przez inżynierów nazywane są często pochodnymi od liter: U, W, T, H, L.
W rezultacie zastosowania konkretnych kształtek transformator sieciowy nabiera kształtu finalnego, prostopadłościanu czy walca (jak np. baryłkowe fatboy).
W uzasadnionych okolicznościach element ferromagnetyczny może być wykonany ze spieku a nawet proszku. Częściej zdarza się to jednak w zasilaczach impulsowych lub dławikach przewidzianych do pracy z dużymi częstotliwościami. Spiek lub proszek ferromagnetyczny, ma gorsze własności przewodnictwa pola, w porównaniu do blaszki, jednakże poprzez izolowanie granulami proszku lub też domenami spieku, występują w tym elemencie niższe prądy wirowe. Dla wysokich częstotliwości w miejsce rdzeni z kształtek stalowych stosuje się rdzenie ze spieków lub proszków ferromagnetycznych.
Obojętnym nie jest również montaż mechaniczny transformatorów na płycie PCB. Inżynierowie muszą tak zaprojektować transformator, aby jako element stabilnie przylegał do płyty PCB, co utrudnia relatywnie duża masa. Usytuowanie tzw. rastra także nie jest przypadkowe, ponieważ jego zadaniem jest mechaniczne ustabilizowanie transformatora na płycie oraz dodatkowo odprowadzenie ciepła.
W tym miejscu kolejny raz należy oddać uznanie wiodącym producentom transformatorów i elementów indukcyjnych, że w są stanie zaproponować najlepsze rozwiązanie ferromagnetyczne dla danej częstotliwości pracy układ zasilana.
Firma JM elektronik zaleca stosowanie transformatorów od sprawdzonych dostawców. W naszym Portalu B2B znajdą Państwo między innymi transformatory firm: HAHN, MAGTOP, XZM.
W naszej ofercie znajdą Państwo także inne wysokiej jakości indukcyjne elementy elektroniczne takie jak dławiki czy cewki które zapewniają stabilną pracę urządzenia.
Zapraszamy do kontaktu z naszym inżynierem aplikacyjnym z wieloletnim doświadczeniem, który pomoże dobrać Państwu optymalny element dla projektowanej aplikacji. Dzięki bezpośredniej współpracy z szeregiem producentów możemy zaproponować Państwu wykonanie elementów dedykowanych, oryginalnych czy odpowiedników o wysokiej i powtarzalnej jakości. Nasze doświadczenie okazało się szczególnie przydatne w czasie zerwanych pandemią a następnie nadwątlonych wojną na Ukrainie łańcuchów dostaw. Osoby zainteresowane naszymi kompetencjami prosimy o kontakt pod adresem email: powersolutions[at]jm.pl
Zapraszamy do naszego Portalu zakupowego B2B, gdzie znają Państwo zawsze aktualną informację o ofercie i dostępności. Jeśli nie założyli Państwo jeszcze bezpłatnego konta, można je zarejestrować pod linkiem>>
Portal B2B umożliwia:
