tamaño de núcleo para transformador de baja frecuencia

He leído que para los transformadores que funcionan a bajas frecuencias, se necesita un núcleo más grande. Estoy tratando de calcular el tamaño del núcleo para un transformador monofásico que funciona a 2 Hz.

No tengo un ejemplo físico de un transformador, pero he hecho una simulación de un transformador usando Femm que me da un valor para el flujo en Telsa.

Apreciaría si alguien pudiera comentar o corregir mi método para encontrar el tamaño ideal del núcleo del transformador. Pensé que se aplicaría esta fórmula para encontrar el voltaje inducido en la bobina secundaria:

voltaje inducido = 4.44fNAB

Dónde

  • f= frecuencia en Hz
  • N= número de vueltas en la bobina secundaria
  • A= sección transversal del área del núcleo en metros
  • B= flujo en el núcleo en Tesla

Mi bobina principal es un cable de 0,5 mm de diámetro con 400 vueltas

  • Resistencia de la bobina P: 5,3695271 ohmios
  • Corriente de bobina P: 1,5 amperios
  • Tensión de la bobina P: 8,05429 voltios
  • Potencia de la bobina P: 12,08144 vatios

Me gustaría asumir por el momento que el transformador es un transformador "perfecto" sin pérdidas en el núcleo, solo para que mi comprensión sea más fácil por el momento. Mis preguntas -

¿Es esta la fórmula correcta a utilizar?

y

Si la fórmula anterior me da un valor para el voltaje inducido en la bobina secundaria que equivale a un valor de vatios más bajo en la bobina secundaria que en la bobina primaria, ¿significa esto que el núcleo del transformador es demasiado pequeño para la frecuencia?

Tesla es densidad de flujo, no flujo. Pero estoy de acuerdo con Richard Crowley. 2 Hz a 12 W es bastante radical de considerar. ¡Estás hablando de 2 Webers por medio ciclo! ¿En serio? ¡El volumen del núcleo con acero laminado se mediría en litros! ¡Como "uno o dos" litros!
Si desea 12 W a 2 Hz, necesitará un tamaño de núcleo mínimo para 360 W a 60 Hz. Si los devanados no encajaran, podría ser necesario un núcleo más grande.

Respuestas (3)

He leído que para los transformadores que funcionan a bajas frecuencias, se necesita un núcleo más grande.

Correcto cuando se compara con un transformador que opera a una frecuencia más alta pero con el mismo voltaje de línea. Esto se debe a problemas de saturación del núcleo. En general, un transformador de 240 V CA 50 Hz que funciona a 5 Hz no debe tener más de 24 V CA aplicados (por ejemplo).

Pensé que se aplicaría esta fórmula para encontrar el voltaje inducido en la bobina secundaria

El voltaje inducido en el secundario está relacionado con la relación de vueltas entre el primario y el secundario con un par de condiciones: -

  1. Los componentes de fuga primaria (como la pérdida de cobre) no son lo suficientemente significativos como para "caer" mucho voltaje. Cualquier caída de vo aquí da como resultado una disminución del voltaje realmente aplicado a los giros "útiles" en el primario.
  2. El acoplamiento entre primario y secundario es cercano al 100%. La pérdida de acoplamiento significa pérdida de voltaje secundario y mayores componentes de fuga en el secundario y esto tiene más efecto en condiciones de carga.

¿Es esta la fórmula correcta a utilizar?

No, debe tener en cuenta la relación de vueltas y los otros puntos mencionados anteriormente.

Si la fórmula anterior me da un valor para el voltaje inducido en la bobina secundaria que equivale a un valor de vatios más bajo en la bobina secundaria que en la bobina primaria, ¿significa esto que el núcleo del transformador es demasiado pequeño para la frecuencia?

También puede significar que las pérdidas de cobre son significativas. También puede significar que las pérdidas por corrientes de Foucault son significativas. Puede significar que el acoplamiento no es excelente y sí, también puede significar que el núcleo podría estar saturado.

Muchas gracias por tu respuesta, Andy, me tomó un tiempo digerirlo, muy probablemente debido al hecho de que tengo un "desafío" matemático.
Me pregunto si podría preguntarle sobre el punto que mencionó con respecto a la relación de vueltas. Me he estado preguntando cómo llegar al valor correcto del voltaje inducido de la bobina secundaria. Investigué y encontré dos fórmulas dadas para calcular el voltaje inducido en la bobina secundaria y me preguntaba si podría comentar si he usado las fórmulas correctas y si mi pensamiento tiene suposiciones erróneas básicas y evidentes.
La primera fórmula era (Voltaje de salida/Voltaje de entrada)=(enciende la bobina secundaria/enciende la bobina primaria) La otra era (Voltaje en el primario/enciende la bobina secundaria)=(Tensión inducida en el secundario/enciende la bobina primaria) .. Mi bobina primaria tiene 400 vueltas y 8.05429 Voltaje y mi bobina secundaria tiene 50 vueltas. Cada fórmula listada arriba dio el voltaje inducido en el secundario como 1.00678625 voltios. ¿He hecho lo correcto aquí al calcular el voltaje inducido en el secundario? Todo esto es muy nuevo para mi. ¡Gracias de nuevo y perdón si he publicado demasiados comentarios/preguntas!
Si tiene una relación de vueltas de 400:50 y el voltaje en el primario es de 8,05429 voltios, entonces el voltaje en el secundario es de 1,0068 voltios, por lo que parece que lo ha hecho correctamente.
Gracias Andy - muy apreciado. Como alguien que casi no tiene educación científica, sitios como este y personas como usted son una bendición.
Ah gracias. ¡No me di cuenta de que así era como funcionaba!

La tecnología de transformadores convencionales rápidamente se vuelve poco práctica a medida que disminuye la frecuencia. No está claro si se trata de una cuestión práctica o simplemente teórica/especulativa. Tampoco está claro si se trata de una aplicación SIGNAL o una aplicación POWER. Si necesita aislamiento galvánico de una SEÑAL de 2 Hz, existen formas más eficientes y económicas de lograrlo que los transformadores de núcleo de hierro tradicionales. Y si está hablando de POTENCIA a 2 Hz, puede ser más práctico rectificar la potencia a CC, ya que 2 Hz es bastante difícil de manejar.

Gracias por tu comentario Ricardo. Como estoy seguro de que puede ver, soy un novato en lo que respecta a esta área (¡y muchas otras!) Cuando dice "la tecnología de transformadores se acerca rápidamente a lo poco práctico a medida que disminuye la frecuencia", ¿qué tipo de frecuencia se considera el mínimo? ser práctico? Esta es una aplicación de Power, en este punto especulativa pero me gustaría aplicarla a un diseño práctico.
Probablemente pueda ir tan bajo como 10 Hz, pero necesitará un hierro enorme y PESADO para obtener potencia a frecuencias muy bajas. Es simplemente poco práctico en el mundo real y probablemente NO encontrará ejemplos de personas que hagan tales cosas. Hace 100 años usaban 25 Hz para trenes eléctricos. Pero estamos en el siglo XXI y ya no tenemos que hacer eso. Las frecuencias más altas son MUCHO MUCHO MUCHO más eficientes. Incluso hace 50 años, usaban 400 Hz en los aviones, y hoy en día las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) usan frecuencias de hasta 10 o 100 KHz. Usar frecuencias muy bajas parece muy extraño.

Los núcleos están dimensionados por capacidad VA y V/f es constante.

Es posible (que desee) reconsiderar su solución e intentar algo más, como un transformador conmutado de clase D a 20 kHz.