Ток в трасформаторе однотактного прямохода.

Коллеги, что-то я совсем запутался наверно близость НГ сказывается. Объясните кто разбирается.

Имеем однотактный прямоход с выходным напряжением 50 вольт и током нагрузки 20 А.
Выходное напряжение трансформатора по вторичке 150 вольт.
А какой ток течёт во вторичке?
Логика подсказывает, раз напряжение в 3 раза больше, значит ток должен быть в 3 раза меньше.
Но что-то меня тут смущает, не могу понять что.
Как на самом деле?

Для простоты расчёта оставим после вторички лишь диоды, дроссель и нагрузку.

МП-40: раз напряжение в 3 раза больше, значит ток должен быть в 3 раза меньше.
Импульсный ток вторички всегда будет больше 20 ампер в нагрузке. В случае меандра ток вторички течёт во время прямого хода в нагрузку через дроссель (20 А) и на накопление энергии в дросселе (ещё 20 А). Во время обратного хода этот ток дросселя течёт в нагрузку и через неё постоянно текут 20А. Так что в предельном случае имп. ток обмотки в 2 раза больше тока нагрузки. Это так, на пальцах
В Вашем случае при 30% заполнении имп. ток вторички будет ампер 30, точнее считать надо

Т.е. получается, что мощность трансформатора должна быть в 1.5 раза больше мощности ИП?
Тогда откуда заявленное КПД в 95%? Получается что рассеивается гораздо больше, чем 5%.

NPI, Вы не правы.

Если "так, на пальцах", то "Импульсный ток вторички всегда будет больше 20 ампер в нагрузке" (тут Вы правы), причём именно 20А заберёт нагрузка, а всё, что "всегда будет больше" - выходной конденсатор.
По тому, что максимальный импульсный ток вторички (и дросселя) представляется суммой тока нагрузки и тока выходного конденсатора.

При протекании тока через дроссель в нём накапливается только энергия протекающего тока, а не с запасом, как Вы говорите: "и на накопление энергии в дросселе (ещё 20 А)".
Да и как иначе, если дроссель и нагрузка включены последовательно...

При обратном ходе дроссель разряжается, отдавая всю запасённую энергию с прежним током.

А вот амплитуда тока вторичной обмотки целиком определяется индуктивностью дросселя.
При малой индуктивности ток треугольный. А так как площадь треугольника в 2 раза меньше площади прямоугольника (при одинаковых амплитуде и длительности), то ток вторичной обмотки и дросселя имеет амплитуду, так же, в 2 раза больше тока нагрузки - 20А*2=40А, плюс ток конденсатора.

Но такой вариант не выгоден - кому охота гонять бешенные токи через элементы?
По этому, в прямоходовых преобразователях стремятся получить прямоугольную форму импульса, а для этого индуктивность дросселя выбирают больше.
А так как форма прямоугольник, то амплитуда тока вторичной обмотки и дросселя равны току нагрузки, плюс ток конденсатора - то есть, немного больше 20А.

На сколько больше - прямо зависит от напряжения нагрузки и относительной длительности паузы, и обратно - от индуктивности дросселя и рабочей частоты.

А то, что напряжение вторичной обмотки в 3 раза больше напряжения нагрузки, говорит о том, что относительная длительность импульсов питания равна 1/3=0,33.
150В*0,33=50В.
Именно этот параметр и регулирует (стабилизирует) выходное напряжение при постоянной амплитуде входного импульса - чем меньше значение, тем меньше выходное напряжение (150В*0,1=15В) и наоборот - чем больше значение, тем больше выходное напряжение (150В*0,5=75В).

МП-40: Т.е. получается, что мощность трансформатора должна быть в 1.5 раза больше мощности ИП?

Увы, да. Из-за не симметричной формы импульсов.
Габаритная мощность трансформаторов однотактных преобразователей всегда больше двухтактных.

Но КПД тут особо не при чём.
Для всех трансформаторов он остаётся достаточно высоким, хотя несколько процентов на себя он заберёт...

DWD: NPI, Вы не правы.
Да и Вы тоже
Пусть вых. конденсатор будет очень большой ёмкости (или пусть стоит ещё один Г-образный фильтр). Тогда пульсации на нём будут близки к нулю и тока его перезарядки не будет. Наконец, пусть нагрузкой будет заряжаемый акк... По Вашему получается, что ток дросселя в этом случае равен току нагрузки?
Посмотрел сейчас Б.Ю. Семёнова и вывод формул - имп. ток дросселя всегда в 2 раза больше тока нагрузки (безразрывный режим) и стремится к току нагрузки при бесконечном увеличении индуктивности дросселя (что логично)
DWD: При малой индуктивности ток треугольный.
А я считал, что при любой индуктивности ток нарастает линейно, просто с разной скоростью

NPI: Пусть вых. конденсатор будет очень большой ёмкости (или пусть стоит ещё один Г-образный фильтр). Тогда пульсации на нём будут близки к нулю и тока его перезарядки не будет.

Дело в том, что пульсации тока конденсатора вообще не зависят от его ёмкости. Естественно, если конденсатор не слишком маленький и в состоянии пропустить через себя ток, определяемый индуктивностью дросселя.
В формуле вычисления тока конденсатора ёмкость, как операнд, отсутствует.

Если дроссель убрать, то ток конденсатора будет максимален. Если поставить дроссель назад и увеличивать его индуктивность, то пульсации тока конденсатора начнут уменьшаться. И это всё на фоне среднего значения тока нагрузки.
Свести ток конденсатора к нулю можно только сильным увеличением индуктивности дросселя.

Собственно, конденсатор в такой схеме (в схеме выпрямителя, начинающегося с дросселя) не является принципиально необходимым. Можно увеличить индуктивность дросселя и убрать конденсатор вообще, получив при этом требуемый уровень пульсаций выходного тока (напряжения). А можно наоборот, уменьшить индуктивность, но увеличить ёмкость конденсатора, сохранив прежнее значение произведения индуктивности на ёмкость, и пульсации останутся на прежнем уровне.
Обычно так и делают - оптимальным считается такое соотношение индуктивности и ёмкости, при котором массы дросселя и конденсатора равны.

NPI: Наконец, пусть нагрузкой будет заряжаемый акк... По Вашему получается, что ток дросселя в этом случае равен току нагрузки?

А чему он должен быть равен?

NPI: Посмотрел сейчас Б.Ю. Семёнова и вывод формул - имп. ток дросселя всегда в 2 раза больше тока нагрузки...

Не корректное выражение. В 2 раза больше - это частный случай, и он выполняется не всегда. Может быть и 1,5 раза, или в 5 раз, а то и в 0,1 раза.

Приведите конкретно ссылку на Семёнова, пожалуйста. Посмотрим, к чему относится такой вывод.

NPI: А я считал, что при любой индуктивности ток нарастает линейно...

Да, естественно.
Имелось в виду напряжение, а не ток.
То есть, при малой индуктивности дросселя напряжение может иметь треугольную форму, и для сохранения мощности потребуется увеличения в 2 раза амплитуды тока. В этом случае импульсный ток вторичной обмотки будет в 2 раза больше тока нагрузки.

DWD: МП-40: Т.е. получается, что мощность трансформатора должна быть в 1.5 раза больше мощности ИП?
Увы, да. Из-за не симметричной формы импульсов.
Габаритная мощность трансформаторов однотактных преобразователей всегда больше двухтактных.
это увы не главное сердечник таких трансов работает в режиме силного подмагничивания
поэтому исползуется не вся петля гистерезиса а ее малая часть(и зазор в сердечнике)-при прочих равных условиях габаритная мощность транса ОТПИ ниже чем 2тактника и еще надо обязателно полностью перемагнитиь сердечник при обратном ходе иначе он войдет в насыщение (ведь ток в нагрузку идет ТАКЖЕ при прямом ходе) а накопленная в трансе мощность должна кудато передаватиься-обычно это обмотка или схема рекуперации(эта схема может иметь 2-3ключа и 2-4 диода)
в простых схемах простой пассивный снаберный демпфер энергия идет на разогрев ЕГО резистора КПД отдыхает...ниже 80%

DWD, ведь зарекался же с Вами спорить
Надеюсь, Вы не будете против, если обмотку транса в данном случае мы заменим на источник напряжения с последовательно включенным ключём? Т.е. перейдём к классической схеме степдауна?

NPI: Наконец, пусть нагрузкой будет заряжаемый акк... По Вашему получается, что ток дросселя в этом случае равен току нагрузки?
А чему он должен быть равен?
Ток нагрузки будет равен току дросселя только в случае Кзап=1, когда Uисточника чуть больше Uнагрузки. Если Кзап меньше единицы, ток дросселя будет больше тока нагрузки, иначе за счёт чего он будет поддерживаться в паузе?
Книжка Семёнова на работе, так что только в понедельник...

То есть, при малой индуктивности дросселя напряжение может иметь треугольную форму, и для сохранения мощности потребуется увеличения в 2 раза амплитуды тока. В этом случае импульсный ток вторичной обмотки будет в 2 раза больше тока нагрузки.
А с чего это вдруг форма напряжения после ключа зависит от индуктивности дросселя? ИМХО должна быть всегда прямоугольная.... Или имелось в виду что-то другое?

NPI: Если Кзап меньше единицы, ток дросселя будет больше тока нагрузки, иначе за счёт чего он будет поддерживаться в паузе?
За счет разности напряжений во время протекания тока от источника напряжения, ведь накопленная энергия определяется произведением тока на напряжение. Вот, например, при коэффициенте заполнения 0.5 напряжение на источнике будет в 2 раза выше чем на нагрузке (при этом напряжение на дросселе = напряжению на нагрузке), а ток одинаков (они же последовательно соединены!). Соответственно в дросселе добавится столько же энергии сколько будет передано в нагрузку. Во время паузы напряжение на входе станет равным 0. На дросселе относительно выхода напряжение поменяет знак, но по величине останется таким же (коэф. зап 0.5). Теперь накопленная энергия отдаётся в нагрузку, ток плавно уменьшается. При увеличении индуктивности дросселя амплитуда пульсаций тока уменьшается, форма пульсаций тока треугольная.

NPI: А с чего это вдруг форма напряжения после ключа зависит от индуктивности дросселя? ИМХО должна быть всегда прямоугольная....
После ключа скорее уж треугольная.