Cómo seleccionar correctamente un transformador en términos de aumento térmico

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Estoy tratando de llegar a una decisión seleccionando un transformador pequeño para una tarea, de una empresa extranjera (lo cual es significativo solo por la barrera del idioma). Pensé que la selección sería fácil sabiendo mis requisitos de voltaje y carga, pero las especificaciones de aumento de temperatura del transformador me están causando confusión, y quiero hacer una elección razonable.

El transformador en cuestión será rectificado y filtrado por "fuerza bruta" (puente de onda completa y tapa de filtro), y desde allí se utilizará para operar un relé de 12 voltios y algunas cargas menos significativas (una MCU, una pantalla LCD). pantalla y algunos LEds). El peor de mis casos no debe ser más de 160 mA, por lo que he estado viendo unos transformadores de 300 mA. Para minimizar aún más la carga del transformador, estoy seleccionando transformadores cuyo cambio de voltaje de salida, entre "carga completa" y sin intervalos de carga de aproximadamente 7V a aproximadamente 10V respectivamente. Convertido a CC, es un rango de aproximadamente 10VCC hasta un voltaje teórico (sin carga) de 14V. El consumo principal, el relé, requiere 100 mA a su voltaje nominal de 12 V, y por lo tanto será un poco menor cuando el voltaje del transformador caiga, y su bobina se acerque más a 10 VCC.

Es de esperar que sea obvio por la clasificación de 300 mA que estoy buscando pequeños transformadores. Pero lo que me arrojó una curva en todos los modelos, formas y tamaños ofrecidos en este rango de voltaje / corriente fue el "aumento de temperatura". Se especifica que el transformador aumente un máximo de 60 K (lo que me explicaron significa simplemente 60C) por encima del ambiente.

Bueno, ahora mi cabeza está girando. Había planeado usar el transformador en un gabinete NEMA al aire libre especificado para ser impermeable, y por lo tanto, obviamente, también es hermético. En el clima que pretendo usar, no será raro que la temperatura exterior alcance los 34 ° C (alrededor de 90 ° F para referencia). Eso significa que a una carga nominal (300 mA), este transformador podría llegar a 94C. A medida que el agua hierve a 100 ° C, eso parece demasiado caliente como para considerarlo, especialmente sabiendo que el único escape que tendrá el calor será a través de mi recinto elegido. Aunque es un tipo de plástico, sé que puede "tomar" la temperatura, pero no creo que permita que el calor se escape muy bien. (Le preguntaré al fabricante por sus características de conducción térmica, pero no estoy seguro de que entenderé cómo interpretarlas).

Mientras miraba los transformadores con una corriente máxima de casi 2 veces lo que anticipo usar, en el peor de los casos, estoy seguro de que el calentamiento no será tan malo como su máximo. Pero no creo que pueda concluir simplemente que 1/2 carga nominal significará automáticamente 1/2 aumento de temperatura.

Así que estoy un poco perdido para lo que pensé que habría sido una tarea simple. Supongo que podría elegir un transformador más grande, pero mi espacio será limitado, y debo confesar que ahora estoy fuera de mi liga y ahora entiendo cómo aproximarme a esto. El fabricante me pregunta cuál podría ser un aumento "aceptable" de la temperatura y ofrecerá otros transformadores alternativos. Podría manejar el trabajo de esa manera, pero el problema es equiparar el aumento de temperatura en el "aire libre" ambiental con el aumento de temperatura realista dentro de un recinto sellado. Parece que hay tantos factores aquí que estoy listo para hacer mi mejor suposición, obtener algunas muestras y hacer algunas pruebas reales y solo medir lo que realmente sucede. Pero me gustaría saber cómo abordar esto de manera más científica, y al menos hacer una suposición razonable .

    
pregunta Randy

1 respuesta

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Debe comprender qué bits de este escenario se encuentran bajo cuyo control, y qué bits especifican usted y el fabricante. Algunos bits son fáciles de hacer con el cálculo, algunos pueden requerir una medición real.

¿Por qué un transformador debe funcionar bien? No es una pregunta tonta, necesita una respuesta detallada. (a) Los devanados están aislados y enrollados en algún tipo de anterior. Si se calientan demasiado, el aislamiento y la degradación anterior, causan eventuales fallas. Por lo tanto, el transformador tiene una clasificación de temperatura de bobinado máxima absoluta. (b) Si se monta en una caja de plástico, los montajes deben permanecer por debajo del punto de reblandecimiento del plástico. (c) ¿Qué tan caliente te sientes cómodo con? Si alguna parte de la caja se 'siente caliente', puede alarmar al usuario.

El fabricante conoce el límite para (a), no sabe qué grado de aislamiento tiene el cable (y existen diferentes grados, según el costo). Si le haces la pregunta precisa, él debería poder responder. Es una temperatura absoluta, no un aumento de temperatura.

Puedes determinar el límite para (b), sabes en qué lo has puesto.

Parece que tienes preconceptos sobre (c) que es más abierto al sentimiento. Si bien la temperatura 60C es demasiado caliente para tocarla por más de "unos pocos segundos" con una sola mano, tenga en cuenta que los radiadores domésticos están limitados a la temperatura superficial de 82C para evitar daños con un "toque momentáneo". 100C no es necesariamente demasiado caliente para la electrónica, depende de su especificación. Trabajamos hasta un límite de temperatura externa absoluta de 75 ° C, con una etiqueta de advertencia si estaba por encima de 50 ° C, pero permitiríamos que las temperaturas internas y de unión se acercaran a las especificaciones, a veces a 150 ° C.

El fabricante especifica el aumento de temperatura para su transformador a una cierta carga. La carga es fácil de cuantificar y comunicarse con el usuario, por lo que se elige. Él no sabe cuál será su ambiente local.

El aumento de temperatura consiste en dos componentes, pérdidas de hierro y pérdidas de cobre. Las pérdidas de hierro dependen (casi por completo) de la tensión de entrada y son independientes de la carga. Las pérdidas de cobre dependen del cuadrado de la corriente de salida. Esto significa que se necesitan dos mediciones para predecir cómo variará el aumento de temperatura con la carga, una medición de descarga y una medición de carga completa. El funcionamiento a media carga resultará en solo el 25% de la calefacción de cobre a plena carga, con calefacción de hierro sin cambios. Si se pretende que el transformador sea "bueno" cuando se ejecuta sin carga, a menudo se habrá diseñado para tener pérdidas de hierro mucho más bajas que las pérdidas de cobre (tenga en cuenta que esto no es óptimo para la mejor eficiencia de carga).

Es posible estimar bastante bien la temperatura del devanado de un transformador. Medir la resistencia del devanado a temperatura ambiente. Haga funcionar el transformador hasta que la temperatura se haya estabilizado, luego mida nuevamente. El tempco de cobre es de aproximadamente 0,4% por grado C, lo que significa un aumento del 10% en la resistencia por cada aumento de temperatura de 25 ° C.

Considere una solución SMPS, más pequeña y fresca que una solución de transformador de hierro anticuada.

    
respondido por el Neil_UK

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