Radioelektronik Audio-HiFi-Vide 11/2003
MAGNETIC DESIGNER
I JEGO MO¯LIWOCI
Program Magnetic Designer jest
przystosowany do projektowania
cewek o okrelonej indukcyjnoci
pracuj¹cych w obecnoci dowolnych
kombinacji sk³adowych sta³ych
i zmiennych pr¹du. Najbardziej typowe
zastosowania programu obejmuj¹
projektowanie cewek filtrów i transfor-
matorów zasilaczy impulsowych.
P
rogram Magnetic Designer jest przeznaczony do projekto-
wania uzwojeñ warstwowych, nawijanych na rdzeniach ma-
gnetycznych o prostok¹tnym lub okr¹g³ym kszta³cie ob-
szaru uzwojeñ. W typowym projekcie korzysta siê z rdzeni
ferrytowych kubkowych, torroidalnych, rdzeni EI lub EE, rdzeni C i rdze-
ni ferromagnetycznych laminowanych EI (rys. 1). Program jest przy-
stosowany do projektowania jednofazowych, wielouzwojeniowych
transformatorów pracuj¹cych w zakresie ma³ych i wielkich czêstotliwo-
ci, nawet powy¿ej 1 MHz. Typowe zastosowania obejmuj¹ transfor-
matory sieciowe 60 Hz (50 Hz) o rdzeniach laminowanych, transfor-
matory pracuj¹ce przy 400 Hz o rdzeniach typu C i transformatory oraz
cewki o rdzeniach ferrytowych do zasilaczy impulsowych wielkiej
czêstotliwoci.
Na rys. 2 przedstawiono wzajemne u³o¿enie rdzenia i uzwojenia dla
przypadku rdzenia z prostok¹tnym oknem. Typowo, cewki s¹ nawija-
ne na karkasach lub s¹ formowane do kszta³tu rdzenia i nastêpnie mo-
cowane na rdzeniach tworz¹c podzespó³ w ostatecznym kszta³cie.
Rdzeñ przedstawiony na rys. 2 jest rdzeniem typu E z prostok¹tn¹
kolumn¹ (post) rodkow¹. Mo¿e byæ on zbudowany z kszta³tek E-I la-
minowanych lub ferrytowych. Podstawowy proces projektowania przy
u¿yciu Magnetic Designera jest stosowany w przypadku wielu in-
nych typów rdzeni, takich jak rdzenie kubkowe (garnkowe), które ma-
j¹ rodkow¹ kolumnê okr¹g³¹.
Przekrój typowego transformatora lub cewki indukcyjnej przedsta-
wiono na rys. 3. Puste przestrzenie po obu stronach karkasu s¹ na-
zywane marginesami koñcowymi. Nale¿y zwróciæ uwagê, ¿e izolacja
miêdzy uzwojeniami (przek³adka) rozszerza marginesy. To rozwi¹za-
nie jest stosowane do zwiêkszenia odstêpu miêdzy przylegaj¹cymi
uzwojeniami w celu unikniêcia mo¿liwoci przebicia napiêciowego wy-
nikaj¹cego z bliskoci powierzchni.
Przedstawiono trzy uzwojenia. Pierwsze i ostatnie uzwojenia s¹ nawi-
niête typowym drutem nawojowym (magnet), ka¿de ma 30 zwojów.
rodkowe uzwojenie jest dwuzwojowe foliowe. Cewka ma izolacjê
miêdzy kolejnymi warstwami oraz przek³adki do izolacji indywidual-
nych uzwojeñ i zabezpieczenia ostatniego uzwojenia. Budowa cew-
ki jest okrelona przez wysokoæ okna, które jest wype³nione zwoja-
mi. Wspó³czynnik wype³nienia jest okrelany jako stosunek wysoko-
ci uzwojenia do wysokoci okna.
Magnetic Designer umo¿liwia wybór z szerokiego asortymentu
dostêpnych drutów nawojowych typów: Heavy Formvar, Small For-
mvar i Litz o wymiarach 10
÷
40 AWG (europejskie szeregi wymiaro-
we s¹ równie¿ dostêpne); kwadratowe (square and double-square)
druty nawojowe s¹ o wymiarach do 30 AWG; cie¿ki drukowane (na
p³ytkach PCB) s¹ okrelane gruboci¹ warstwy miedzi, minimaln¹ sze-
rokoci¹ cie¿ki, minimalnym odstêpem cie¿ek i gruboci¹ PWB; fo-
lie mog¹ byæ okrelane ró¿n¹ gruboci¹. Mo¿na stworzyæ w³asn¹ ta-
blicê drutów z innym rednicami. Na przyk³ad, druty kwadratowe
mog¹ byæ edytowane w celu opisu wirtualnego dowolnego formatu
prostok¹tnego. Mo¿na równie¿ opisaæ tablicê z nietypowym zestawem
wymiarów. Uzwojenia mog¹ byæ równie¿ nawijane jednoczenie
dwoma lub wiêcej drutami (bifilarne i multifilarne).
Rys.1.
Ksztaty
dostêpnych rdzeni
magnetycznych
Rys. 2. Transformator
na rdzeniu
Rys. 3. Przekrój transformatora lub cewki
Trzy opcje izolacji umo¿liwiaj¹ u¿ytkownikowi okrelenie gruboci izo-
lacji, gruboci przek³adki i szerokoci marginesów. Je¿eli s¹ uzwoje-
nia wielowarstwowe, izolacja miêdzywarstwowa mo¿e byæ umie-
szczana pomiêdzy wszystkimi warstwami folii.
Magnetic Designer wybiera dane rdzeni bezporednio z baz danych
obejmuj¹cych dane mechaniczne, geometryczne i magnetyczne tysiê-
cy ró¿nych rdzeni. Mo¿na wprowadzaæ w³asne geometrie rdzeni, ma-
teria³y i druty.
Po wybraniu rodziny rdzeni i materia³u oraz wprowadzeniu danych za-
wieraj¹cych wymagania elektryczne, Magnetic Designer wykonuje
dzialania obliczeniowe u¿ywaj¹c skutecznych algorytmów. Program
wybiera geometriê rdzenia, stosunek liczb zwojów, wymiary drutu
i liczbê kolejnych przybli¿eñ w celu spe³nienia wymagañ projekto-
wych przy uwzglêdnieniu wzrostu temperatury i wype³nienia okna.
Po zakoñczeniu obliczeñ, program szacuje takie parametry charakte-
rystyczne, jak szczytowa gêstoæ strumienia magnetycznego, sk³ado-
wa zmienna gêstoci strumienia magnetycznego, rezystancja sta³o-
pr¹dowa uzwojenia, rezystancja przy wielkiej czêstotliwoci (uwzglê-
dnienie naskórkowoci), straty w uzwojeniu (zarówno sta³o- jak i zmien-
nopr¹dowe), straty w rdzeniu, indukcyjnoæ rozproszon¹, pojemnoæ
uzwojenia, masê, sprawnoæ, temperaturê podczas pracy i wspó³czyn-
nik procentowy zape³nienia okna.
Dane techniczne uzwojenia i parametry elektryczne mog¹ byæ wywie-
tlane, przenoszone do edytora tekstów lub drukowane na drukarce.
Charakterystyka uzwojenia obejmuje fizyczny opis projektu transfor-
Toroidalny
Kubkowy
E
Cut-C
EP
Zwoje
Karkas
Uzwojenie
Cewka
Rdzeñ
Koñcówki
elastyczne
Przekladka
foliowa
Magnes koñcowy
Warstwa
wewnêtrzna
