Ръководство за изчисление на загубите в ядрото на SST трансформатор и оптимизация на обмотките

Проектиране и изчисление на ядро на високочестотен трансформатор с изолация

• Влияние на характеристиките на материала: Материалът на ядрото показва различно поведение на загубите при различни температури, честоти и плътности на потока. Тези характеристики формират основата на общите загуби в ядрото и изискват точна информация за нелинейните свойства.

• Интерференция от разсеяно магнитно поле: Високочестотните разсеяни магнитни полета около обмотките могат да индуцират допълнителни загуби в ядрото. Ако не се управляват правилно, тези паразитни загуби може да достигнат вградените загуби на материала.

• Динамични условия на работа: В резонансни вериги LLC и CLLC, вълновата форма на напрежението и работната честота, приложени към ядрото, се изменят динамично, което прави моментното изчисление на загубите значително по-сложено.

• Изисквания за моделиране и проектиране: Следствие на свързаната многопроменлива и силно нелинейна природа на системата, точното изчисление на общите загуби е трудно за извършване ръчно. Есенциални са прецизни модели и симулации, използвайки специализирани софтуерни инструменти.

• Изисквания за охлаждане и загуби: Високомощните високочестотни трансформатори имат по-малко отношение площ-капацитет, което изисква принудително охлаждане. Загубите в ядрото от нанокристални материали трябва да бъдат точно изчислени и комбинирани с термичен анализ на системата за охлаждане, за да се оцени температурното увеличение.

(1) Проектиране и изчисление на обмотките
Загуби AC: При високи честоти, увеличената честота на тока води до по-високо съпротивление на обмотките. Импедансът на единица проводник трябва да бъде изчислен с помощта на специфични формули.

(2) Загуби от завихрящи се токове

Ефект на кожата: Когато AC ток протича през кругов проводник, се генерира концентрично променливо магнитно поле, което индуцира загуби от завихрящи се токове.
Ефект на близостта: В многослойни обмотки, токът в един слой влияе на разпределението на тока в съседните слоеве. Съотношението на съпротивленията AC-DC трябва да бъде изчислена с помощта на формулата на Dowell.

където △ е съотношението на дебелината на обмотката към дълбочина на кожата, а p е броят на слоевете обмотка);
Предупреждение за риск: Обмотки, проектирани от неопитни инженери, могат да изпитат загуби от високочестотен AC няколко пъти по-големи от медните загуби на 50Hz трансформатор със същата капацитет.

Проблеми с аморфни и нанокристални материали

(1) Проблеми с консистентността на ядрото

Дори и в рамките на една и съща партида и с еднакви спецификации, нанокристалните ядра могат да показват значителни различия в затоплянето (загубите) при високочестотно възбудване. Изисква се входящ контрол чрез параметри като тегло (показващо плътност/фактор на запълване), Q-стойност (оценка на загубите), индуктивност (оценка на проникаемостта) и тест за температурно увеличение при подаване на мощност, за да се оцени загубата.

(2) Загуби и ограничения на материала

Загуби на отрязаните краища: Концентрацията на магнитното поле на отрязаните краища увеличава загубите от завихрящи се токове, правейки тези области най-топли и компрометиращи термичната стабилност.
Неравномерно разпределение на загубите: Освен отрязаните краища, съществуват множество горещи точки по магнитния път.
Ограничения на материала: Аморфните и нанокристалните материали трудно удовлетворяват изискванията на резонансните вериги за ниска проникаемост. Те генерират значителен шум под 16 kHz и са високо чувствителни към механични напрежения.