SST-transformatorers kernejtaberegning og spændingsoptimeringsguide

SST højfrekvens isoleret transformerkerne design og beregning

• Materialeegenskabers indflydelse: Kernenematerialer viser forskellige tabmønstre under forskellige temperaturer, frekvenser og fluksdensiteter. Disse egenskaber danner grundlag for det samlede kernetab og kræver præcis forståelse af de ikke-lineære egenskaber.

• Stray magnetfeltstavling: Højfrekvens stray magnetfelter omkring vindinger kan inducere yderligere kernetab. Hvis disse parasitiske tab ikke håndteres korrekt, kan de nærme sig de intrinsiske materialetab.

• Dynamiske driftsforhold: I LLC og CLLC resonanskredsløb varierer spændingsbølgeformen og driftsfrekvensen, der anvendes på kernen, dynamisk, hvilket gør øjeblikkelige tabberegninger betydeligt mere komplekse.

• Simulering og designkrav: På grund af det koblet multivariable og højtnon-lineære system er præcis estimering af det samlede tab svær at opnå manuelt. Præcis modellering og simulering med specialiserede softwareværktøjer er afgørende.

• Køling og tabkrav: Højspænding højfrekvens-transformatorer har en mindre overfladeareal-forhold til kapacitet, hvilket kræver tvungen køling. Kernetab i nanokrystalline materialer skal beregnes præcist og kombineres med termisk analyse af kølesystemet for at vurdere temperaturstigning.

(1) Vindingdesign og beregning
AC-tab: Ved højfrekvens fører øget strømfrekvens til højere vindingmodstand. Impedancen per enhed konduktør skal beregnes ved hjælp af specifikke formler.

(2) Omgående strømstab

Skin-effekt: Når AC-strøm løber igennem en rund leder, genereres koncentriske alternativt magnetiske felter, som inducerer omgående strømstab.
Nærhedseffekt: I flerlaget vindinger påvirker strømmen i et lag strømfordelingen i nabolag. Forholdet mellem AC- og DC-modstand skal beregnes ved hjælp af Dowells formel.

hvor △ er forholdet mellem vindingtykkelsen og skin-dybden, og p er antallet af vindinglag);
Risikoadvarsel: Vindinger, der er designet af uerfarne ingeniører, kan opleve højfrekvens AC-tab flere gange større end koppartabene hos en 50Hz-transformator med samme kapacitet.

Problemer med amorphe og nanokrystalline materialer

(1) Kernekonsistensproblemer

Selv inden for samme parti og identiske specifikationer kan nanokrystalline kerne vise betydelige forskelle i opvarmning (tab) under højfrekvensstrømopspænding. Indgangskontrol er nødvendig via parametre såsom vægt (indikerer densitet/fyldfaktor), Q-værdi (vurderer tab), induktance (evaluerer permeabilitet) og temperaturstigningstest under effekt for at vurdere tab.

(2) Tab og materialebegrænsninger

Kanttab: Magnetfeltkoncentration ved kantedele øger omgående strømstab, hvilket gør disse områder til de varmeste punkter og underminerer den termiske stabilitet.
Ulige tabfordeling: Ud over kantedele findes der stadig flere hede punkter langs magnetbanen.
Materialebegrænsninger: Amorphe og nanokrystalline materialer har vanskeligt ved at opfylde resonnanskredsløbskrav for lav permeabilitet. De genererer betydelig støj under 16 kHz og er meget følsomme over for mekanisk stress.