Leitfaden zur Berechnung des Kernverlusts von SST-Transformator und zur Wicklungsoptimierung

SST Hochfrequenz-isolierter Transformator Kern-Design und Berechnung

• Materialcharakteristiken: Das Kernmaterial zeigt unterschiedliches Verlustverhalten bei verschiedenen Temperaturen, Frequenzen und Flussdichten. Diese Eigenschaften bilden die Grundlage der gesamten Kernverluste und erfordern eine genaue Kenntnis der nichtlinearen Eigenschaften.

• Störende Magnetfelder: Hochfrequente störende Magnetfelder in der Umgebung der Wicklungen können zusätzliche Kernverluste verursachen. Wenn diese parasitären Verluste nicht richtig bewältigt werden, können sie den inhärenten Materialverlusten nahekommen.

• Dynamische Betriebsbedingungen: In LLC- und CLLC-Resonanzschaltkreisen variieren die an den Kern angelegte Spannungswelle und die Betriebshäufigkeit dynamisch, was die Berechnung der Momentanverluste erheblich komplexer macht.

• Simulation und Designanforderungen: Aufgrund der gekoppelten Mehrvariablen- und hochgradig nichtlinearen Natur des Systems ist eine manuelle genaue Gesamtverlustabschätzung schwierig. Genauere Modellierung und Simulation mit spezialisierten Softwaretools sind unerlässlich.

• Kühlungs- und Verlustanforderungen: Hochleistungshochfrequenztransformator haben ein kleineres Verhältnis von Oberfläche zu Kapazität, was gezwungene Kühlung erfordert. Die Kernverluste in nanokristallinen Materialien müssen genau berechnet und mit der thermischen Analyse des Kühlsystems kombiniert werden, um die Temperaturerhöhung zu beurteilen.

(1) Wicklung-Design und -Berechnung
Wechselstromverluste: Bei hohen Frequenzen führt eine erhöhte Stromfrequenz zu höherem Widerstand der Wicklungen. Der Impedanzwert pro Leiter muss mit spezifischen Formeln berechnet werden.

(2) Wirbelstromverluste

Hautwirkung: Wenn Wechselstrom durch einen runden Leiter fließt, werden konzentrische wechselnde Magnetfelder erzeugt, die Wirbelstromverluste induzieren.
Näheffekt: Bei mehrschichtigen Wicklungen beeinflusst der Strom in einer Schicht die Stromverteilung in benachbarten Schichten. Das Verhältnis von Wechselstrom- zu Gleichstromwiderstand muss mit Dowells Formel berechnet werden.

wo △ das Verhältnis von Wicklungsdicke zur Hauttiefe und p die Anzahl der Wicklungsschichten ist);
Risikowarnung: Wicklungen, die von unerfahrenen Ingenieuren entworfen werden, können Wechselstromverluste erleiden, die mehrere Male höher sind als die Kupferverluste eines 50Hz-Transformators gleicher Kapazität.

Probleme mit amorphen und nanokristallinen Materialien

(1) Kern-Konsistenzprobleme

Selbst innerhalb derselben Charge und identischer Spezifikationen können nanokristalline Kerne unter Hochfrequenz-Stromaufregung erhebliche Unterschiede in der Erwärmung (Verluste) aufweisen. Eine eingehende Prüfung ist erforderlich, indem Parameter wie Gewicht (Dichte/Füllfaktor), Q-Wert (Verluste), Induktivität (Permeabilität) und Temperaturanstiegstests unter Last durchgeführt werden, um die Verluste zu bewerten.

(2) Verlust- und Materialbegrenzungen

Abschnittsrandverluste: Die Konzentration des Magnetfeldes an Schnittkanten erhöht die Wirbelstromverluste, wodurch diese Bereiche die heißesten Stellen und die thermische Stabilität beeinträchtigt werden.
Ungleichmäßige Verlustverteilung: Neben den Schnittkanten gibt es entlang des magnetischen Pfades noch mehrere heiße Stellen.
Materialbegrenzungen: Amorphe und nanokristalline Materialien haben Schwierigkeiten, den Anforderungen von Resonanzschaltkreisen an geringe Permeabilität gerecht zu werden. Sie erzeugen signifikanten Lärm unter 16 kHz und sind sehr empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung.