Guía de Cálculo de Pérdidas en el Núcleo del Transformador SST y Optimización del Enrollado
Diseño y cálculo del núcleo de transformador de alta frecuencia aislado SST
Impacto de las características del material: El material del núcleo exhibe un comportamiento de pérdidas variable bajo diferentes temperaturas, frecuencias y densidades de flujo. Estas características forman la base de las pérdidas totales del núcleo y requieren una comprensión precisa de las propiedades no lineales.
Interferencia de campos magnéticos dispersos: Los campos magnéticos dispersos de alta frecuencia alrededor de los devanados pueden inducir pérdidas adicionales en el núcleo. Si no se gestionan adecuadamente, estas pérdidas parásitas pueden acercarse a las pérdidas intrínsecas del material.
Condiciones operativas dinámicas: En circuitos resonantes LLC y CLLC, la forma de onda del voltaje y la frecuencia de operación aplicadas al núcleo varían dinámicamente, lo que hace que el cálculo instantáneo de las pérdidas sea significativamente más complejo.
Requisitos de simulación y diseño: Debido a la naturaleza acoplada multivariable y altamente no lineal del sistema, es difícil lograr una estimación manual precisa de las pérdidas totales. Son esenciales modelados y simulaciones precisas utilizando herramientas de software especializadas.
Requisitos de refrigeración y pérdidas: Los transformadores de alta potencia y alta frecuencia tienen una menor relación de superficie a capacidad, lo que requiere refrigeración forzada. Las pérdidas en el núcleo de materiales nanocristalinos deben calcularse con precisión y combinarse con el análisis térmico del sistema de refrigeración para evaluar el aumento de temperatura.
(1) Diseño y cálculo del devanado
Pérdidas AC: A altas frecuencias, el aumento de la frecuencia de corriente conduce a una mayor resistencia del devanado. La impedancia por unidad de conductor debe calcularse utilizando fórmulas específicas.
(2) Pérdidas por corrientes de Foucault
Efecto piel: Cuando la corriente AC fluye a través de un conductor redondo, se generan campos magnéticos alternos concéntricos, induciendo pérdidas por corrientes de Foucault.
Efecto de proximidad: En devanados de varias capas, la corriente en una capa afecta la distribución de corriente en las capas adyacentes. La relación de resistencia AC/DC debe calcularse utilizando la fórmula de Dowell.
donde △ es la relación entre el espesor del devanado y la profundidad de la piel, y p es el número de capas del devanado);
Advertencia de riesgo: Los devanados diseñados por ingenieros sin experiencia pueden sufrir pérdidas AC de alta frecuencia varias veces mayores que las pérdidas de cobre de un transformador de 50 Hz de la misma capacidad.
Problemas con materiales amorfo y nanocristalino
(1) Problemas de consistencia del núcleo
Incluso dentro del mismo lote y especificaciones idénticas, los núcleos nanocristalinos pueden mostrar diferencias significativas en calentamiento (pérdidas) bajo excitación de corriente de alta frecuencia. Se requiere una inspección de entrada a través de parámetros como peso (indicando densidad/factor de relleno), valor Q (evaluando pérdidas), inductancia (evaluando permeabilidad) y pruebas de aumento de temperatura bajo potencia para evaluar pérdidas.
(2) Pérdidas y limitaciones del material
Pérdidas en los bordes de corte: La concentración del campo magnético en los bordes de corte aumenta las pérdidas por corrientes de Foucault, convirtiendo estos puntos en los más calientes y comprometiendo la estabilidad térmica.
Distribución desigual de pérdidas: Además de los bordes de corte, existen varios puntos calientes a lo largo de la ruta magnética.
Limitaciones del material: Los materiales amorfo y nanocristalino tienen dificultades para cumplir con los requisitos de los circuitos resonantes de baja permeabilidad. Generan ruido significativo por debajo de 16 kHz y son altamente sensibles al estrés mecánico.
