Guide de calcul de la perte du noyau du transformateur SST et d'optimisation du bobinage

Conception et calcul du noyau de transformateur haute fréquence isolé SST

• Impact des caractéristiques du matériau : Le matériau du noyau présente des pertes variables en fonction de la température, de la fréquence et de la densité de flux. Ces caractéristiques forment la base des pertes totales du noyau et nécessitent une compréhension précise des propriétés non linéaires.

• Interférences du champ magnétique parasite : Les champs magnétiques parasites à haute fréquence autour des enroulements peuvent induire des pertes supplémentaires dans le noyau. Si elles ne sont pas correctement gérées, ces pertes parasiques peuvent approcher les pertes intrinsèques du matériau.

• Conditions de fonctionnement dynamiques : Dans les circuits résonnants LLC et CLLC, la forme d'onde de tension et la fréquence de fonctionnement appliquées au noyau varient dynamiquement, rendant le calcul instantané des pertes considérablement plus complexe.

• Exigences de simulation et de conception : En raison de la nature multivariable couplée et fortement non linéaire du système, l'estimation manuelle des pertes totales est difficile. La modélisation et la simulation précises à l'aide d'outils logiciels spécialisés sont essentielles.

• Exigences de refroidissement et de pertes : Les transformateurs haute puissance et haute fréquence ont un rapport surface-capacité plus faible, nécessitant un refroidissement forcé. Les pertes dans les matériaux nanocristallins doivent être calculées avec précision et combinées à l'analyse thermique du système de refroidissement pour évaluer la montée en température.

(1) Conception et calcul des enroulements
Pertes AC : À haute fréquence, l'augmentation de la fréquence du courant entraîne une résistance plus élevée des enroulements. L'impédance par unité de conducteur doit être calculée à l'aide de formules spécifiques.

(2) Pertes par courants de Foucault

Effet de peau : Lorsqu'un courant alternatif circule dans un conducteur rond, des champs magnétiques concentriques alternés sont générés, induisant des pertes par courants de Foucault.
Effet de proximité : Dans les enroulements multicouches, le courant dans une couche affecte la distribution du courant dans les couches adjacentes. Le rapport de résistance AC/CC doit être calculé à l'aide de la formule de Dowell.

où △ est le rapport de l'épaisseur de l'enroulement à la profondeur de peau, et p est le nombre de couches d'enroulement);
Avertissement de risque : Les enroulements conçus par des ingénieurs inexpérimentés peuvent subir des pertes AC à haute fréquence plusieurs fois supérieures aux pertes cuivre d'un transformateur de même capacité à 50 Hz.

Problèmes liés aux matériaux amorphes et nanocristallins

(1) Problèmes de cohérence du noyau

Même au sein du même lot et des mêmes spécifications, les noyaux nanocristallins peuvent présenter des différences significatives en termes de chauffage (pertes) sous excitation par courant à haute fréquence. Un contrôle entrant est nécessaire via des paramètres tels que le poids (indiquant la densité/facteur de remplissage), la valeur Q (évaluant les pertes), l'inductance (évaluant la perméabilité) et les tests de montée en température sous alimentation pour évaluer les pertes.

(2) Limitations des pertes et du matériau

Pertes aux bords coupés : La concentration du champ magnétique aux bords coupés augmente les pertes par courants de Foucault, faisant de ces zones les points les plus chauds et compromettant la stabilité thermique.
Répartition inégale des pertes : En plus des bords coupés, plusieurs points chauds existent encore le long du chemin magnétique.
Limitations du matériau : Les matériaux amorphes et nanocristallins ont du mal à répondre aux exigences des circuits résonnants en termes de basse perméabilité. Ils génèrent un bruit important en dessous de 16 kHz et sont très sensibles aux contraintes mécaniques.