Guía de Cálculo da Perda no Núcleo do Transformador SST e Optimización do Enroscado

Deseño e cálculo do núcleo do transformador de alta frecuencia SST

• Impacto das características do material: O material do núcleo presenta un comportamento de perdas variable en función da temperatura, da frecuencia e da densidade de fluxo. Estas características forman a base das perdas totais do núcleo e requiren unha comprensión precisa das propiedades non lineares.

• Interferencia do campo magnético estrayado: Os campos magnéticos estrayados de alta frecuencia arredor dos devandos poden inducir perdas adicionais no núcleo. Se non se xestionan correctamente, estas perdas parasíticas poden aproximar as perdas intrínsecas do material.

• Condicións de funcionamento dinámico: Nas circuitos resonantes LLC e CLLC, a forma de onda do voltaxe e a frecuencia de funcionamento aplicada ao núcleo varían dinamicamente, facendo que o cálculo instantáneo das perdas sexa significativamente máis complexo.

• Requisitos de simulación e deseño: Debido á natureza acoplada multi-variable e altamente non linear do sistema, a estimación precisa das perdas totais é difícil de lograr manualmente. Son esenciais o modelado e a simulación precisos utilizando ferramentas de software especializadas.

• Requisitos de refrixeración e perdas: Os transformadores de alta potencia e alta frecuencia teñen unha menor relación superficie/capacidade, polo que se require refrixeración forzada. As perdas no núcleo en materiais nanocristalinos deben calcularse con precisión e combinarse coa análise térmica do sistema de refrixeración para avaliar o aumento de temperatura.

(1) Deseño e cálculo do devando
Perdas AC: A alta frecuencia, o aumento da frecuencia da corrente leva a unha maior resistencia do devando. A impedancia por unidade de conductor debe calcularse usando fórmulas específicas.

(2) Perdas por correntes de Foucault

Efecto de pele: Cando a corrente AC fluye a través dun condutor redondo, xéranse campos magnéticos alternativos concéntricos, inducindo perdas por correntes de Foucault.
Efecto de proximidade: Nos devandos de varias capas, a corrente nunha capa afecta a distribución da corrente nas capas adxacentes. A relación de resistencia AC/DC debe calcularse usando a fórmula de Dowell.

onde △ é a relación entre o grosor do devando e a profundidade de pele, e p é o número de capas de devando);
Aviso de risco: Os devandos deseñados por enxeñeiros sen experiencia poden sufrir perdas AC de alta frecuencia varias veces maiores que as perdas de cobre dun transformador de 50Hz da mesma capacidade.

Problemas con materiais amorfo e nanocristalino

(1) Problemas de consistencia do núcleo

Aínda dentro do mesmo lote e con especificacións idénticas, os núcleos nanocristalinos poden presentar diferenzas significativas no aquecemento (perdas) baixo excitación de corrente de alta frecuencia. É necesario un control de entrada a través de parámetros como o peso (indicando densidade/factor de recheo), o valor Q (avalía as perdas), a inductancia (evalúa a permeabilidade) e a proba de aumento de temperatura baixo potencia para avaliar as perdas.

(2) Limitacións de perdas e material

Perdas nos bordos cortados: A concentración do campo magnético nos bordos cortados aumenta as perdas por correntes de Foucault, facendo destas áreas os puntos máis calientes e comprometendo a estabilidade térmica.
Distribución desigual de perdas: Alemén dos bordos cortados, aínda existen múltiples puntos calidos ao longo do camiño magnético.
Limitacións do material: Os materiais amorfo e nanocristalino teñen dificultades para cumprir os requisitos dos circuitos resonantes de baixa permeabilidade. Xeran un ruído significativo por debaixo dos 16 kHz e son moi sensibles ao estrés mecánico.