Vodič za izračun gubitaka u jezgru SST transformatora i optimizaciju zavoja

Dizajn i izračun jezgre visokofrekventnog izoliranog transformatora

• Uticaj karakteristika materijala: Materijal jezgre pokazuje različito ponašanje gubitaka pod različitim temperaturama, frekvencijama i gustoćama magnetne fluksije. Ove karakteristike čine osnovu ukupnih gubitaka jezgre i zahtijevaju precizno razumijevanje nelinearnih svojstava.

• Interferencija stranih magnetskih polja: Visokofrekventna strana magnetska polja oko navoja može inducirati dodatne gubitke jezgre. Ako nisu pravilno upravljanje, ovi parazitni gubitci mogu doseći intrinzične gubitke materijala.

• Dinamičke radne uvjete: U LLC i CLLC rezonantnim krugovima, talasni oblik napona i radna frekvencija primjenjena na jezgru variraju dinamički, što značajno komplicira izračun trenutnih gubitaka.

• Simulacija i zahtjevi dizajna: Zbog spojenog višepromjenljivog i vrlo nelinearnog prirode sustava, točno procjenjivanje ukupnih gubitaka ručno je teško postići. Precizno modeliranje i simulacija korištenjem specijaliziranih softverskih alata su nužni.

• Hlađenje i zahtjevi gubitaka: Visokosnopni visokofrekventni transformatori imaju manju površinu prema kapacitetu, što zahtijeva prisilno hlađenje. Gubitci jezgre u nanokristalnim materijalima moraju biti precizno izračunati i kombinirani s termičkom analizom sustava hlađenja kako bi se procijenio porast temperature.

(1) Dizajn i izračun navoja
AC gubitci: Na visokim frekvencijama, povećana frekvencija struje dovodi do većeg otpora navoja. Impedancija po jedinici vodnika mora biti izračunata koristeći specifične formule.

(2) Gubitci cirkulacijskih struja

Efekt kože: Kada AC struja teče kroz okrugli vodnik, generiraju se koncentrični alternativni magnetski polja, inducirajući gubitke cirkulacijskih struja.
Efekt blizine: U više slojevima navoja, struja u jednom sloju utječe na raspodjelu struje u susjednim slojevima. Omjer otpora AC-DC mora biti izračunat koristeći Dowellovu formulu.

gdje je △ omjer debljine navoja prema dubini kože, a p broj slojeva navoja);
Upozorenje na rizik: Navoje dizajnirani od strane neiskusnih inženjera mogu patiti visokofrekventne AC gubitke nekoliko puta veće od bakrenih gubitaka 50Hz transformatora iste snage.

Problemi s amorfim i nanokristalnim materijalima

(1) Problemi s konzistentnošću jezgre

Čak i unutar iste serije i identičnih specifikacija, nanokristalne jezgre mogu pokazivati značajne razlike u zagrijavanju (gubitcima) pod visokofrekventnom strujom. Potrebna je ulazna kontrola kroz parametre poput težine (koja indicira gustocu/faktor ispune), Q-vrijednosti (procjenu gubitaka), induktivnosti (evaluaciju permeabilnosti) i testiranje porasta temperature pod snagu za evaluaciju gubitaka.

(2) Gubitci i ograničenja materijala

Gubitci na presjecima: Koncentracija magnetskog polja na presjecima povećava gubitke cirkulacijskih struja, čineći te područja najtoplijim točkama i kompromitirajući termičku stabilnost.
Neravnomjerna distribucija gubitaka: Pored presjecnih rubova, postoji više točaka visoke temperature duž magnetske staze.
Ograničenja materijala: Amorfni i nanokristalni materijali teško zadovoljavaju zahtjeve rezonantnih krugova za nisku permeabilnost. Generiraju značajni šum ispod 16 kHz i vrlo su osjetljivi na mehanički stres.