Guida al Calcolo della Perdita del Nucleo del Trasformatore SST e all'Ottimizzazione dell'Avvolgimento
Progettazione e calcolo del nucleo del trasformatore ad alta frequenza isolato SST
Impatto delle caratteristiche del materiale: Il materiale del nucleo presenta comportamenti di perdita variabili a seconda della temperatura, della frequenza e della densità di flusso. Queste caratteristiche formano la base delle perdite totali del nucleo e richiedono una comprensione precisa delle proprietà non lineari.
Interferenza del campo magnetico disperso: I campi magnetici dispersi ad alta frequenza intorno agli avvolgimenti possono indurre ulteriori perdite nel nucleo. Se non gestiti correttamente, queste perdite parassite possono avvicinarsi alle perdite intrinseche del materiale.
Condizioni operative dinamiche: Nei circuiti risonanti LLC e CLLC, la forma d'onda della tensione e la frequenza di funzionamento applicate al nucleo variano dinamicamente, rendendo significativamente più complesso il calcolo istantaneo delle perdite.
Requisiti di simulazione e progettazione: A causa della natura multi-variabile accoppiata e altamente non lineare del sistema, è difficile ottenere manualmente una stima accurata delle perdite totali. La modellizzazione e la simulazione precise utilizzando strumenti software specializzati sono essenziali.
Raffreddamento e requisiti di perdita: I trasformatori ad alta potenza e alta frequenza hanno un rapporto superficie-capacità inferiore, necessitando di raffreddamento forzato. Le perdite nel nucleo dei materiali nanocristallini devono essere calcolate con precisione e combinate con l'analisi termica del sistema di raffreddamento per valutare l'aumento di temperatura.
(1) Progettazione e calcolo degli avvolgimenti
Perdite in corrente alternata: A frequenze elevate, l'aumento della frequenza della corrente porta a una maggiore resistenza degli avvolgimenti. L'impedenza per unità di conduttore deve essere calcolata utilizzando formule specifiche.
(2) Perdite per correnti vorticoshe
Effetto pelle: Quando la corrente alternata scorre attraverso un conduttore rotondo, si generano campi magnetici alternati concentrici, inducendo perdite per correnti vorticoshe.
Effetto di prossimità: Negli avvolgimenti multi-strato, la corrente in uno strato influenza la distribuzione della corrente negli strati adiacenti. Il rapporto resistenza AC/CC deve essere calcolato utilizzando la formula di Dowell.
dove △ è il rapporto tra lo spessore dell'avvolgimento e la profondità di pelle, e p è il numero di strati di avvolgimento);
Avviso di rischio: Gli avvolgimenti progettati da ingegneri inesperti possono subire perdite in corrente alternata ad alta frequenza diverse volte superiori alle perdite in rame di un trasformatore della stessa capacità a 50Hz.
Problemi con i materiali amorfosi e nanocristallini
(1) Problemi di coerenza del nucleo
Anche all'interno dello stesso lotto e con le stesse specifiche, i nuclei nanocristallini possono presentare differenze significative nel riscaldamento (perdite) sotto eccitazione di corrente ad alta frequenza. È necessario un controllo in entrata tramite parametri come peso (indicante densità/fattore di riempimento), valore Q (valutazione delle perdite), induttanza (valutazione della permeabilità) e test di aumento di temperatura sotto potenza per valutare le perdite.
(2) Perdite e limitazioni del materiale
Perdite ai bordi tagliati: La concentrazione del campo magnetico ai bordi tagliati aumenta le perdite per correnti vorticoshe, rendendo queste aree i punti più caldi e compromettendo la stabilità termica.
Distribuzione ineguale delle perdite: Oltre ai bordi tagliati, esistono ancora diversi punti caldi lungo il percorso magnetico.
Limitazioni del materiale: I materiali amorfosi e nanocristallini faticano a soddisfare i requisiti dei circuiti risonanti per bassa permeabilità. Generano rumore significativo al di sotto di 16 kHz e sono altamente sensibili allo stress meccanico.
