Przewodnik do obliczania strat w rdzeniu transformatora SST i optymalizacji cewek

Projektowanie i obliczanie rdzenia wysokoczęstotliwościowego transformatora izolowanego SST

• Wpływ charakterystyk materiałów: Materiał rdzenia wykazuje różne zachowanie strat pod różnymi temperaturami, częstotliwościami i gęstościami strumienia magnetycznego. Te cechy stanowią podstawę całkowitych strat rdzenia i wymagają precyzyjnego zrozumienia właściwości nieliniowych.

• Interferencja pola magnetycznego poboczna: Wysokoczęstotliwościowe pola magnetyczne w pobliżu cewek mogą indukować dodatkowe straty w rdzeniu. Jeśli nie są one odpowiednio zarządzane, te straty pasożytnicze mogą zbliżyć się do naturalnych strat materiałowych.

• Dynamiczne warunki pracy: W obwodach rezonansowych LLC i CLLC, kształt fali napięcia i częstotliwość pracy zastosowane do rdzenia zmieniają się dynamicznie, co znacznie komplikuje obliczenie chwilowych strat.

• Wymagania symulacyjne i projektowe: Ze względu na sprzężoną wielowartościową i highly nonlinear nature of the system, dokładne oszacowanie całkowitych strat jest trudne do uzyskania ręcznie. Precyzyjne modelowanie i symulacja przy użyciu specjalistycznych narzędzi oprogramowania są niezbędne.

• Wymagania chłodzenia i strat: Wysokomocy wysokoczęstotliwościowe transformatory mają mniejsze proporcje powierzchni do pojemności, co wymaga wymuszonego chłodzenia. Straty w rdzeniu w materiałach nanokrystalicznych muszą być dokładnie obliczone i połączone z analizą termiczną systemu chłodzenia, aby ocenić wzrost temperatury.

(1) Projektowanie i obliczanie cewek
Straty przemiennicze: Przy wysokich częstotliwościach, zwiększenie częstotliwości prądu prowadzi do wyższego oporu cewki. Impedancja na jednostkę przewodnika musi być obliczona za pomocą specyficznych wzorów.

(2) Straty wirnikowe

Efekt skórny: Gdy prąd przemienny płynie przez okrągły przewodnik, generowane są koncentryczne pola magnetyczne, indukujące straty wirnikowe.
Efekt bliskości: W wielowarstwowych cewkach, prąd w jednej warstwie wpływa na rozkład prądu w sąsiednich warstwach. Stosunek oporu przemiennego do stałego musi być obliczony za pomocą wzoru Dowella.

gdzie △ to stosunek grubości cewki do głębokości efektu skórny, a p to liczba warstw cewki);
Ostrzeżenie dotyczące ryzyka: Cewki zaprojektowane przez inżynierów bez doświadczenia mogą ponosić straty przemiennicze o wiele większe niż straty miedziane transformatora 50 Hz o tej samej pojemności.

Problemy z materiałami amorficznymi i nanokrystalicznymi

(1) Problemy z jednorodnością rdzenia

Nawet w ramach tej samej partii i identycznych specyfikacji, rdzenie nanokrystaliczne mogą wykazywać istotne różnice w ogrzewaniu (stratach) pod wpływem wysokoczęstotliwościowego pobudzenia prądem. Kontrola wejściowa jest wymagana poprzez parametry takie jak waga (wskazująca gęstość/współczynnik wypełnienia), wartość Q (oceniająca straty), indukcyjność (oceniająca przenikalność magnetyczną) oraz testowanie wzrostu temperatury pod napieciem, aby ocenić straty.

(2) Ograniczenia strat i materiałów

Straty na krawędziach cięcia: Koncentracja pola magnetycznego na krawędziach cięcia zwiększa straty wirnikowe, czyniąc te obszary najgorętszymi punktami i narażającymi na zagrożenia termiczne.
Nierównomierny rozkład strat: Oprócz krawędzi cięcia, istnieją jeszcze wiele gorących punktów wzdłuż ścieżki magnetycznej.
Ograniczenia materiałowe: Materiały amorficzne i nanokrystaliczne mają trudności z spełnieniem wymagań obwodów rezonansowych dla niskiej przenikalności. Generują one znaczny hałas poniżej 16 kHz i są bardzo wrażliwe na stres mechaniczny.