Guia de Cálculo da Perda no Núcleo do Transformador SST e Otimização de Enrolamento

Projeto e Cálculo do Núcleo do Transformador de Alta Frequência Isolado SST

• Impacto das Características do Material: O material do núcleo exibe comportamento de perdas variável sob diferentes temperaturas, frequências e densidades de fluxo. Essas características formam a base da perda total do núcleo e requerem uma compreensão precisa das propriedades não lineares.

• Interferência de Campo Magnético Parasita: Campos magnéticos parasitas de alta frequência ao redor dos enrolamentos podem induzir perdas adicionais no núcleo. Se não gerenciadas adequadamente, essas perdas parasitas podem se aproximar das perdas intrínsecas do material.

• Condições Operacionais Dinâmicas: Em circuitos ressonantes LLC e CLLC, a forma de onda da tensão e a frequência de operação aplicada ao núcleo variam dinamicamente, tornando o cálculo instantâneo de perdas significativamente mais complexo.

• Requisitos de Simulação e Projeto: Devido à natureza acoplada, multivariável e altamente não linear do sistema, a estimativa precisa de perdas totais é difícil de ser alcançada manualmente. A modelagem e simulação precisas usando ferramentas de software especializadas são essenciais.

• Requisitos de Resfriamento e Perdas: Transformadores de alta potência e alta frequência têm uma menor razão de área superficial por capacidade, necessitando resfriamento forçado. As perdas no núcleo em materiais nanocristalinos devem ser calculadas com precisão e combinadas com a análise térmica do sistema de resfriamento para avaliar o aumento de temperatura.

(1) Projeto e Cálculo do Enrolamento
Perdas AC: Em altas frequências, o aumento da frequência da corrente leva a uma maior resistência do enrolamento. A impedância por unidade de condutor deve ser calculada usando fórmulas específicas.

(2) Perdas por Correntes de Foucault

Efeito de Pele: Quando a corrente AC flui através de um condutor redondo, campos magnéticos alternados concêntricos são gerados, induzindo perdas por correntes de Foucault.
Efeito de Proximidade: Em enrolamentos multicamadas, a corrente em uma camada afeta a distribuição de corrente nas camadas adjacentes. A relação de resistência AC-DC deve ser calculada usando a fórmula de Dowell.

onde △ é a relação entre a espessura do enrolamento e a profundidade de pele, e p é o número de camadas de enrolamento);
Aviso de Risco: Enrolamentos projetados por engenheiros inexperientes podem sofrer perdas AC de alta frequência várias vezes maiores do que as perdas de cobre de um transformador de 50Hz de mesma capacidade.

Problemas com Materiais Amorfos e Nanocristalinos

(1) Problemas de Consistência do Núcleo

Mesmo dentro do mesmo lote e especificações idênticas, núcleos nanocristalinos podem apresentar diferenças significativas no aquecimento (perdas) sob excitação de corrente de alta frequência. É necessário inspeção de entrada através de parâmetros como peso (indicando densidade/fator de preenchimento), valor Q (avaliando perdas), indutância (avaliando permeabilidade) e teste de aumento de temperatura sob potência para avaliar perdas.

(2) Limitações de Perdas e Materiais

Perdas na Borda Cortada: A concentração do campo magnético nas bordas cortadas aumenta as perdas por correntes de Foucault, tornando essas áreas os pontos mais quentes e comprometendo a estabilidade térmica.
Distribuição Desigual de Perdas: Além das bordas cortadas, vários pontos quentes ainda existem ao longo do caminho magnético.
Limitações de Materiais: Materiais amorfos e nanocristalinos têm dificuldade em atender aos requisitos de circuitos ressonantes para baixa permeabilidade. Eles geram ruído significativo abaixo de 16 kHz e são altamente sensíveis ao estresse mecânico.