Vodič za izračunavanje gubitaka u jezgru SST transformatora i optimizaciju ovijanja

Dizajn i izračunavanje jezgre visokofrekventnog transformatora sa izolacijom

• Uticaj karakteristika materijala: Materijal jezgre pokazuje različito ponašanje gubitaka pod različitim temperaturama, frekvencijama i gustoćama fluksa. Ove karakteristike čine osnovu ukupnih gubitaka jezgre i zahtevaju precizno razumevanje nelinearnih svojstava.

• Interferencija stranih magnetskih polja: Visokofrekventna strana magnetska polja oko navoja može indukovati dodatne gubitke jezgre. Ako nisu pravilno upravljani, ovi parazitni gubitci mogu doći do intrinzičnih gubitaka materijala.

• Dinamičke uslove rada: U rezonantnim krugovima LLC i CLLC, talasni oblik napona i radna frekvencija primenjena na jezgru variraju dinamički, što značajno komplikuje izračunavanje trenutnih gubitaka.

• Simulacija i zahtevi dizajna: Zbog spojenog multivarijabilnog i visoko nelinearnog karaktera sistema, tačno procenjivanje ukupnih gubitaka ručno je teško dostići. Precizno modeliranje i simulacija koristeći specijalizovane softverske alate su neophodni.

• Hlađenje i zahtevi za gubitcima: Visokosnažni visokofrekventni transformatori imaju manju površinu prema kapacitetu, što zahteva prisilno hlađenje. Gubitci jezgre u nanokristalnim materijalima moraju biti precizno izračunati i kombinirani sa termičkom analizom sistema hlađenja kako bi se ocenio porast temperature.

(1) Dizajn i izračunavanje navoja
AC gubitci: Na visokim frekvenama, povećana frekvencija struje dovodi do veće otpornosti navoja. Impedansa po jedinici vodnika mora biti izračunata korišćenjem specifičnih formula.

(2) Gubitci vihurnih struja

Efekat kože: Kada AC struja teče kroz okrugli vodnik, generišu se koncentrični alternativni magnetski polja, indukujući gubitke vihurnih struja.
Efekat blizine: U višeslojnim navojima, struja u jednom sloju utiče na raspodelu struje u susednim slojevima. Omjer otpornosti AC/DC mora biti izračunat korišćenjem Dowellove formule.

gde je △ omjer debljine navoja i dubine kože, a p broj slojeva navoja);
Upozorenje na rizik: Navoji dizajnirani od strane neiskusnih inženjera mogu patiti visokofrekventne AC gubitke nekoliko puta veće od gubitaka bakra 50Hz transformatora iste snage.

Problemi sa amorfim i nanokristalnim materijalima

(1) Problemi sa konzistentnošću jezgre

Čak i unutar iste serije i identičnih specifikacija, nanokristalne jezgre mogu pokazati značajne razlike u zagrevanju (gubitcima) pod visokofrekventnim strujnim pobudama. Potrebna je prijemna inspekcija kroz parametre kao što su težina (koja ukazuje na gustinu/faktor ispunjenosti), Q-vrednost (procena gubitaka), induktivnost (procena permeabilnosti) i testiranje porasta temperature pod napajanjem kako bi se ocenili gubitci.

(2) Gubitci i ograničenja materijala

Gubitci na rezu: Koncentracija magnetskog polja na rezu povećava gubitke vihurnih struja, čineći ove područja najtoplijim tačkama i kompromitirajući termičku stabilnost.
Neravnomerna raspodela gubitaka: Pored reza, postoji još točaka visoke temperature duž magnetske putanje.
Ograničenja materijala: Amorfi i nanokristalni materijali teše da ispunjavaju zahteve rezonantnih krugova za nisku permeabilnost. Oni generišu značajni buku ispod 16 kHz i su visoko osetljivi na mehanički stres.