SST-transformatorernas kärnavfallsberäkning och spoleoptimeringsguide

SST högfrekvensisolert transformerkärnkonstruktion och beräkning

• Materialgenskapers inverkan: Kärnmaterial visar olika förlustbeteenden under olika temperaturer, frekvenser och flödestätheter. Dessa egenskaper utgör grunden för den totala kärnförlusten och kräver en exakt förståelse av de icke-linjära egenskaperna.

• Störfältets interferens: Högfrekventa störmagnetfält runt virvlingarna kan inducera ytterligare kärnförluster. Om dessa parasitförluster inte hanteras korrekt, kan de närma sig det inbyggda materialförlusterna.

• Dynamiska driftförhållanden: I LLC- och CLLC-resonanskretsar varierar spänningssignalformen och driftfrekvensen som appliceras på kärnan dynamiskt, vilket gör momentan förlustberäkning betydligt mer komplex.

• Simulering och designkrav: På grund av det kopplade multivariabla och starkt icke-linjära systemet är det svårt att manuellt uppnå en noggrann total förlustuppskattning. Precis modellering och simulering med specialiserade mjukvaruverktyg är nödvändigt.

• Kylning och förlustkrav: Högpresterande högfrekvenstransformatorer har ett mindre yta-till-kapacitetsförhållande, vilket kräver tvingad kylningslösningar. Kärnförluster i nanokristallina material måste beräknas noggrant och kombineras med termisk analys av kylningsystemet för att utvärdera temperaturökningen.

(1) Virvlingdesign och beräkning
AC-förluster: Vid höga frekvenser leder ökad strömfrekvens till högre virvlingsmotstånd. Impedansen per ledningsenhet måste beräknas med specifika formler.

(2) Strömförluster

Ytverkan: När AC-ström flödar genom en rund ledare genereras koncentriska alternerande magnetfält, vilket inducerar strömförluster.
Närhetsverkan: I flerskiktiga virvlingar påverkar strömmen i ett lager strömfördelningen i närliggande lager. Förhållandet mellan AC- och DC-motstånd måste beräknas med Dowells formel.

där △ är förhållandet mellan virvlingsdjupet och huden, och p är antalet virvlingslager);
Riskvarning: Virvlingar som är utformade av oerfarna ingenjörer kan ha högfrekventa AC-förluster flera gånger större än kopparförlusterna för en 50 Hz-transformator med samma kapacitet.

Problem med amorfa och nanokristallina material

(1) Kärnkonsistensproblem

Även inom samma batch och identiska specifikationer kan nanokristallina kärnor visa betydande skillnader i uppvärmning (förluster) vid högfrekvent strömexcitation. Inkomstkontroll krävs genom parametrar som vikt (som indikerar densitet/fyllningsfaktor), Q-värde (för att bedöma förluster), induktans (för att utvärdera permeabilitet) och temperaturuppvärmningstest under effekt för att utvärdera förluster.

(2) Förlust och materialbegränsningar

Skärandeförlust: Magnetfältkoncentration vid skärservar ökar strömförlusterna, vilket gör dessa områden till de hetaste punkterna och undergräver den termiska stabiliteten.
Ojämn förlustfördelning: Utöver skärservar finns det fortfarande flera heta punkter längs det magnetiska banan.
Materialbegränsningar: Amorfa och nanokristallina material har svårt att uppfylla resonanskretsens krav på låg permeabilitet. De genererar betydande buller under 16 kHz och är mycket känsliga för mekanisk stress.