Посібник з розрахунку втрат у серцевині трансформатора SST та оптимізації обмоток

Конструювання та розрахунок високочастотного ізольованого трансформатора SST

• Вплив характеристик матеріалу: Матеріал сердечника демонструє різні втрати при різних температурах, частотах та густині магнітної потужності. Ці характеристики формують основу загальних втрат сердечника і потребують точного розуміння нелінійних властивостей.

• Перешкоди від біжучих магнітних полів: Високочастотні біжучі магнітні поля навколо обмоток можуть спричинити додаткові втрати сердечника. Якщо ці паразитні втрати не керуються належним чином, вони можуть наблизитися до внутрішніх втрат матеріалу.

• Динамічні умови роботи: У резонансних колах LLC та CLLC, напруга та частота, які застосовуються до сердечника, змінюються динамічно, що значно ускладнює розрахунок моментальних втрат.

• Вимоги до моделювання та розрахунків: З урахуванням зв'язаних багатофакторних та сильно нелінійних властивостей системи, точне оцінювання загальних втрат важко досягти вручну. Необхідне точне моделювання та симуляція за допомогою спеціалізованих програмних засобів.

• Вимоги до охолодження та втрат: Високопотужні високочастотні трансформатори мають менший відношення площі поверхні до ємності, що вимагає примусового охолодження. Втрати сердечника в нанокристалічних матеріалах повинні бути точно розраховані та поєднані з термічним аналізом системи охолодження для оцінки підвищення температури.

(1) Конструювання та розрахунок обмоток
Альтернативні втрати: При високих частотах, збільшення частоти струму призводить до зростання опору обмоток. Імпеданс на одиницю провідника повинен бути розрахований за допомогою специфічних формул.

(2) Втрати через вихрові струми

Ефект шкіри: Коли альтернативний струм проходить через круглий провідник, генеруються концентричні альтернативні магнітні поля, що викликають втрати через вихрові струми.
Ефект близькості: У багатошарових обмотках, струм у одному шарі впливає на розподіл струму в суміжних шарах. Співвідношення опору АС до ДС повинно бути розраховане за формулою Дауела.

де △ — співвідношення товщини обмотки до глибини шкіри, а p — кількість шарів обмотки);
Попередження про ризик: Обмотки, спроектовані невдосканаленими інженерами, можуть мати втрать від альтернативного струму, які на кілька разів перевищують втрати від струму прямого струму у трансформаторі з такою ж потужністю при 50 Гц.

Проблеми з аморфними та нанокристалічними матеріалами

(1) Проблеми з однорідністю сердечника

Навіть в межах однієї партії та однакових специфікацій, нанокристалічні сердечники можуть показувати значні відмінності в нагріванні (втраченні) під дією високочастотного струму. Потрібна входна перевірка за параметрами, такими як вага (що вказує на густину/фактор заповнення), Q-значення (для оцінки втрат), індуктивність (для оцінки перетворювального співвідношення) та тестування підвищення температури при надходженні енергії для оцінки втрат.

(2) Втрати та обмеження матеріалу

Втрати на нарізаних краях: Концентрація магнітного поля на нарізаних краях збільшує втрати через вихрові струми, роблячи ці області найгарячішими та підриваючи термічну стабільність.
Нерівномірний розподіл втрат: Окрім нарізаних країв, існують багато гарячих точок вздовж магнітного шляху.
Обмеження матеріалу: Аморфні та нанокристалічні матеріали важко задовольняють вимоги резонансних контурів до низької перетворювальної здатності. Вони генерують значний шум нижче 16 кГц та є високо чутливими до механічних напружень.