كيف يمكنني تحديد عدد اللفات لكل ملف والحجم المناسب للسلك في محول كهربائي؟

كيف يمكنني تحديد عدد اللفات لكل ملف وحجم السلك لمحول كهربائي؟

تحديد عدد اللفات وحجم السلك للملفات المحولة يتطلب النظر في الجهد، التيار، التردد، خصائص اللب، ومتطلبات الحمل. فيما يلي الخطوات والمعادلات التفصيلية:

I. تعريف معلمات محول كهربائي الأساسية

1. جهد الإدخال/الإخراج (V1,V2): الجهود الأولية والثانوية (بالفولت).

2. القدرة المقننة (P): سعة المحول (بواط أو فولت أمبير).

3. تردد التشغيل (f): عادةً 50 هرتز أو 60 هرتز.

4. معلمات اللب:

• مادة اللب (مثل الفولاذ السيليكوني، الفيريت)

• مساحة تقاطع اللب الفعالة (A، بالمتر المربع)

• كثافة التدفق القصوى (Bmax، بتسلا)

• طول المسار المغناطيسي الكلي (le، بالمتر)

II. حساب عدد اللفات

1. صيغة نسبة اللفات

حيث N1 وN2 هما عدد اللفات للملفات الأولية والثانوية.

2. حساب الجهد لكل لفة

استخدام قانون فاراداي للحث:

إعادة ترتيب لحل N:

المعلمات:

• V: جهد الملف (الأولي أو الثانوي)

• Bmax: كثافة التدفق القصوى (راجع بيانات مادة اللب، مثل 1.2-1.5 تسلا للفولاذ السيليكوني)

• A: مساحة تقاطع اللب الفعالة (بالمتر المربع)

مثال:
تصميم محول 220V/110V، 50Hz، 1kVA مع لب من الفولاذ السيليكوني (Bmax=1.3T,A=0.01m2):

III. تحديد حجم السلك

1. حساب تيار الملف

2. حساب مساحة تقاطع السلك

بناءً على كثافة التيار (J، بالأمبير/مم²):

• مبادئ توجيهية لكثافة التيار:

• المحولات القياسية: J=2.5∼4A/mm2

• المحولات ذات التردد العالي أو ذات الكفاءة العالية: J=4∼6A/mm2 (اعتبارًا لتأثير الجلد)

3. حساب قطر السلك

IV. التحقق والتحسين

تحقق من فقدان اللب:
تأكد من أن اللب يعمل ضمن حدود Bmax الآمنة لتجنب التشبع:

(k: معامل المادة، Ve: حجم اللب)

استخدام مساحة النافذة:
يجب أن تناسب مساحة تقاطع السلك الكلي داخل مساحة نافذة اللب (Awindow):

(Ku: عامل ملء النافذة، عادةً 0.2-0.4)

فحص ارتفاع الحرارة:
تأكد من أن كثافة تيار السلك تفي بمتطلبات ارتفاع الحرارة (عادةً ≤ 65 درجة مئوية).

V. الأدوات والمراجع

1. برامج التصميم:

• ETAP، MATLAB/Simulink (للمحاكاة والتحقق)

• Transformer Designer (أداة عبر الإنترنت)

2. المرشدين والمعايير:

• دليل تصميم المحولات بواسطة كولين هارت

• IEE-Business Standard C57.12.00 (المتطلبات العامة للمحولات الكهربائية)

الاعتبارات الرئيسية

• المحولات ذات التردد العالي: معالجة تأثيرات الجلد والتقارب باستخدام أسلاك Litz أو شرائح النحاس المسطحة.

• متطلبات العزل: تأكد من أن العزل يتحمل الجهد بين الملفات (مثل ≥ 2 kV لعزل الأولي-الثانوي).

• هامش الأمان: احتفظ بهامش 10-15% لهامش الأمان بالنسبة لعدد اللفات وحجم السلك.

توفر هذه الطريقة أساسًا لتصميم المحولات، ولكن يُنصح بإجراء اختبارات تجريبية للتحقق النهائي.