Com puc determinar el nombre de voltants per bobina i la mida del fil per a un transformador?
Com puc determinar el nombre de voltes per bobina i la mida del fil per a un transformador?
Determinar el nombre de voltes i la mida del fil per a les bobines d'un transformador requereix considerar la tensió, la corrent, la freqüència, les característiques del nucli i els requisits de càrrega. A continuació es detallen els passos i fórmules:
I. Defineix els Paràmetres Bàsics del Transformador
Tensió d'entrada/sortida (V1,V2): Tensions primària i secundària (en volts).
Potència nominal (P): Capacitat del transformador (en VA o watts).
Freqüència d'operació (f): Normalment 50 Hz o 60 Hz.
Paràmetres del nucli:
Material del nucli (per exemple, acer siliciós, ferrita)
Àrea efectiva de secció transversal del nucli (A, en m²)
Densitat de flux màxim (Bmax, en T)
Longitud total de la via magnètica (le, en m)
II. Calcula les Voltes de la Bobina
1. Fórmula de la Relació de Voltes
On N1 i N2 són les voltes de les bobines primària i secundària.
2. Càlcul de la Tensió per Voluta
Utilitzant la Llei de Faraday de la Inducció:
Reorganitzat per resoldre N:
Paràmetres:
V: Tensió de la bobina (primària o secundària)
Bmax: Densitat de flux màxim (referir-se a les fulles tècniques del material del nucli, per exemple, 1,2–1,5 T per l'acer siliciós)
A: Àrea efectiva de secció transversal del nucli (en m²)
Exemple:
Dissenyar un transformador de 220V/110V, 50Hz, 1kVA amb un nucli d'acer siliciós (Bmax=1,3T, A=0,01m2):
III. Determina la Mida del Fil
1. Calcula la Corrent de la Bobina
2. Càlcul de l'Àrea Transversal del Fil
Basat en la densitat de corrent (J, en A/mm²):
Directrius de Densitat de Corrent:
Transformadors estàndard: J=2,5∼4A/mm2
Transformadors d'alta freqüència o d'alta eficiència: J=4∼6A/mm2 (tenint en compte l'efecte de pell)
3. Càlcul del Diàmetre del Fil
IV. Validació i Optimització
Validació de la Pèrdua del Nucli:
Assegura't que el nucli opera dins dels límits segurs de Bmax per evitar la saturació:
(k: coeficient del material, Ve: volum del nucli)
Utilització de l'àrea de la finestra:
L'àrea total de secció transversal del fil ha de cabre dins de l'àrea de la finestra del nucli (Awindow):
(Ku: factor de ompliment de la finestra, normalment 0,2–0,4)
Verificació de l'augment de temperatura:
Assegura't que la densitat de corrent del fil compleix els requisits d'augment de temperatura (normalment ≤ 65°C).
V. Eines i Referències
Programari de Disseny:
ETAP, MATLAB/Simulink (per a simulació i validació)
Transformer Designer (eina en línia)
Guies i Normes:
Transformer Design Handbook per Colin Hart
Norma IEEE C57.12.00 (Requisits generals per a transformadors de potència)
Consideracions Clau
Transformadors d'Alta Freqüència: Aborda els efectes de pell i proximitat utilitzant fils Litz o llaços de cobre pla.
Requisits d'Aïllament: Assegura't que l'aïllament suporta la tensió entre les bobines (per exemple, ≥ 2 kV per a l'aïllament primària-secundària).
Marge de Seguretat: Reserva un marge del 10–15% per a les voltes i la mida del fil.
Aquesta metodologia proporciona una base per al disseny de transformadors, però es recomana la prova experimental per a la validació final.
