Πώς μπορώ να καθορίσω τον αριθμό των στροφών ανά πηνίο και το μέγεθος του καλώδιου για έναν μετατροπέα;

Πώς μπορώ να καθορίσω τον αριθμό των στροφών ανά πηνίο και το μέγεθος του καλωδίου για έναν μετατροπέα;

Η καθορισμός του αριθμού των στροφών και του μεγέθους του καλωδίου για τα πηνία ενός μετατροπέα απαιτεί τη σκέψη για την τάση, την τροπική δύναμη, τη συχνότητα, τα χαρακτηριστικά του πυρήνα και τις απαιτήσεις φορτίου. Παρακάτω βρίσκονται τα λεπτομερή βήματα και τα τύποι:

I. Ορισμός Βασικών Παραμέτρων Μετατροπέα

1. Εισαγωγική/Εξαγωγική Τάση (V1,V2): Τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος πηνίου (σε βολτ).

2. Ορατή Δύναμη (P): Χωρητικότητα μετατροπέα (σε VA ή watt).

3. Λειτουργική Συχνότητα (f): Συνήθως 50 Hz ή 60 Hz.

4. Παράμετροι Πυρήνα:

• Υλικό πυρήνα (π.χ., σιλικοσίδερος, φερίτης)

• Αποτελεσματική διατομή πυρήνα (A, σε m²)

• Μέγιστη πυκνότητα ρεύματος (Bmax, σε T)

• Συνολική μαγνητική μήκος διαδρομής (le, σε m)

II. Υπολογισμός Στροφών Πηνίου

1. Τύπος Λόγου Στροφών

Όπου N1 και N2 είναι οι στροφές του πρωτεύοντος και δευτερεύοντος πηνίου.

2. Υπολογισμός Τάσης ανά Στροφή

Χρησιμοποιώντας τον Νόμο της Επείγουσας Αποδοχής του Faraday:

Ανατρέποντας για το N:

Παράμετροι:

• V: Τάση πηνίου (πρωτεύον ή δευτερεύον)

• Bmax: Μέγιστη πυκνότητα ρεύματος (αναφέρεστε στα στοιχεία του υλικού πυρήνα, π.χ., 1.2–1.5 T για σιλικοσίδερο)

• A: Αποτελεσματική διατομή πυρήνα (σε m²)

Παράδειγμα:
Σχεδιασμός ενός 220V/110V, 50Hz, 1kVA μετατροπέα με πυρήνα σιλικοσιδήρου (Bmax=1.3T, A=0.01m2):

III. Καθορισμός Μεγέθους Καλωδίου

1. Υπολογισμός Τροπικής Δυνάμεως Πηνίου

2. Υπολογισμός Διατομής Καλωδίου

Βάσει της πυκνότητας τροπικής δυνάμεως (J, σε A/mm²):

• Οδηγίες Πυκνότητας Τροπικής Δυνάμεως:

• Τυπικοί μετατροπείς: J=2.5∼4A/mm2

• Υψηλής συχνότητας ή υψηλής απόδοσης μετατροπείς: J=4∼6A/mm2 (λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο skin effect)

3. Υπολογισμός Διαμέτρου Καλωδίου

IV. Επαλήθευση και Βελτιστοποίηση

Επαλήθευση Ζημιών Πυρήνα:
Βεβαιωθείτε ότι ο πυρήνας λειτουργεί εντός ασφαλών ορίων Bmax για να αποφευχθεί η κορεσμός:

(k: συντελεστής υλικού, Ve: Όγκος πυρήνα)

Χρήση Περιοχής Παραθύρου:
Ο συνολικός τομέας του καλωδίου πρέπει να ταιριάζει εντός της περιοχής παραθύρου του πυρήνα (Awindow):

(Ku: συντελεστής γεμίσιμου παραθύρου, συνήθως 0.2–0.4)

Έλεγχος Αύξησης Θερμοκρασίας:
Βεβαιωθείτε ότι η πυκνότητα τροπικής δυνάμεως του καλωδίου ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις αύξησης θερμοκρασίας (συνήθως ≤ 65°C).

V. Εργαλεία και Αναφορές

1. Λογισμικό Σχεδίασης:

• ETAP, MATLAB/Simulink (για προσομοιώσεις και επαλήθευση)

• Transformer Designer (online tool)

2. Οδηγοί και Πρότυπα:

• Transformer Design Handbook by Colin Hart

• IEEE Standard C57.12.00 (Γενικές Απαιτήσεις για Μετατροπείς Ρευστού)

Κύριες Σκέψεις

• Μετατροπείς Υψηλής Συχνότητας: Αντιμετωπίστε τα φαινόμενα skin και proximity χρησιμοποιώντας Litz wire ή επίπεδες μπάντες χαλκού.

• Απαιτήσεις Απομόνωσης: Βεβαιωθείτε ότι η απομόνωση αντέχει την τάση μεταξύ των πηνίων (π.χ., ≥ 2 kV για απομόνωση πρωτεύον-δευτερεύον).

• Περιθώριο Ασφάλειας: Αποθηκεύστε ένα περιθώριο 10–15% για τις στροφές και το μέγεθος του καλωδίου.

Αυτή η μεθοδολογία παρέχει μια βάση για το σχεδιασμό μετατροπέα, αλλά συνιστάται η πειραματική δοκιμή για την τελική επαλήθευση.