چگونه می‌توانم تعداد دور در هر پیچ و سایز سیم یک ترانسفورماتور را تعیین کنم؟

چگونه می‌توانم تعداد دور هر سیم پیچ و اندازه سیم را برای یک ترانسفورماتور تعیین کنم؟

تعیین تعداد دور و اندازه سیم برای سیم پیچ‌های ترانسفورماتور نیازمند در نظر گرفتن ولتاژ، جریان، فرکانس، مشخصات هسته و نیازهای بار است. زیرا مراحل و فرمول‌های دقیق آمده است:

I. تعریف پارامترهای اساسی ترانسفورماتور

1. ولتاژ ورودی/خروجی (V1,V2): ولتاژ اصلی و ثانویه (در وات).

2. قدرت اسمی (P): ظرفیت ترانسفورماتور (در VA یا وات).

3. فرکانس عملیاتی (f): معمولاً 50 Hz یا 60 Hz.

4. پارامترهای هسته:

• ماده هسته (مانند فولاد سیلیسیوم، فریت)

• مساحت مقطع مؤثر هسته (A, در متر مربع)

• چگالی شار ماکزیمم (Bmax, در تسلا)

• طول مسیر مغناطیسی کل (le, در متر)

II. محاسبه تعداد دور سیم پیچ

1. فرمول نسبت دور

که در آن N1 و N2 تعداد دورهای سیم پیچ اصلی و ثانویه هستند.

2. محاسبه ولتاژ در هر دور

با استفاده از قانون القای فارادی:

بازنویسی شده برای حل N:

پارامترها:

• V: ولتاژ سیم پیچ (اصلی یا ثانویه)

• Bmax: چگالی شار ماکزیمم (به دستورالعمل‌های ماده هسته مراجعه کنید، مثلاً 1.2–1.5 T برای فولاد سیلیسیوم)

• A: مساحت مقطع مؤثر هسته (در متر مربع)

مثال:
طراحی یک ترانسفورماتور 220V/110V، 50Hz، 1kVA با هسته فولاد سیلیسیوم (Bmax=1.3T,A=0.01m2):

III. تعیین اندازه سیم

1. محاسبه جریان سیم پیچ

2. محاسبه مساحت مقطع سیم

بر اساس چگالی جریان (J, در A/mm²):

• راهنمایی‌های چگالی جریان:

• ترانسفورماتورهای استاندارد: J=2.5∼4A/mm2

• ترانسفورماتورهای فرکانس بالا یا با کارایی بالا: J=4∼6A/mm2 (برای در نظر گرفتن اثر پوسته‌ای)

3. محاسبه قطر سیم

IV. اعتبارسنجی و بهینه‌سازی

اعتبارسنجی اتلاف در هسته:
اطمینان حاصل کنید که هسته در حدود Bmax ایمن کار می‌کند تا اشباع رخ ندهد:

(k: ضریب ماده، Ve: حجم هسته)

استفاده از مساحت پنجره:
مساحت مقطع کل سیم باید در محدوده مساحت پنجره هسته (Awindow) قرار گیرد:

(Ku: ضریب پر شدن پنجره، معمولاً 0.2–0.4)

بررسی افزایش دما:
اطمینان حاصل کنید که چگالی جریان سیم نیازهای افزایش دما (معمولاً ≤ 65°C) را برآورده می‌کند.

V. ابزارها و مراجع

1. نرم‌افزارهای طراحی:

• ETAP, MATLAB/Simulink (برای شبیه‌سازی و اعتبارسنجی)

• Transformer Designer (ابزار آنلاین)

2. راهنمایی‌ها و استانداردها:

• Transformer Design Handbook by Colin Hart

• IEE-Business Standard C57.12.00 (General Requirements for Power Transformers)

نکات مهم

• ترانسفورماتورهای فرکانس بالا: اثرات پوسته‌ای و نزدیکی را با استفاده از سیم Litz یا نوارهای مسی مسطح مدیریت کنید.

• نیازهای عایق‌بندی: اطمینان حاصل کنید که عایق‌بندی ولتاژ بین سیم پیچ‌ها (مثلاً ≥ 2 kV برای عایق‌بندی اصلی-ثانویه) را تحمل می‌کند.

• حداقل ایمنی: یک حاشیه 10–15٪ برای تعداد دور و اندازه سیم رزرو کنید.

این روش یک پایه برای طراحی ترانسفورماتور ارائه می‌دهد، اما آزمایش‌های تجربی برای اعتبارسنجی نهایی توصیه می‌شود.