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

چگونه می‌توانم تعداد دور هر پلکان و سایز سیم را برای یک ترانسفورماتور تعیین کنم؟

تعیین تعداد دور و سایز سیم برای پلکان‌های 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 (به ولت).

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

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

4. پارامترهای هسته:

• مواد هسته (مانند فولاد سیلیسیوم، فریت)

• مساحت مقطع مؤثر هسته (A، به متر مربع)

• چگالی شار ماکزیمم (Bmax، به تسلا)

• طول کل مسیر مغناطیسی (le، به متر)

II. محاسبه تعداد دور پلکان

1. فرمول نسبت دور

که در آن N1 و N2 تعداد دور پلکان‌های اصلی و ثانویه هستند.

2. محاسبه ولتاژ در هر دور

با استفاده از قانون القای فارادی:

برای حل N مرتب شده است:

پارامترها:

• V: ولتاژ پلکان (اصلی یا ثانویه)

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

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

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

III. تعیین سایز سیم

1. محاسبه جریان پلکان

2. محاسبه مساحت مقطع سیم

براساس چگالی جریان (J، به A/mm²):

• رهگیری چگالی جریان:

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

• ترانسفورماتورهای فرکانس بالا یا کارآمد: J=4∼6A/mm2 (برای لحاظ اثر پوستی)

3. محاسبه قطر سیم

IV. اعتبارسنجی و بهینه‌سازی

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

(k: ضریب ماده، Ve: حجم هسته)

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

(Ku: عامل 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. راهنمای‌ها و استانداردها:

• Transformer Design Handbook توسط Colin Hart

• استاندارد IEEE C57.12.00 (نیازهای عمومی ترانسفورماتورهای قدرت)

پاداش