Hoe kan ik het aantal windingen per spoel en de draaddikte voor een transformator bepalen?

Hoe kan ik het aantal windingen per spoel en de draaddikte voor een transformatie bepalen?

Het bepalen van het aantal windingen en de draaddikte voor transformatiespoelen vereist rekening te houden met spanning, stroom, frequentie, kernkenmerken en belastingsvereisten. Hieronder staan de gedetailleerde stappen en formules:

I. Basisparameters van de Transformatie Definiëren

1. Invoer/Uitvoerspanning (V1,V2): Primair en secundair voltage (in volt).

2. Nominale Vermogen (P): Transformatiecapaciteit (in VA of watt).

3. Werkfrequentie (f): Meestal 50 Hz of 60 Hz.

4. Kernparameters:

• Kernmateriaal (bijv., siliciumstaal, ferriet)

• Effectieve doorsnede van de kern (A, in m²)

• Maximale fluxdichtheid (Bmax, in T)

• Totale magnetische padlengte (le, in m)

II. Windingen Berekenen

1. Verhouding van Windingen Formule

Waarbij N1 en N2 de windingen van de primaire en secundaire spoelen zijn.

2. Spanning per Winding Berekening

Met behulp van Faradays Wet van Inductie:

Omgezet om N op te lossen:

Parameters:

• V: Spoolspanning (primair of secundair)

• Bmax: Maximale fluxdichtheid (zie materiaalgegevens, bijv., 1,2–1,5 T voor siliciumstaal)

• A: Effectieve doorsnede van de kern (in m²)

Voorbeeld:
Ontwerp een 220V/110V, 50Hz, 1kVA-transformatie met een siliciumstaalkern (Bmax=1,3T, A=0,01m²):

III. Draaddikte Bepalen

1. Spoolstroom Berekenen

2. Berekening van de Doorsnede van de Draad

Op basis van stroomdichtheid (J, in A/mm²):

• Richtlijnen voor Stroomdichtheid:

• Standaard transformatoren: J=2,5∼4A/mm²

• Hoogfrequente of hoogrendements transformatoren: J=4∼6A/mm² (rekening houdend met huid effect)

3. Berekening van de Draaddiameter

IV. Validatie en Optimalisatie

Validatie van Kernverliezen:
Zorg ervoor dat de kern binnen veilige Bmax-limieten werkt om verzadiging te voorkomen:

(k: Materiaalcoëfficiënt, Ve: Kernvolume)

Gebruik van Vensteroppervlak:
Het totale doorsnijdingsoppervlak van de draad moet passen binnen het vensteroppervlak van de kern (Awindow):

(Ku: Vullingsfactor venster, meestal 0,2–0,4)

Temperatuurstijging Controle:
Zorg ervoor dat de stroomdichtheid van de draad voldoet aan de eisen voor temperatuurstijging (meestal ≤ 65°C).

V. Hulpmiddelen en Referenties

1. Ontwerpsoftware:

• ETAP, MATLAB/Simulink (voor simulatie en validatie)

• Transformer Designer (online tool)

2. Gidsen en Normen:

• Transformer Design Handbook door Colin Hart

• IEEE Standard C57.12.00 (Algemene Vereisten voor Nettransformatoren)

Belangrijke Overwegingen

• Hoogfrequente Transformatoren: Gebruik Litz-draad of platte koperstrips om huid- en nabijheideffecten te verhelpen.

• Isoleringsvereisten: Zorg ervoor dat de isolatie bestand is tegen de spanning tussen de windingen (bijv., ≥ 2 kV voor primaire-secundaire isolatie).

• Veiligheidsmarge: Reserveer een marge van 10–15% voor windingen en draaddikte.

Deze methode biedt een basis voor transformatieontwerp, maar experimentele tests worden aanbevolen voor de uiteindelijke validatie.