Hvordan kan jeg bestemme antallet av vikter per spole og kabelstørrelse for en transformator?

Hvordan kan jeg bestemme antallet av spoler per spole og trådstørrelse for en transformator?

Å bestemme antall spoler og trådstørrelse for transformatorspoler krever at man tar hensyn til spenning, strøm, frekvens, kjerneparametre og lastebetingelser. Nedenfor er de detaljerte trinnene og formlene:

I. Definer grunnleggende transformatorparametre

1. Inngang/Utgangsspenning (V1, V2): Primær- og sekundærespenninger (i volt).

2. Nominell effekt (P): Transformatorkapasitet (i VA eller watt).

3. Arbeidsfrekvens (f): Vanligvis 50 Hz eller 60 Hz.

4. Kjerneparametre:

• Kjernemateriale (f.eks. silisjonsstål, ferritt)

• Effektiv kjernesnittflate (A, i m²)

• Maksimal fluktdensitet (Bmax, i T)

• Total magnetisk bane (le, i m)

II. Beregn spolerantall

1. Formel for spolerforhold

Der N1 og N2 er antall spoler i primær- og sekundærspolen.

2. Beregning av spenning per spole

Bruk Faradays induksjonslov:

Omgjort for å løse for N:

Parametre:

• V: Spolespenning (primær eller sekundær)

• Bmax: Maksimal fluktdensitet (se kjernematerialdataark, f.eks. 1,2–1,5 T for silisjonsstål)

• A: Effektiv kjernesnittflate (i m²)

Eksempel:
Design en 220V/110V, 50Hz, 1kVA-transformator med en silisjonsstål-kjerne (Bmax=1,3T, A=0,01m2):

III. Bestem trådstørrelse

1. Beregn spolestrøm

2. Beregning av trådoversnittsareal

Basert på strømtetthet (J, i A/mm²):

• Retningslinjer for strømtetthet:

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

• Høyfrekvens- eller høyeffekts-transformatorer: J=4∼6A/mm2 (ta hensyn til skineffekt)

3. Beregning av tråddiameter

IV. Validering og optimalisering

Validering av kjernetap:
Sørg for at kjernen opererer innen sikre Bmax-grenser for å unngå mätning:

(k: Materialkoeffisient, Ve: Kjernevolum)

Utnyttelse av vinduareal:
Totalt trådoversnittsareal må passe innenfor kjernevinduets areal (Awindow):

(Ku: Vindutfyllingsfaktor, vanligvis 0,2–0,4)

Temperaturstigningssjekk:
Sørg for at trådstrømtettheten oppfyller kravene for temperaturstigning (vanligvis ≤ 65°C).

V. Verktøy og referanser

1. Designprogramvare:

• ETAP, MATLAB/Simulink (for simulering og validering)

• Transformer Designer (online verktøy)

2. Veiledninger og standarder:

• Transformer Design Handbook av Colin Hart

• IEEE Standard C57.12.00 (Generelle krav for strømtransformatorer)

Nøkkelpunkter

• Høyfrekvens-transformatorer: Ta hensyn til skineffekt og nærhetseffekt ved å bruke Litz-tråd eller flate kobberstriper.

• Isolasjonskrav: Sørg for at isolasjonen tåler spenningen mellom spoler (f.eks. ≥ 2 kV for primær-sekundær-isolasjon).

• Sikkerhetsmargin: Reserver en 10–15% margin for spolerantall og trådstørrelse.

Denne metoden gir en grunnlag for transformatordesign, men eksperimentell testing anbefales for sluttilvalidering.