Jak mogę określić liczbę zwojów na cewkę i przekrój przewodu dla transformatora?

Jak mogę określić liczbę zwojów na cewkę i średnicę przewodu dla transformatora?

Określenie liczby zwojów i średnicy przewodu dla cewek transformatora wymaga uwzględnienia napięcia, prądu, częstotliwości, charakterystyki rdzenia i wymagań obciążenia. Poniżej przedstawione są szczegółowe kroki i wzory:

I. Zdefiniuj podstawowe parametry transformatora

1. Napięcie wejściowe/wyjściowe (V1, V2): Napięcia pierwotne i wtórne (w woltach).

2. Moc nominalna (P): Pojemność transformatora (w VA lub watów).

3. Częstotliwość pracy (f): Zazwyczaj 50 Hz lub 60 Hz.

4. Parametry rdzenia:

• Materiał rdzenia (np. stal krzemu, ferrit)

• Efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego rdzenia (A, w m²)

• Maksymalna gęstość strumienia magnetycznego (Bmax, w T)

• Całkowita długość drogi magnetycznej (le, w m)

II. Oblicz liczbę zwojów

1. Wzór na stosunek zwojów

Gdzie N1 i N2 to liczba zwojów cewek pierwotnej i wtórnej.

2. Obliczenie napięcia na zwój

Korzystając z prawa indukcji Faradaya:

Przekształcone do rozwiązania N:

Parametry:

• V: Napięcie cewki (pierwotnej lub wtórnej)

• Bmax: Maksymalna gęstość strumienia magnetycznego (odnieś się do danych materiałowych, np. 1,2–1,5 T dla stali krzemu)

• A: Efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego rdzenia (w m²)

Przykład:
Projektuj transformator 220V/110V, 50Hz, 1kVA z rdzeniem ze stali krzemu (Bmax=1,3T, A=0,01m2):

III. Określ średnicę przewodu

1. Oblicz prąd cewki

2. Oblicz powierzchnię przekroju poprzecznego przewodu

Na podstawie gęstości prądu (J, w A/mm²):

• Wytyczne dotyczące gęstości prądu:

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

• Wysokoczęstotliwościowe lub wysokiej wydajności transformatory: J=4∼6A/mm2 (uwzględnij efekt skórkowy)

3. Oblicz średnicę przewodu

IV. Walidacja i optymalizacja

Walidacja strat w rdzeniu:
Upewnij się, że rdzeń działa w bezpiecznych granicach Bmax, aby uniknąć nasycenia:

(k: Współczynnik materiału, Ve: Objętość rdzenia)

Wykorzystanie powierzchni okna:
Całkowita powierzchnia przekroju poprzecznego przewodów musi zmieścić się w powierzchni okna rdzenia (Awindow):

(Ku: Współczynnik wypełnienia okna, zazwyczaj 0,2–0,4)

Sprawdzenie wzrostu temperatury:
Upewnij się, że gęstość prądu przewodów spełnia wymagania dotyczące wzrostu temperatury (zazwyczaj ≤ 65°C).

V. Narzędzia i źródła

1. Oprogramowanie do projektowania:

• ETAP, MATLAB/Simulink (do symulacji i walidacji)

• Transformer Designer (narzędzie online)

2. Przewodniki i standardy:

• Podręcznik projektowania transformatorów autorstwa Colina Harta

• IEE-Business Standard C57.12.00 (Ogólne wymagania dla transformatorów energetycznych)

Kluczowe zagadnienia

• Wysokoczęstotliwościowe transformatory: Radź sobie z efektami skórkowymi i bliskościowymi za pomocą przewodów Litz lub płaskich taśm miedzianych.

• Wymagania izolacyjne: Upewnij się, że izolacja wytrzymuje napięcie między cewkami (np. ≥ 2 kV dla izolacji pierwotnej-wtórnej).

• Rezerwa bezpieczeństwa: Przygotuj rezerwę 10–15% dla liczby zwojów i średnicy przewodu.

Ta metodyka stanowi podstawę do projektowania transformatorów, ale zaleca się przeprowadzenie testów eksperymentalnych w celu ostatecznej walidacji.