Kako lahko določim število zavojnic na boben in debelino žice za transformator?

Kako določiti število zavojev na boben in debelino žice za transformator?

Določitev števila zavojev in debeline žice za bobene transformatorja zahteva upoštevanje napetosti, toka, frekvence, lastnosti jedra in zahtev bremena. Spodaj so podrobni koraki in formule:

I. Določite osnovne parametre transformatorja

1. Vhodna/Izhodna napetost (V1, V2): Primarna in sekundarna napetost (v voltih).

2. Nominirana moč (P): Kapaciteta transformatorja (v VA ali vatih).

3. Delovna frekvenca (f): Običajno 50 Hz ali 60 Hz.

4. Parametri jedra:

• Material jedra (npr. silicijevi železo, ferit)

• Učinkovita presečna ploskev jedra (A, v m²)

• Največja gostota tokov (Bmax, v T)

• Skupna dolžina magnetne poti (le, v m)

II. Izračun števila zavojev

1. Formula razmerja zavojev

Kjer so N1 in N2 število zavojev primarnega in sekundarnega bobena.

2. Izračun napetosti na zavoju

Uporabite Faradayev zakon indukcije:

Preračunano za reševanje N:

Parametri:

• V: Napetost bobena (primarnega ali sekundarnega)

• Bmax: Največja gostota tokov (glejte specifikacije materiala jedra, npr. 1,2–1,5 T za silicijev železo)

• A: Učinkovita presečna ploskev jedra (v m²)

Primer:
Oblikovanje 220V/110V, 50Hz, 1kVA transformatorja s jedrom iz silicijevih železa (Bmax=1,3T, A=0,01m2):

III. Določitev debeline žice

1. Izračun toka bobena

2. Izračun presečne ploskve žice

Na podlagi gostote toka (J, v A/mm²):

• Smernice za gostoto toka:

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

• Visokofrekvenčni ali visoko učinkovni transformatorji: J=4∼6A/mm2 (upoštevajte efekt kože)

3. Izračun premera žice

IV. Preverjanje in optimizacija

Preverjanje izgub v jedru:
Priporočeno je, da jedro deluje znotraj varnih mej Bmax, da se izognemo nasycenosti:

(k: Koeficient materiala, Ve: Prostornina jedra)

Izraba površine okna:
Celotna presečna ploskev žice mora biti v skladu z površino okna jedra (Awindow):

(Ku: Faktor zapltnosti okna, običajno 0,2–0,4)

Preverjanje porasta temperature:
Zagotovite, da gostota toka žice ustrezata zahtevam za porast temperature (običajno ≤ 65°C).

V. Orodja in reference

1. Programska oprema za oblikovanje:

• ETAP, MATLAB/Simulink (za simulacijo in preverjanje)

• Transformer Designer ( spletno orodje)

2. Vodniki in standardi:

• Vodnik za oblikovanje transformatorjev avtorja Colina Harta

• IEEE Standard C57.12.00 (Splošni zahtevi za močne transformatorje)

Ključne posvetitve

• Visokofrekvenčni transformatorji: Uporabite Litz žico ali ravninske bakrene trake za odpravljanje efektov kože in bližnjine.

• Zahteve glede izolacije: Zagotovite, da izolacija odvrne napetost med zavoji (npr. ≥ 2 kV za izolacijo primarnega in sekundarnega zavojnice).

• Varnostni zamik: Rezervirajte 10–15% zamika za število zavojev in debelino žice.

Ta metodologija ponuja osnovo za oblikovanje transformatorjev, vendar je za končno preverjanje priporočeno eksperimentalno testiranje.