ฉันสามารถกำหนดจำนวนรอบต่อคอยล์และขนาดของสายไฟสำหรับหม้อแปลงได้อย่างไร?

ฉันจะสามารถกำหนดจำนวนรอบต่อขดลวดและขนาดของสายไฟสำหรับหม้อแปลงได้อย่างไร?

การกำหนดจำนวนรอบและขนาดของสายไฟสำหรับขดลวดหม้อแปลงจำเป็นต้องพิจารณาแรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, ความถี่, คุณสมบัติของแกนกลาง, และข้อกำหนดของโหลด ด้านล่างนี้คือขั้นตอนและสูตรที่ละเอียด:

I. กำหนดพารามิเตอร์พื้นฐานของหม้อแปลง

1. แรงดันไฟฟ้าขาเข้า/ขาออก (V1, V2): แรงดันไฟฟ้าหลักและรอง (ในหน่วยโวลต์)

2. กำลังเรตติ้ง (P): ความจุของหม้อแปลง (ในหน่วย VA หรือวัตต์)

3. ความถี่การทำงาน (f): ทั่วไปคือ 50 Hz หรือ 60 Hz

4. พารามิเตอร์ของแกนกลาง:

• วัสดุของแกนกลาง (เช่น เหล็กซิลิคอน, เฟอร์ไรต์)

• พื้นที่ภาคตัดขวางของแกนกลางที่มีประสิทธิภาพ (A, ในหน่วย m²)

• ความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุด (Bmax, ในหน่วย T)

• ความยาวทางแม่เหล็กทั้งหมด (le, ในหน่วย m)

II. คำนวณจำนวนรอบของขดลวด

1. สูตรอัตราส่วนจำนวนรอบ

โดย N1 และ N2 คือจำนวนรอบของขดลวดหลักและรอง

2. การคำนวณแรงดันต่อรอบ

ใช้กฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำ:

เรียงลำดับใหม่เพื่อหา N:

พารามิเตอร์:

• V: แรงดันของขดลวด (หลักหรือรอง)

• Bmax: ความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุด (ดูจากแผ่นข้อมูลของวัสดุแกนกลาง เช่น 1.2–1.5 T สำหรับเหล็กซิลิคอน)

• A: พื้นที่ภาคตัดขวางของแกนกลางที่มีประสิทธิภาพ (ในหน่วย m²)

ตัวอย่าง:
ออกแบบหม้อแปลง 220V/110V, 50Hz, 1kVA ด้วยแกนกลางเหล็กซิลิคอน (Bmax=1.3T, A=0.01m²):

III. กำหนดขนาดของสายไฟ

1. คำนวณกระแสไฟฟ้าของขดลวด

2. การคำนวณพื้นที่ภาคตัดขวางของสายไฟ

ตามความหนาแน่นของกระแส (J, ในหน่วย A/mm²):

• แนวทางสำหรับความหนาแน่นของกระแส:

• หม้อแปลงมาตรฐาน: J=2.5∼4A/mm²

• หม้อแปลงความถี่สูงหรือมีประสิทธิภาพสูง: J=4∼6A/mm² (พิจารณาผลของเอฟเฟกต์ผิว)

3. การคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของสายไฟ

IV. การตรวจสอบและการปรับปรุง

การตรวจสอบการสูญเสียของแกนกลาง:
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแกนกลางทำงานอยู่ภายในขีดจำกัด Bmax ที่ปลอดภัยเพื่อป้องกันการอิ่มตัว:

(k: ค่าสัมประสิทธิ์ของวัสดุ, Ve: ปริมาตรของแกนกลาง)

การใช้งานพื้นที่หน้าต่าง:
พื้นที่ภาคตัดขวางของสายไฟทั้งหมดต้องพอดีกับพื้นที่หน้าต่างของแกนกลาง (Awindow):

(Ku: ปัจจัยการเติมหน้าต่าง, ทั่วไปคือ 0.2–0.4)

การตรวจสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ:
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความหนาแน่นของกระแสของสายไฟตรงตามข้อกำหนดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ (ทั่วไปคือ ≤ 65°C)

V. เครื่องมือและเอกสารอ้างอิง

1. ซอฟต์แวร์ออกแบบ:

• ETAP, MATLAB/Simulink (สำหรับการจำลองและการตรวจสอบ)

• Transformer Designer (เครื่องมือออนไลน์)

2. คู่มือและมาตรฐาน:

• Transformer Design Handbook โดย Colin Hart

• IEEE Standard C57.12.00 (ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า)

ประเด็นสำคัญที่ควรพิจารณา

• หม้อแปลงความถี่สูง: จัดการกับเอฟเฟกต์ผิวและเอฟเฟกต์ใกล้เคียงโดยใช้ Litz wire หรือแถบทองแดงแบน

• ข้อกำหนดการฉนวน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าฉนวนสามารถทนทานต่อแรงดันระหว่างขดลวด (เช่น ≥ 2 kV สำหรับฉนวนระหว่างขดลวดหลักและรอง)

• ช่องว่างความปลอดภัย: สงวนช่องว่าง 10–15% สำหรับจำนวนรอบและขนาดของสายไฟ

วิธีการนี้ให้รากฐานสำหรับการออกแบบหม้อแปลง แต่แนะนำให้ทำการทดสอบทดลองเพื่อยืนยันในขั้นสุดท้าย