Hvað veldur hækkun hitastigs í hátíðnispennum?

Hitastigshækkun er einn mikilvægasti varmavísirinn þegar metinn er hátíðnispennir til að skipta um aflgjafa. Spenni getur uppfyllt kröfur sínar um spennu, straum og einangrun meðan á rafprófun stendur, en óhófleg hitastigshækkun getur samt dregið úr skilvirkni, stytt endingartíma einangrunar og skapað áreiðanleikavandamál í samfelldri-vinnu.

Fyrir verkfræðinga og innkaupateymi er lykilspurningin ekki einfaldlega"Hversu heitt verður spennirinn?"Það er hvaðan hitinn kemur og hvaða hönnunarbreytur eru ábyrgar fyrir honum.

Í hagnýtum aflgjafaspenni er hitastigshækkun aðallega tengd kjarnatapi, vindatapi, notkunartíðni, straumþéttleika, hitauppstreymi, vindabyggingu og rekstrarskilyrðum í kring.

1. Kjarnatap er ein helsta uppspretta varma

Segulkjarninn upplifir stöðugt breytilegt segulflæði við hátíðniaðgerðir. Hluti raforkunnar breytist því í varma inni í kjarnanum.

Kjarnatap er almennt tengt tveimur helstu aðferðum:

Hysteresis tap

Hvirfilstraumstap

Þegar skiptitíðnin eykst getur kjarnatap orðið verulegur hitauppstreymi. Sambandið er ekki einfaldlega í réttu hlutfalli við tíðni vegna þess að kjarnaefni, flæðiþéttleiki, bylgjulögun og hitastig hafa einnig áhrif á raunverulegt tap.

Fyrir spenni sem starfar á hærri tíðni verður val á spennikjarna sérstaklega mikilvægt.

Notkun kjarnaefnis sem hentar fyrir notkun á lægri-tíðni þýðir ekki endilega að það muni veita viðunandi afköst við hærri skiptitíðni.

Hvað getur aukið kjarnahita?

Nokkrar breytur geta aukið kjarnatap:

Of mikill flæðiþéttleiki

Hærri skiptitíðni

Óhentugt kjarnaefni

Hár rekstrarhiti

Rangur fjöldi aðalbeygja

Ekki-tilvalið segulbylgjuform

Þetta er ástæðan fyrir því að spennihönnun getur ekki byggst aðeins á afl- og spennuhlutföllum. Einnig verður að hafa í huga segulvirka punktinn.

2. Kopartap veldur hækkun hitastigs vinda

Annar helsti varmagjafinn er vindatap.

Grunntap DC kopar má tjá sem:

Pcu=I²R

hvar:

Pcu=kopartap

I=vindastraumur

R=vindaviðnám

Þetta samband er sérstaklega mikilvægt vegna þess að kopartap eykst hratt þegar straumur eykst.

Til dæmis, ef vafningsstraumur eykst um 20%, eykst fræðilegt I²R tap um um það bil 44%, að því gefnu að viðnám haldist óbreytt.

Þess vegna getur vinda sem virkar þægilega á einu álagsstigi orðið fyrir verulega meiri hitahækkun þegar spennirinn virkar nálægt hámarksafli.

3. Há-tíðnistraumur skapar viðbótar vindatap

Fyrir hátíðnispennir er ekki nóg að reikna aðeins DC viðnám.

Við hærri skiptitíðni verður straumdreifing innan leiðarans ó-jöfn vegna:

Húðáhrif

Nálægðaráhrif

AC viðnám

Húðáhrifin valda því að hátíðnistraumur einbeitist að ytra svæði leiðara frekar en að hann dreifist jafnt yfir allan þverskurðinn.

Nálægðaráhrifin eiga sér stað þegar segulsvið frá aðliggjandi leiðara breyta straumdreifingu innan vafningarinnar.

Þar af leiðandi getur virka AC viðnámið verið hærra en DC viðnámið.

Þetta þýðir að það að auka-þversniðsflatarmál kopar leysir ekki alltaf hátíðni hitavandamál. Vafningsbygging og leiðarafyrirkomulag skipta líka máli.

4. Straumþéttleiki hefur bein áhrif á hitauppstreymi

Straumþéttleiki er annar mikilvægur hönnunarbreyta.

Ef of mikill straumur er þvingaður í gegnum leiðara með ófullnægjandi virkt þversniðsflatarmál, myndar vindan meiri hita.

Fyrir sérsniðna spenni þarf hönnuðurinn að halda jafnvægi:

Straumur → leiðarastærð → vindarými → kopartap → hitastigshækkun

Aukin leiðarastærð getur dregið úr viðnám og kopartapi, en tiltækt gluggasvæði segulkjarna er takmarkað.

Þetta skapar hagnýt hönnunarviðskipti-.

Spenniframleiðandi þarf því ekki aðeins að huga að nauðsynlegum straumi heldur einnig:

Aðalstraumur

Aukastraumur

Þvermál vír

Fjöldi samhliða víra

Snúningslög

Laus vinda gluggi

Einangrunarþykkt

Vinda fyrirkomulag

Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir fyrirferðarmikla spennubreyta aflgjafa, þar sem tiltækt vindarými er takmarkað.

5. Transformer Stærð hefur áhrif á hitaleiðni

Hitamyndun er aðeins helmingur hitavandans.

Hinn helmingurinn er hversu skilvirkan spennirinn getur losað þann hita.

Spenni með sama rafmagnstapi getur haft mjög mismunandi-hitahækkunarafköst eftir eðlisbyggingu hans.

Mikilvægir þættir eru ma:

Yfirborð kjarna

Spólumál

Snúningsflatarmál

Hjúpefni

Uppsetningaraðferð

PCB skipulag

Loftflæði

Umhverfishiti

Fyrirferðalítill spennir getur haft framúrskarandi rafmagnsgetu en minna yfirborð tiltækt fyrir hitaleiðni.

Þetta er ein ástæðan fyrir því að ekki ætti að meðhöndla smæðingu sem einfaldlega að draga úr líkamlegum stærðum núverandi spenni.

6. Einangrunar- og hjúpunarefni hafa einnig áhrif á hitauppstreymi

Efnin sem umlykja vafninguna hafa áhrif á leiðina sem hitinn berst í burtu frá koparnum.

Í sumum spennibyggingum skapa einangrunarefni, bönd, spólur eða pottasambönd viðbótar hitaþol.

Fyrir rafeindaspenni sem er hannaður fyrir stöðuga notkun þarf framleiðandinn að huga að bæði rafeinangrun og varmaflutningi.

Það eru oft viðskipti-á milli:

Rafmagns einangrun

Skrið og úthreinsun

Vélræn vörn

Varmaleiðni

Laus vindarými

Hönnun sem veitir framúrskarandi rafeinangrun en takmarkar varmaflutning getur þurft viðbótar hitauppstreymi.

7. Rekstrartíðni er varmahönnunarbreyta

Tíðni hefur áhrif á bæði kjarnatap og vindatap, svo það ætti að hafa það í huga þegar hitastigshækkun spenni er metin.

Aukin skiptitíðni getur leyft minni segulkjarna og færri snúninga í sumum útfærslum. Hins vegar þýðir þetta ekki að hærri tíðni framleiðir sjálfkrafa kælir spennir.

Við hærri tíðni geta hönnuðir staðið frammi fyrir:

Aukið kjarnatap

Aukið AC kopar tap

Meiri húðáhrif

Sterkari nálægðaráhrif

Hærri sníkjurýmd

Erfiðara EMI stjórn

Þess vegna er ákjósanlegasta skiptitíðnin kerfis-hönnunarákvörðun frekar en einfalt „hærra er betra“ val.

8. Álagsaðstæður hafa mikil áhrif á hitastig

Ekki ætti að ætlast til að spennir sem starfa við 30% álag og einn sem starfar stöðugt við 100% álag hafi sömu hitauppstreymi.

Fyrir aflgjafaforrit ætti hitaprófun að taka tillit til raunverulegra rekstrarskilyrða, þar á meðal:

Fyrir OEM forrit er því gagnlegt að tilgreina hvort spennirinn muni starfa stöðugt við nafnálag eða með hléum.

9. Umhverfishiti breytir tiltækum hitamörkum

Hitastigshækkun ætti ekki að teljast óháð umhverfishita.

Til dæmis, ef spennir hækkar um 50 gráður og starfar í 25 gráðu umhverfi, gæti áætlaður vinda hans eða yfirborðshiti nálgast:

25 gráður + 50 gráður=75 gráður

Ef sami spennirinn starfar í 50 gráðu umhverfi gæti samsvarandi hitastig nálgast:

50 gráður + 50 gráður=100 gráður

Hitastigshækkunin sjálf getur verið svipuð, en alger rekstrarhiti er mjög mismunandi.

Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir búnað sem er settur upp inni:

Iðnaðarstýriskápar

EV hleðslubúnaður

PV inverters

Orkugeymslukerfi

Bíla rafeindabúnaður

Læknisaflgjafar

Meðfylgjandi rafeindatæki

Fyrir þessi forrit ætti að meta spenni í samræmi við raunverulegt umhverfis- og girðingarskilyrði frekar en stofuhita á rannsóknarstofu eingöngu.

10. Vindafyrirkomulag getur skipt sköpum

Vafningsbyggingin hefur áhrif á bæði rafafköst og hitauppstreymi.

Til dæmis getur mismunandi vindafyrirkomulag breyst:

Leka inductance

Millivindafrýmd

AC viðnám

Hitaflutningur

Einangrunarfjarlægð

Laus koparsvæði

Illa raðað vinda getur skapað staðbundna heita bletti jafnvel þegar meðalhitastig spenni virðist viðunandi.

Fyrir sérsniðna hátíðnispenna þarf því að huga að vafningsbyggingu ásamt rafmagnskröfum.

Það fer eftir umsókninni, framleiðandinn getur metið:

Lagsvinda

Sectional vinda

Samhliða leiðarar

Litz vír

Frum-/eftirfyrirkomulag

Fléttuð vinda

Einangrunarkerfi

Viðeigandi lausn fer eftir notkunartíðni, straumi, spennu, einangrunarkröfum og líkamlegum takmörkunum.

11. Hvernig framleiðendur stjórna hitahækkun

Áreiðanlegur hátíðnispennaframleiðandi leysir ekki hitastigshækkun með einni breytu.

Venjulega er fjallað um hitauppstreymi með nokkrum hönnunarákvörðunum.

Kjarnaval

Veldu segulmagnaðir efni og kjarnastærð sem hæfir notkunartíðni, krafti og flæðiþéttleika.

Aðalbeygjur

Fjöldi frumsnúninga verður að viðhalda viðeigandi segulflæðisþéttleika við raunverulega inntaks-spennu og skiptiskilyrði.

Vinda hönnun

Veldu leiðarastærð og vindastillingu í samræmi við RMS straum og hátíðniáhrif frekar en aðeins DC viðnám.

Hagræðing taps

Dragðu úr óþarfa kjarna- og kopartapi með viðeigandi efnisvali og vafningsbyggingu.

Varmastígur

Íhugaðu hvernig hiti færist frá kjarna og vinda yfir í spóluna, PCB, girðinguna og nærliggjandi loft.

Rekstrarframlegð

Að hanna nákvæmlega við fræðileg mörk gefur lítið pláss fyrir breytingar á inntaksspennu, álagi, umhverfishita, framleiðsluvikmörkum og raunverulegum notkunarskilyrðum.

12. Hitastigshækkun ætti að prófa við raunhæfar aðstæður

Fyrir OEM og iðnaðar forrit ættu fræðilegir útreikningar að vera studdir með raunverulegum prófunum.

Dæmigert mat getur falið í sér:

Notkun spennisins á tilgreindri innspennu.

Notkun nauðsynlegrar skiptitíðni.

Hleðsla aukabúnaðar við tilgreint úttaksafl.

Leyfa spenni að ná varmajafnvægi.

Mæling vinda, kjarna eða yfirborðshita.

Að bera saman mældan hitastig við tilgreind hitauppstreymi.

Prófuppsetningin skiptir máli.

Til dæmis getur spennir sem settur er upp á opinn rannsóknarstofubúnað dreift hita á annan hátt en sama spenni sem er settur upp í samsettri PCB samsetningu.

Þess vegna ættu viðskiptavinir að veita framleiðandanum raunveruleg notkunarskilyrði þegar mögulegt er.

13. Hvaða upplýsingar ættu kaupendur að veita fyrir hitauppstreymi?

Þegar óskað er eftir sérsniðnum spenniframleiðanda um að þróa hátíðnispennu, ættu kaupendur að gefa upp meira en inntaks- og útgangsspennu.

Eftirfarandi upplýsingar geta verulega bætt hitauppstreymi:

Þessar upplýsingar gera framleiðandanum kleift að meta spenni sem hluta af heildarafl-umbreytingarkerfinu frekar en að meðhöndla hann sem einangraðan segulhluta.

14. Hitastig er hönnunarjafnvægi, ekki bara prófniðurstaða

Niðurstaða -hækkunar við lágan hita er dýrmæt, en hún ætti ekki að vera metin sjálfstætt.

Fyrir hátíðnispennir er hitauppstreymi nátengd:

Kjarnatap + kopartap + skiptitíðni + straumþéttleiki + vindabygging + hitaleiðni + rekstrarumhverfi

Breyting á einni breytu getur haft áhrif á nokkrar aðrar.

Til dæmis getur aukin skiptitíðni leyft smærri kjarna, en aukningin á kjarna- og AC vinda tapi sem af þessu leiðir getur skapað nýtt hitavandamál.

Að sama skapi getur notkun þykkari vír dregið úr DC viðnám en getur aukið kröfur um vindarými eða haft áhrif á eiginleika sníkjudýra.

Markmiðið er því ekki bara að láta spennir „keyra svöl“. Markmiðið er að ná jafnvægi á segulmagnaðir, rafmagns-, varma- og einangrunarhönnun fyrir raunverulega notkun.

Niðurstaða

Hitastigshækkun í hátíðnispenni kemur aðallega frá tapi segulkjarna og vindatapi, en endanleg hitauppstreymi er háð miklu meira en þessum tveimur þáttum.

Kjarnaefni, flæðiþéttleiki, skiptitíðni, leiðaraval, vindabygging, straumþéttleiki, spennastærð, einangrunarkerfi, umhverfishiti, loftflæði og álagssnið stuðla allt að endanlegu rekstrarhitastigi.

Til að skipta um aflgjafaforrit er besta aðferðin að meta hitastigshækkun á spennahönnunarstigi frekar en að reyna að leysa hitavandamál eftir að frumgerðinni er lokið.

Þegar unnið er með sérsniðnum hátíðnispennuframleiðanda, með því að veita fullkomin rafmagns- og rekstrarskilyrði, er hægt að fínstilla hönnun spennisins, ekki aðeins fyrir spennu og afl, heldur einnig fyrir -varmaáreiðanleika til lengri tíma.