Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Aquí no hay largas teorías, sólo etiquetas para que hablemos de lo mismo.
Ap = Aw - Ac, utilizado por la mayoría de los fabricantes de núcleos para clasificar la capacidad de potencia.Las fórmulas de nivel de potencia siempre pueden reducirse a algo del tipo
Aw - Ac ∝ P / (Kw - Bmax - J - f)
para una densidad de flujo, densidad de corriente, frecuencia y utilización elegidas.
Así que Ap te consigue cómo de grande tiene que ser el núcleo. Este artículo trata de cómo repartir ese Ap entre Aw y Ac cuando encargue o diseñe la pila de laminación.
Toma dos pilas de laminación con el mismo Ap:
Ambas satisfacen la ecuación de potencia sobre el papel. No se comportarán igual una vez que los enrolles, aísles y envíes.
Probablemente reconozca algunos ejemplos:
Así que cuando los compradores nos envían dibujos que solo dicen “Ap ≥ X cm⁴”, es la mitad de la historia. En relación establece lo estresante que será la vida de las herramientas de cobre, aislamiento y laminación.
Un modelo mental aproximado que funciona bastante bien en las discusiones sobre laminación y pila:
Una vez que Ap se fija por el requisito de potencia, se desliza por una línea de soluciones:
Eso es todo. El resto lo decides tú de qué lado del problema por el que prefieres luchar.
En lugar de cifras absolutas (que rebotan con material y frecuencia), suele ser más útil hablar de sesgo - diseños que favorecen claramente a Ac o Aw.
A continuación encontrará un cuadro cualitativo que puede incluir en sus debates sobre especificaciones.
| Sesgo de diseño | Cómo se ve en el dibujo | Dónde aparece | Principales ventajas | Lo que muerde primero |
|---|---|---|---|---|
| Core-heavy (Ac-biased) | Lengüeta / extremidad ancha, altura de ventana corta, anchura de ventana estrecha. La altura de la pila parece modesta, pero la sección transversal de acero es generosa. | Unidades de baja tensión y alta corriente donde el cobre es grueso y corto; transformadores de distribución compactos. | Menor corriente magnetizante, más fácil mantener Bmax bajo; a menudo más silencioso en vacío; bueno cuando la distorsión de la red es mala. | El aislamiento de alta tensión se desgasta rápidamente. Los cables son más difíciles de guiar. El taller de bobinado se queja del relleno de las últimas capas. |
| Equilibrado | Ventana aproximadamente proporcional a la anchura de la extremidad; relación de aspecto de la ventana entre ~2:1 y 3:1; grosor de la pila similar a la anchura de la lengua. | La mayoría de los conjuntos de laminación EI/UI de catálogo están destinados a transformadores de potencia de “uso general”. | Corriente de magnetización razonable, área de cobre razonable. Funciona bien cuando no se conoce el servicio exacto o la gama de productos es amplia. | Hay que vigilar a Kw cuando sube la tensión. El margen térmico es “aceptable”, no generoso. |
| Ventanas (Aw-biased) | Ventanas altas, extremidades delgadas; espesor de la pila empujado hacia arriba para llegar a Ac. Los planos muestran mucho espacio entre las bobinas y el núcleo. | Diseños de alta tensión, alto aislamiento o multibobinado; alimentación médica, de prueba y de control. | Espacio confortable para el sistema de aislamiento; más fácil de mantener la fuga y la holgura; admite más devanados paralelos y pantallas. | El núcleo funciona a mayor B o necesita mejor acero para mantenerse dentro de los límites de pérdidas. Aumenta el coste de laminación por kVA. |
| Ventana extrema | Ventana muy alta y ancha; Ac apenas suficiente según los cálculos; apilamiento a la altura máxima permitida. | Prototipos, trabajos de “hacer que encaje en el depósito viejo”, trabajos de reparación con geometría de ventana fija. | Se ajusta a unas limitaciones mecánicas que no son negociables. | Sensible a las tolerancias y al factor de apilamiento. Unas pocas pérdidas de % de Ac por barniz o rebabas pueden hacer que Bmax supere la especificación. |
Puedes leer la fila de la tabla que corresponde a tu mundo y ya sabes dónde deberías modificar la proporción.
Desde el punto de vista de la laminación, ajustar Aw y Ac suele reducirse a unas pocas palancas.
Para pilas EI / UI laminadas:
Los tres ofrecen un margen magnético manteniendo la Aw prácticamente igual.
En un dibujo de laminación, esto suele aparecer como nuevos valores para:
Por eso, cuando negocies un cambio con tu proveedor de laminación, es útil decir explícitamente cuáles de ellos estás dispuesto a mover, no sólo “necesito 10% más Aw”.
Esta es la guía breve y ligeramente aproximada que vemos que funciona bien en los proyectos B2B.
A continuación, calcule el Ap mínimo de su juego de fórmulas habitual o de la guía de alta frecuencia o frecuencia de potencia que utilice.
Sólo entonces abrir mesas de laminación.
Escribe este sesgo en la especificación. Una línea es suficiente:
“Prefiero solución core-heavy / balanced / window-heavy para Ap dado”.”
Ahorra muchas idas y venidas.
Una vez conocida una Aw provisional:
Entonces, comprueba tu cordura:
Ajuste Aw o el número de ventanas antes de cambiar nada en Ac.
Los cálculos de diseño suelen asumir un factor de apilamiento limpio. Las pilas de laminación reales no lo hacen.
Para cada conjunto de laminación candidato:
Si tu elección “con muchas ventanas” acerca demasiado Bmax a la rodilla, tampoco:
Hacer esto antes de la orden de compra es mucho más barato que pedir más altura de apilado después de fabricar el utillaje.
Para los diseños laminados o de ferrita de alta frecuencia, la misma lógica Aw - Ac sigue siendo válida, pero las compensaciones cambian.
Documentos sobre transformadores de estado sólido y transformadores de matriz muestran que a Bmax y densidad de corriente fijas, el volumen del transformador escala aproximadamente con Ap / f, con mínimos de volumen cuando Aw y Ac crecen en una cierta proporción que equilibra el volumen del cobre y del núcleo.
En la práctica:
Así que, aunque las fórmulas se vuelvan más complicadas, la vieja pregunta sigue ahí:
“Dado el Ap, ¿quieres una ventana más grande y un núcleo más pequeño, o al revés?”.”
Se gana mucho haciendo explícita esa elección desde el principio.
Si quiere que su proveedor de laminado (o taller de estampación interna) alcance el compromiso Aw / Ac que tenía en mente, no basta con dar sólo Ap y la altura de la pila.
Incluir, como mínimo:
Incluso estas pocas líneas adicionales evitan que su pila de laminación se desvíe hacia el punto equilibrado genérico que puede no ajustarse a su bobinado y aislamiento reales.
No. Para un Ap dado hay un familia de pares Aw / Ac que satisfacen todos la ecuación de potencia. Cuál es el “mejor” depende de:
lo caro que es el cobre frente al acero en su negocio,
si las pérdidas están dominadas por el núcleo o el cobre,
normas de aislamiento y separación para su nivel de tensión,
límites de fabricación en altura de pila y altura de bobinado.
Así que en lugar de buscar una proporción mágica, elija un sesgo (núcleo pesado, equilibrado, ventana pesada) que se adapte al proyecto y luego manténgalo coherente en toda esa línea de productos.
El factor de apilamiento escala directamente Ac. Si se pasa de laminaciones convencionales de acero al Si (factor de apilamiento en torno a 0,95) a laminaciones amorfas (a menudo cerca de 0,8), el eficaz Ac cae mientras Aw permanece fijo.
Si no ajusta las dimensiones, su diseño se desliza silenciosamente hacia un sesgo de ventana pesada con Bmax más alto. Cuando cambie de material o revestimiento, vuelva a calcular siempre Ac con el nuevo factor de apilamiento y vuelva a comprobar si le sigue gustando el equilibrio Aw / Ac.
Sólo hasta cierto punto.
Puedes exprimir más cobre en la misma Aw:
recoger esmalte más delgado / aislamiento,
mejorar la práctica del bobinado,
aceptar cobre más caliente (mayor J).
Pero Kw y Ku tienen límites físicos. Los diseños de alta tensión necesitan especialmente espacio para aislamientos sólidos y conductos, por lo que Kw desciende de forma natural a medida que aumenta el kV nominal.
Si el Kw calculado ya es alto y las bobinas de muestra siguen apretadas, suele ser señal de que la propia Aw necesita crecer, no de que el equipo de bobinado deba “esforzarse más”.
Sí. Los catálogos de núcleos de ferrita también utilizan Ap = Aw - Ac como métrica de dimensionamiento y publican productos de área para cada forma.
Lo que cambia es:
operas a una frecuencia mucho más alta,
Bmax es inferior,
la densidad de corriente y el efecto piel se vuelven más críticos.
Así pues, los diseños de ferrita de alta frecuencia se sitúan a menudo en el territorio de la ventana sesgada, pero el mismo principio se mantiene: una vez que se tiene Ap, aún se puede elegir entre más ventana o más área de núcleo. La respuesta correcta depende de las pérdidas y la capacidad de fabricación, no solo del material.
Si sólo tiene la clasificación y los voltajes:
Utilice su hoja de diseño estándar o software para estimar: necesario Ap
Bmax inicial, J
Kw aproximados en función de la clase de tensión.
Decida qué problema le perjudica más en este producto: la pérdida de núcleo y la corriente magnetizante
o espacio de bobinado / aislamiento.
Díselo al proveedor: el objetivo Ap,
sesgo preferido (core-heavy / balanced / window-heavy),
Aw mínimo que cree que necesita (a partir de su estimación de Kw).
Esto es suficiente para que un especialista en laminación elija o ajuste una pila que respete su intención en lugar de limitarse a hacer coincidir las tablas de kVA.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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