Me gustaría una explicación de la importancia de la utilización de ventanas en el diseño de transformadores. Entiendo que es la relación entre el área ocupada por los devanados y el área total disponible para los devanados en el núcleo. Específicamente, quiero saber los valores típicos que uno encontraría en las aplicaciones y tamaños de los transformadores. Además, ¿cuál es el efecto de una utilización de ventana más alta o más baja?
Suponga que coloca N vueltas de alambre de cobre a través de una 'ventana' en el núcleo de hierro. La longitud de ese devanado será más o menos independiente del área del hilo utilizado. Esto significa que la resistencia del devanado ( algo malo ) será inversamente proporcional al área de cobre.
Un buen transformador tiene la resistencia más baja posible, por lo que tendrá la mayor área de cobre posible. Las 'ventanas' a través del núcleo de hierro obviamente ponen un límite superior al área de cobre. El factor de utilización es solo la proporción de cobre real que puede obtener a través de la ventana en comparación con el área de la ventana.
Con una sola vuelta de barra de cobre, podría acercarse al 100%, pero ese es un devanado de transformador bastante inusual.
Con alambre redondo convencional, con una cubierta de aislamiento (no cuenta como cobre), enrollado en capas simples, con cinta entre capas, con un número entero de vueltas que no llenan exactamente el ancho, o capas que llenan la altura, en un aislamiento bobbin, obtener una utilización del 50% sería bastante bueno, esta es la cifra a la que apuntar. 40% puede ser más típico.
Algunos transformadores se enrollan con un uso más bajo, donde, por ejemplo, el fabricante ha tenido que usar un núcleo estándar del 'tamaño siguiente', y luego descubre que puede cumplir con las especificaciones del cliente sin llenar la ventana, ahorrando así algo del costo del cable adicional.
Un transformador de alto voltaje, que necesita un aislamiento grueso alrededor de los devanados, entre los devanados y quizás entre las capas, también tendrá una utilización muy por debajo del 50%.
Puede hacerlo un poco mejor que el 50 % si puede deshacerse de la bobina y usar devanados autoportantes (como la mayoría de los transformadores de hornos de microondas), o usar cinta plana o alambre cuadrado para enrollar, lo que reduce las esquinas desperdiciadas entre los alambres redondos. , o elija cuidadosamente el tamaño del cable para que se ajuste a un número entero de vueltas y capas en la ventana.
Con un transformador toroidal, la máquina de bobinado necesita un orificio en el medio para trabajar, lo que reduce aún más la ventana disponible, y el 40 % está bien.
Para dos transformadores devanados con el mismo número de vueltas en los mismos núcleos, pero con diferentes factores de utilización, el que tenga el factor más alto será... más
eficiente
mayor capacidad de corriente
menores pérdidas
mejor regulación
más pesado
más costoso
Un buen diseñador de transformadores no dejará espacio en la "ventana". Los tamaños de los núcleos son dimensiones estándar para potencias estándar. Siempre necesita una cantidad de hierro y una cantidad de cobre, independientemente de cuál sea la relación y la corriente/voltaje. Un voltaje más alto significa más vueltas, pero un cable más delgado, los voltajes más bajos requieren menos vueltas pero un cable más grueso. La comparación de la sección transversal del cobre en ambos casos es la misma.
Autista