Ich hätte gerne eine Erläuterung der Bedeutung der Fensternutzung bei der Transformatorkonstruktion. Ich verstehe, dass es das Verhältnis der von Wicklungen eingenommenen Fläche zur Gesamtfläche ist, die für Wicklungen auf dem Kern verfügbar ist. Insbesondere möchte ich typische Werte kennen, die man für Anwendungen und Größen von Transformatoren finden würde. Was ist auch der Effekt einer höheren vs. einer niedrigeren Fensterauslastung?
Angenommen, Sie führen N Windungen Kupferdraht durch ein "Fenster" im Eisenkern. Die Länge dieser Wicklung ist mehr oder weniger unabhängig von der verwendeten Drahtfläche. Dies bedeutet, dass der Widerstand der Wicklung (eine schlechte Sache) umgekehrt proportional zur Kupferfläche ist.
Ein guter Transformator hat einen möglichst geringen Widerstand und daher die größtmögliche Kupferfläche. Die „Fenster“ durch den Eisenkern setzen dem Kupferbereich offensichtlich eine obere Grenze. Der Nutzungsfaktor ist nur das Verhältnis des tatsächlichen Kupfers, das Sie durch das Fenster erhalten können, zur Fläche des Fensters.
Mit einer einzigen Windung des Kupferstabs könnte man sich 100 % nähern, aber das ist eine ziemlich ungewöhnliche Transformatorwicklung.
Mit herkömmlichem Runddraht, mit Isolationsumhüllung (gilt nicht als Kupfer), einlagig gewickelt, mit Zwischenlagenband, mit ganzzahliger Windung nicht exakt die Breite ausfüllend, oder höhenfüllende Lagen auf einer Isolation Spule, eine Auslastung von 50 % wäre ziemlich gut, das ist die anzustrebende Zahl. 40 % dürften eher typisch sein.
Einige Transformatoren werden mit geringerer Auslastung gewickelt, wo beispielsweise der Hersteller einen Standardkern der „nächst größeren Größe“ verwenden musste und dann feststellt, dass er die Kundenspezifikation erfüllen kann, ohne das Fenster zu füllen, wodurch einige Kosten für den zusätzlichen Draht eingespart werden.
Ein Hochspannungstransformator, der eine dicke Isolierung um die Wicklungen herum, zwischen den Wicklungen und möglicherweise zwischen den Schichten benötigt, hat ebenfalls eine Auslastung von weit unter 50 %.
Sie können etwas besser als 50% abschneiden, wenn Sie die Spule loswerden und selbsttragende Wicklungen verwenden (wie die meisten Mikrowellentransformatoren) oder flaches Klebeband oder quadratischen Draht zum Wickeln verwenden, wodurch die verschwendeten Ecken zwischen runden Drähten reduziert werden , oder wählen Sie die Drahtgröße sorgfältig aus, um eine ganzzahlige Anzahl von Windungen und Schichten in das Fenster zu passen.
Bei einem Ringkerntransformator benötigt die Wickelmaschine in der Mitte ein Loch zum Durcharbeiten, wodurch das verfügbare Fenster weiter reduziert wird und 40 % gut laufen.
Bei zwei Trafos, die mit gleicher Windungszahl auf gleiche Kerne gewickelt sind, aber mit unterschiedlichen Ausnutzungsgraden, wird der mit dem höheren Faktor ...
effizienter,
höhere Strombelastbarkeit,
geringere Verluste,
bessere Regelung,
schwerer
, teurer
Ein guter Transformatorkonstrukteur wird keinen Platz im "Fenster" lassen. Die Größen der Kerne sind Standardmaße für Standardleistungen. Sie benötigen immer eine Menge Eisen und eine Menge Kupfer, unabhängig von Verhältnis und Strom / Spannung. Höhere Spannung bedeutet mehr Windungen, aber dünnerer Draht, niedrigere Spannungen erfordern weniger Windungen, aber dickeren Draht. Der Vergleichsquerschnitt des Kupfers ist in beiden Fällen gleich.
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