स्विचिंग पावर सप्लाई में उच्च आवृत्ति वाले चुंबकीय घटकों की आठ सामान्य डिज़ाइन गलतियाँ
1) चुंबकीय कोर-अनुकूलित डिजाइन की खिड़की भरना
कई बिजली आपूर्ति डिजाइनर सोचते हैं कि उच्च आवृत्ति चुंबकीय घटकों के डिजाइन में, कोर विंडो को भरकर सबसे अच्छा डिजाइन प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन ऐसा नहीं है। कई उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर और प्रेरकों के डिजाइन में, हम पा सकते हैं कि वाइंडिंग की एक या अधिक परतों को जोड़ने, या बड़े तार व्यास के साथ तामचीनी तारों का उपयोग करने से न केवल इष्टतम प्रभाव प्राप्त नहीं हो सकता है, बल्कि वाइंडिंग में निकटता प्रभाव के कारण कुल वाइंडिंग नुकसान में वृद्धि होगी।
इसलिए, उच्च आवृत्ति वाले चुंबकीय घटकों के डिजाइन में, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि भले ही वाइंडिंग आयरन कोर विंडो को पूरी तरह से लपेटे नहीं, लेकिन विंडो क्षेत्र का केवल 25% ही लपेटे। आपको पूरे विंडो क्षेत्र को भरने की कोशिश करने की ज़रूरत नहीं है।
यह गलत धारणा मुख्य रूप से पावर फ्रीक्वेंसी चुंबकीय घटकों के डिजाइन से प्रभावित है। पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर के डिजाइन में, कोर और वाइंडिंग की अखंडता पर जोर दिया जाता है, इसलिए कोर और वाइंडिंग के बीच कोई अंतर नहीं होता है, और वाइंडिंग को आम तौर पर पूरी विंडो को भरने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, जिससे इसकी यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित होती है। हालाँकि, उच्च-आवृत्ति चुंबकीय घटकों के डिज़ाइन में यह आवश्यकता नहीं होती है।
2) "लौह हानि=तांबा हानि"-अनुकूलित ट्रांसफार्मर डिजाइन
कई पावर डिज़ाइनर, यहाँ तक कि चुंबकीय घटक डिज़ाइन के लिए कई संदर्भ पुस्तकों में, "लोहे की हानि=तांबे की हानि" को उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर के इष्टतम डिज़ाइन के लिए मानदंडों में से एक के रूप में सूचीबद्ध करते हैं, लेकिन ऐसा नहीं है। उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर के डिजाइन में, लोहे की हानि और तांबे की हानि के बीच का अंतर बड़ा हो सकता है, और कभी-कभी अंतर परिमाण के क्रम तक भी पहुँच सकता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर अच्छी तरह से डिज़ाइन नहीं किया गया है।
यह गलत धारणा पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफॉर्मर के डिजाइन से भी प्रभावित होती है। पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफॉर्मर अक्सर बड़ी संख्या में वाइंडिंग के कारण बड़े क्षेत्र पर कब्जा कर लेते हैं, इसलिए थर्मल स्थिरता और थर्मल एकरूपता के दृष्टिकोण से, "लोहे की हानि=तांबे की हानि" का अनुभवजन्य डिजाइन नियम प्राप्त होता है।
हालांकि, उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के लिए, अंगूठे का यह नियम लागू नहीं होता है। स्विचिंग पावर सप्लाई उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर के डिजाइन में, इष्टतम डिजाइन निर्धारित करने के लिए कई कारक हैं, और "लोहे की हानि=तांबे की हानि" वास्तव में सबसे कम चिंतित पहलू है।
3) रिसाव प्रेरकत्व के साथ चुम्बकीय प्रेरकत्व=1%
चुंबकीय घटकों को डिजाइन करने के बाद, कई बिजली आपूर्ति डिजाइनर अक्सर ट्रांसफार्मर निर्माताओं को प्रासंगिक तकनीकी आवश्यकताओं को प्रस्तुत करते समय रिसाव प्रेरण आवश्यकताओं को समझाते हैं। कई तकनीकी शीटों पर समान तकनीकी आवश्यकताओं के साथ चिह्नित किया जाता है जैसे कि "रिसाव प्रेरण के साथ चुंबकीय प्रेरण=1%" या "रिसाव प्रेरण के साथ चुंबकीय प्रेरण <2%"। वास्तव में, इस तरह का लेखन या डिज़ाइन मानक बहुत ही अव्यवसायिक है।
विद्युत आपूर्ति डिजाइनर को सर्किट की सामान्य कार्य आवश्यकताओं के अनुसार स्वीकार्य रिसाव प्रेरकत्व पर एक संख्यात्मक सीमा निर्धारित करनी चाहिए। ट्रांसफार्मर बनाने की प्रक्रिया में, रिसाव प्रेरकत्व और चुम्बकीय प्रेरकत्व के बीच आनुपातिक संबंध को तकनीकी आवश्यकता के रूप में देने के बजाय, ट्रांसफार्मर के अन्य मापदंडों (जैसे टर्न-टू-टर्न कैपेसिटेंस) को खराब किए बिना रिसाव प्रेरकत्व को यथासंभव कम किया जाना चाहिए।
क्योंकि रिसाव प्रेरकत्व और चुम्बकीय प्रेरकत्व के बीच का संबंध ट्रांसफार्मर में वायु अंतराल की उपस्थिति या अनुपस्थिति के साथ बहुत भिन्न होता है। जब कोई वायु अंतराल नहीं होता है, तो रिसाव प्रेरकत्व चुम्बकीय प्रेरकत्व के 0.1% से कम हो सकता है, जबकि जब वायु अंतराल होता है, भले ही ट्रांसफार्मर वाइंडिंग निकटता से युग्मित हों, रिसाव प्रेरकत्व और चुम्बकीय प्रेरकत्व के बीच आनुपातिक संबंध 10% तक पहुंच सकता है।
इसलिए, रिसाव प्रेरकत्व और चुम्बकीय प्रेरकत्व के बीच आनुपातिक संबंध को ट्रांसफार्मर के डिजाइन सूचकांक के रूप में चुंबकीय घटकों के निर्माता को प्रदान नहीं किया जाना चाहिए। अन्यथा, यह दिखाएगा कि आप रिसाव ज्ञान को नहीं समझते हैं या वास्तव में वास्तविक रिसाव मूल्य के बारे में परवाह नहीं करते हैं। सही तरीका स्वीकार्य रिसाव प्रेरकत्व के निरपेक्ष मूल्य को निर्दिष्ट करना है। बेशक, एक निश्चित अनुपात जोड़ा या घटाया जा सकता है, और इस अनुपात का विशिष्ट मूल्य 20% है।
4) रिसाव प्रेरकत्व चुंबकीय कोर पारगम्यता से संबंधित है।
कुछ बिजली आपूर्ति डिजाइनरों का मानना है कि वाइंडिंग में चुंबकीय कोर जोड़ने से वाइंडिंग अधिक निकटता से युग्मित हो जाएगी और वाइंडिंग के बीच रिसाव अधिष्ठापन कम हो जाएगा; कुछ बिजली आपूर्ति डिजाइनरों का मानना है कि वाइंडिंग में चुंबकीय कोर जोड़ने के बाद चुंबकीय कोर वाइंडिंग के बीच के क्षेत्र के साथ युग्मित हो जाएगा, जिससे रिसाव अधिष्ठापन बढ़ सकता है।
दरअसल, स्विचिंग पावर सप्लाई के डिजाइन में, दो कोएक्सियल वाइंडिंग ट्रांसफॉर्मर के लीकेज इंडक्टेंस का चुंबकीय कोर के अस्तित्व से कोई लेना-देना नहीं है। यह परिणाम समझ से परे हो सकता है, क्योंकि कई हज़ार की सापेक्ष पारगम्यता वाली सामग्री का लीकेज इंडक्टेंस पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है जब वह कॉइल के करीब होती है।
सैकड़ों ट्रांसफार्मरों के मापे गए परिणाम बताते हैं कि रिसाव प्रेरकत्व में परिवर्तन मूलतः चुंबकीय कोर के साथ या उसके बिना 10% से अधिक नहीं होता है, और कई परिवर्तन केवल लगभग 2% होते हैं।
5) ट्रांसफार्मर वाइंडिंग के धारा घनत्व का इष्टतम मान 2A/mm ~ 3.1A/mm है।
कई विद्युत आपूर्ति डिजाइनर उच्च आवृत्ति वाले चुंबकीय घटकों को डिजाइन करते समय अक्सर कुंडलियों में धारा घनत्व को इष्टतम डिजाइन के मानक के रूप में मानते हैं।
वास्तव में, इष्टतम डिजाइन का वाइंडिंग करंट घनत्व से कोई लेना-देना नहीं है। वास्तव में जो मायने रखता है वह यह है कि वाइंडिंग में कितना नुकसान है और क्या गर्मी अपव्यय के उपाय स्वीकार्य सीमा के भीतर तापमान वृद्धि सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त हैं।
हम स्विचिंग पावर सप्लाई में ऊष्मा अपव्यय उपायों के दो चरम मामलों की कल्पना कर सकते हैं। जब ऊष्मा अपव्यय के लिए क्रमशः द्रव विसर्जन और वैक्यूम का उपयोग किया जाता है, तो वाइंडिंग में संबंधित वर्तमान घनत्व काफी भिन्न होगा।
स्विचिंग पावर सप्लाई के वास्तविक विकास में, हम वर्तमान घनत्व की परवाह नहीं करते हैं, लेकिन केवल इस बात की परवाह करते हैं कि वायर पैकेज कितना गर्म है। क्या तापमान वृद्धि स्वीकार्य है?
यह गलत अवधारणा है कि डिजाइनर चर की संख्या को सरल बनाते हैं और इस प्रकार गणना प्रक्रिया को सरल बनाते हैं ताकि बार-बार परीक्षण और त्रुटि से बचा जा सके, लेकिन यह सरलीकरण अनुप्रयोग की शर्तों को स्पष्ट नहीं करता है।
6), प्राथमिक वाइंडिंग हानि=द्वितीयक वाइंडिंग हानि "-अनुकूलित ट्रांसफार्मर डिजाइन।
कई बिजली आपूर्ति डिजाइनरों का मानना है कि अनुकूलित ट्रांसफार्मर डिजाइन इस बात से मेल खाता है कि ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग हानि द्वितीयक वाइंडिंग हानि के बराबर है। चुंबकीय घटकों की कई डिजाइन पुस्तकों में भी, इसे इष्टतम डिजाइन के लिए एक मानक माना जाता है। वास्तव में, यह इष्टतम डिजाइन के लिए एक मानक नहीं है।
कुछ मामलों में, ट्रांसफार्मर का आयरन लॉस और कॉपर लॉस एक जैसा हो सकता है। लेकिन अगर प्राइमरी वाइंडिंग लॉस और सेकेंडरी वाइंडिंग लॉस में बहुत अंतर है, तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता।
इस बात पर फिर से ज़ोर दिया जाना चाहिए कि उच्च आवृत्ति वाले चुंबकीय घटकों के डिज़ाइन में हम जिस चीज़ के बारे में चिंतित हैं, वह यह है कि इस्तेमाल की गई गर्मी अपव्यय मोड के तहत वाइंडिंग कितनी गर्म है। प्राथमिक वाइंडिंग हानि=द्वितीयक वाइंडिंग हानि केवल पावर फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफ़ॉर्मर के डिज़ाइन में एक अनुभवजन्य नियम है।
7) यदि घुमावदार व्यास प्रवेश गहराई से कम है, तो उच्च आवृत्ति हानि बहुत कम होगी।
सिर्फ इसलिए कि घुमावदार व्यास प्रवेश गहराई से कम है इसका मतलब यह नहीं है कि कोई बड़ी उच्च आवृत्ति हानि नहीं है। यदि ट्रांसफार्मर वाइंडिंग में कई परतें हैं, भले ही तार का व्यास प्रवेश गहराई से बहुत पतला हो, तो यह मजबूत निकटता प्रभाव के कारण बहुत अधिक उच्च आवृत्ति हानि का कारण बन सकता है।
इसलिए, जब घुमावदार नुकसान पर विचार करते हैं, तो हमें न केवल तामचीनी तार की मोटाई से नुकसान का न्याय करना चाहिए, बल्कि घुमावदार मोड, घुमावदार परतों और घुमावदार मोटाई सहित पूरे घुमावदार संरचना की व्यवस्था पर भी व्यापक रूप से विचार करना चाहिए।
8) अग्र परिपथ में ट्रांसफार्मर की खुले परिपथ अनुनाद आवृत्ति स्विचिंग आवृत्ति से बहुत अधिक होनी चाहिए।
कई बिजली आपूर्ति डिजाइनर सोचते हैं कि ट्रांसफार्मर की डिजाइनिंग और परीक्षण करते समय ट्रांसफार्मर की ओपन-सर्किट अनुनाद आवृत्ति कनवर्टर की स्विचिंग आवृत्ति से बहुत अधिक होनी चाहिए। वास्तव में, ट्रांसफार्मर की ओपन-सर्किट अनुनाद आवृत्ति का स्विचिंग आवृत्ति से कोई लेना-देना नहीं है।
हम सीमा मामले की कल्पना कर सकते हैं: एक आदर्श चुंबकीय कोर के लिए, इसका प्रेरकत्व अनंत है, लेकिन इसमें अपेक्षाकृत छोटा टर्न-टू-टर्न कैपेसिटेंस भी होगा, और इसकी अनुनाद आवृत्ति लगभग शून्य है, जो स्विचिंग आवृत्ति से बहुत छोटी है।
सर्किट से वास्तव में जो संबंधित है वह है ट्रांसफार्मर की शॉर्ट-सर्किट अनुनाद आवृत्ति। सामान्य तौर पर, ट्रांसफार्मर की शॉर्ट-सर्किट अनुनाद आवृत्ति स्विचिंग आवृत्ति के परिमाण के दो क्रम से अधिक होनी चाहिए।
