Jakie zjawiska powoduje nasycenie rdzenia w transformatorze inwertorowym?

Zjawiska spowodowane nasyceniem rdzenia w Transformator inwerterowy

Nasycenie rdzenia odnosi się do zjawiska, w którym gęstość strumienia magnetycznego materiału rdzenia osiąga swoją granicę i strumienia nie można już zwiększać liniowo. W przypadku transformatorów inwerterowych nasycenie rdzenia może prowadzić do szeregu poważnych usterek elektrycznych i pogorszenia wydajności:

Zniekształcenie przebiegu napięcia i jitter

Jitter napięcia: Nasycenie rdzenia powoduje gwałtowny spadek impedancji rdzenia w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego, co powoduje znaczne zniekształcenie napięcia pierwotnego. Kształt fali napięcia wyjściowego zmieni się z idealnej fali sinusoidalnej lub fali prostokątnej na przebieg zniekształcony z „liniami przerywanymi” lub „skokami”. Zjawisko to jest powszechnie określane jako „waganie napięcia” lub „odbicie napięcia”. W ciężkich przypadkach może to spowodować przekroczenie bezpiecznego zakresu napięcia wyjściowego falownika.

Zwiększone wartości szczytowe prądu i hałas

Skoki prądu i udary magnetycznego prądu nasycenia: Po wejściu rdzenia w obszar nasycenia indukowana siła elektromotoryczna nie może skutecznie ograniczyć wzrostu prądu, co powoduje skoki kształtu fali prądu wzbudzenia. To zniekształcenie prądu nie tylko zwiększa zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) systemu, ale może również uszkodzić urządzenia przełączające z powodu nadmiernego prądu.

Odchylenie magnetyzmu i spadek wydajności

Asymetria strumienia magnetycznego spowodowana polaryzacją magnetyczną: W konstrukcji przetwornicy z pełnym mostkiem nasyceniu rdzenia często towarzyszy polaryzacja magnetyczna (odchylenie magnetyczne odnosi się do przesunięcia punktu środkowego roboczej pętli histerezy rdzenia). Odchylenie magnetyczne prowadzi do niespójnych dodatnich i ujemnych szerokości napięcia impulsu, co dodatkowo pogłębia nieliniowe zniekształcenie rdzenia. Bez skutecznych środków antymagnetycznych (takich jak kondensator szeregowy po stronie pierwotnej) rdzeń nie będzie w stanie powrócić do początkowego stanu strumienia w każdym cyklu, co spowoduje gwałtowny spadek wydajności.

Ryzyko awarii sprzętu i przepięcia

Ryzyko przepięcia: Gdy rdzeń jest nasycony, indukowana siła elektromotoryczna po stronie pierwotnej znacznie maleje, podczas gdy indukcyjność strony wtórnej pozostaje względnie stała, co może powodować niezwykle wysokie skoki napięcia w momencie wyłączenia. Takie przepięcia mogą przeniknąć przez warstwę izolacyjną, uszkodzić sam transformator, a nawet doprowadzić do katastrofalnych w skutkach awarii całego układu inwertera.