روش سیمپیچی ساندویچی در ترانسفورماتورها چیست؟
روش سیمپیچی ساندویچی (Sandwich Winding) یکی از روشهای رایج در طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای قدرت با فرکانس بالا است.
در این روش، لایههای سیمپیچی اولیه و ثانویه بهصورت متناوب روی هم پیچیده میشوند تا سطح کوپلینگ مغناطیسی بین دو سیمپیچ افزایش یابد.
نتیجهی این چیدمان، بهبود عملکرد الکتریکی و کاهش اندوکتانس نشتی در فرکانسهای بالا است.
ویژگی اصلی این روش آن است که یک سیمپیچ در بین دو لایه از سیمپیچ دیگر قرار میگیرد — درست مانند یک ساندویچ.
انواع روشهای سیمپیچی ساندویچی
بهطور کلی دو نوع چیدمان اصلی برای روش ساندویچی وجود دارد:
1- سیمپیچی اولیه در میان ثانویه (PSS – Primary Sandwiched Secondary)
در این روش، سیمپیچی اولیه بین دو لایه از سیمپیچی ثانویه قرار میگیرد.
این ساختار باعث کاهش اندوکتانس نشتی و در نتیجه افزایش راندمان عملکرد ترانسفورماتور میشود.
PSS زمانی مناسب است که هدف، کاهش شار مغناطیسی پراکنده و محدود کردن انرژی تلفشده باشد.
2-سیمپیچی ثانویه در میان اولیه (SSP – Secondary Sandwiched Primary)
در این روش، سیمپیچی ثانویه بین دو لایه از سیمپیچی اولیه قرار میگیرد.
این نوع بیشتر برای کاربردهایی مناسب است که در آن، جریان سیمپیچی اولیه بالاتر از ثانویه است.
نتیجهی این ساختار، بهبود عملکرد حرارتی و افزایش راندمان انرژی در ترانسفورماتور است.
مزایا و معایب روش سیمپیچی ساندویچی
مزایا
1. کاهش اندوکتانس نشتی
در این روش، فاصلهی بین لایههای اولیه و ثانویه کاهش یافته و در نتیجه اتصال مغناطیسی بهینهتر میشود.
این ویژگی باعث کاهش تلفات انرژی، کاهش استرس ولتاژی و افزایش بازدهی کلی ترانسفورماتور میگردد.
2.کاهش تلفات مسی (Copper Loss)
در ساختار SSP، بهدلیل کاهش طول سیمپیچ و بهبود مسیر جریان، مقاومت الکتریکی کمتر و در نتیجه گرمای کمتری تولید میشود.
3.بهبود عملکرد حرارتی
چینش لایهای یکنواخت باعث توزیع یکنواخت جریان و حرارت در داخل ترانسفورماتور میشود.
در نتیجه احتمال ایجاد نقاط داغ (Hot Spots) به حداقل رسیده و عمر عایق و سیمپیچ افزایش مییابد.
4.طراحی فشرده و کمحجم
این نوع سیمپیچی برای ترانسفورماتورهایی با فضای محدود بسیار مناسب است.
چیدمان ساندویچی، ابعاد و وزن ترانسفورماتور را کاهش میدهد و برای تجهیزات فشرده ایدهآل است.
5. صرفهجویی اقتصادی
در این روش، بهدلیل کاهش نیاز به مس و مواد هادی، هزینههای تولید پایینتر میآید.
همچنین، نگهداری و تعمیرات کمتری مورد نیاز است که در بلندمدت هزینهها را کاهش میدهد.
معایب
1-طراحی پیچیده
چیدمان متناوب لایهها باعث میشود طراحی این ترانسفورماتورها پیچیدهتر از روشهای معمولی باشد.
انتخاب اشتباه بین دو ساختار PSS یا SSP میتواند منجر به عدم تطابق با شرایط کاری و عملکرد نامطلوب شود.
2-دشواری در آزمون و اندازهگیری
بهدلیل وجود ظرفیتهای کوپلینگ بین سیمپیچ اولیه و ثانویه، اندازهگیری اندوکتانس نشتی و سایر پارامترها دشوار میشود و باید اثر متقابل این دو فاکتور در آزمونها لحاظ گردد.
3-نیاز به فرآیند دقیق تولید
سیمپیچی ساندویچی معمولاً باید بهصورت تخت و یکنواخت پیچیده شود تا اندوکتانس نشتی کاهش یابد.
اما حفظ تختی در فرآیند پیچش بسیار دشوار است و نیازمند تجهیزات دقیق و اپراتور ماهر میباشد.
همچنین، با توجه به افزایش سطح کوپلینگ، عایقبندی باید قویتر از حالت عادی باشد تا از خطر نشت جریان و اتصال کوتاه جلوگیری شود.
4-افزایش ظرفیت خازنی کوپلینگ
افزایش سطح تماس بین لایهها، منجر به افزایش ظرفیت خازنی توزیعشده میشود.
در منابع تغذیه سوئیچینگ، این خازنها بهصورت پیدرپی شارژ و دشارژ میشوند که باعث افت راندمان و ایجاد نویز زنگدار (Ringing Noise) در سیستم میگردد.
5-سختی در تعمیر و مقیاسپذیری پایین
بهدلیل ساختار پیچیدهی لایهها، تعمیر یا تعویض سیمپیچیها دشوارتر و پرهزینهتر است.
همچنین این روش برای ترانسفورماتورهای بزرگ مقیاس مناسب نیست.
6-پیچیدگی در آزمون تداخلات الکترومغناطیسی (EMI)
نزدیکی لایهها باعث ایجاد اثر شیلدینگ (Shielding) میشود که اندازهگیری دقیق EMI را سخت میکند.
برای اطمینان از صحت آزمونها، باید عوامل مختلف اثر متقابل مغناطیسی و خازنی بهدقت کنترل شوند.
جمعبندی
مانند سایر روشهای سیمپیچی، روش ساندویچی نیز مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارد.
اگر در طراحی، نوع کاربرد، فرکانس کاری و توان خروجی بهدرستی لحاظ شوند، این روش میتواند بهبود قابلتوجهی در عملکرد، راندمان و ابعاد ترانسفورماتور ایجاد کند.
