Designoptimierer für Magnetik und Transformatoren
Der NSGA-II-Optimierer findet pareto-optimale Kern- und Wicklungsdesigns für 40 Kerne (E, ETD, PQ, RM und Toroide) und 104 Kern-/Materialkombinationen mit TDK- und Ferroxcube-Ferriten und Eisenpulver von Micrometals. Minimiert gleichzeitig den Gesamtverlust und das Volumen — zeigt den vollen Kompromiss zwischen Effizienz und Größe auf.
So funktioniert's
Einen Transformator oder Induktor von Hand zu konstruieren bedeutet, einen Kern aus Hunderten auszuwählen und zu hoffen, dass ein Kompromiss zwischen Effizienz und Größe akzeptabel ist. Dieses Tool läuft NSGA-II über 40 Kerne in 104 Adern und Materialkombinationen gleichzeitig, wobei jeder Kandidat an 10 Betriebspunkten (5 Laststufen × 2 Eingangsextreme) evaluiert wurde, um ein robustes Worst-Case-Design zu gewährleisten.
Zwei Ziele werden gleichzeitig minimiert: totaler Leistungsverlust (Kernverlust + Dowell AC-Wicklungsverlust) und Kernvolumen. Diese Ziele sind widersprüchlich — ein kleinerer Kern hat eine höhere Flussdichte und einen höheren Verlust. Das Ergebnis ist ein Pareto vorne: jedes Design, bei dem keine Effizienzsteigerung möglich ist, ohne die Größe zu erhöhen.
Verlust des Kerns wird an die vom Hersteller veröffentlichten Verlustdaten angepasst — Steinmetz passt an die Datenblattpunkte von TDK und Ferroxcube sowie an die eigene Formel von Micrometals für Eisenpulver an — und wird anhand der AC-Flussamplitude berechnet, nicht an der Spitze: halber Flussschwung für einen Flyback, Vin·D/ (2·N·Ae·F) für einen Vorwärtswandler und die Welligkeit, nicht die DC-Vorspannung, für einen Induktor. Ein Material wird nur innerhalb der 1,5-fachen Frequenzspanne seiner Daten verwendet. Materialien, deren Konstanten nicht auf ein Datenblatt zurückgeführt werden konnten, werden weiterhin angeboten, aber jedes Design, das ein solches verwendet, ist gekennzeichnet nicht bestätigt. Der Wärmewiderstand hängt von der Größe des Kerns ab, wie aus dem TDK-Datenbuch hervorgeht, nicht von seinem Material.
Für jeden Kandidaten gelten folgende Einschränkungen: Bpeak < 0.8 × Bsat, Füllfaktor < 0.40 und Sperrschichttemperatur ≤ Tmax.
Verwandte Rechner
Häufig gestellte Fragen
Wozu dient der Schieberegler für das Objektivgewicht?+
Bei 0 wählt das Tool das Design mit minimalem Verlust von der Pareto-Front aus. Bei 1 wählt es die Mindestlautstärke aus. Bei 0,3 (Standardeinstellung) wird der ausgeglichene Punkt ausgewählt, der dem Knie der Pareto-Kurve am nächsten liegt.
Warum zieht der Optimierer manchmal Eisenpulver dem Ferrit vor?+
Eisentoroide in Pulverform haben eine viel höhere Sättigungsflussdichte (1,4—1,5 T gegenüber 0,35—0,43 T bei Ferriten). Bei Hochstrominduktoren mit signifikanter Gleichstromvorspannung kann Eisenpulver trotz höherer Kernverlustkoeffizienten eine höhere Induktivitätsdichte erreichen.
Was ist das Dowell-Modell?+
Das Dowell-Modell berechnet den Wechselstromwiderstandsfaktor F_R = R_ac/R_dc als Funktion des Drahtdurchmessers, der Hauttiefe und der Anzahl der Wicklungslagen. Bei 100 kHz kann eine 4-lagige Wicklung aus AWG22-Draht den Wert F_R ≈ 5 haben, was bedeutet, dass der Wechselstrom-Kupferverlust das Fünffache der DC-Vorhersage beträgt.
Wie reduziert Verschachtelung den Wickelverlust?+
Durch das P-S-P-Verschachteln wird die Primärschicht auf beiden Seiten der Sekundärseite in zwei Hälften geteilt, wodurch sich die effektive Anzahl der Schichten halbiert. Dadurch wird der Term des Näherungseffekts (der als n²−1 skaliert wird) um das bis zu 5-fache reduziert, wodurch der Kupferverlust über 50 kHz drastisch reduziert wird.