Quali fenomeni provoca la saturazione del nucleo in un trasformatore inverter?

Fenomeni causati dalla saturazione del nucleo in an Trasformatore inverter

La saturazione del nucleo si riferisce al fenomeno in cui la densità del flusso magnetico del materiale del nucleo raggiunge il suo limite e il flusso non può più essere aumentato in modo lineare. Per i trasformatori inverter, la saturazione del nucleo può portare a una serie di gravi guasti elettrici e al degrado delle prestazioni:

Distorsione e jitter della forma d'onda della tensione

Jitter di tensione: la saturazione del nucleo provoca una forte diminuzione dell'impedenza del nucleo rispetto al campo magnetico esterno, con conseguente distorsione significativa della tensione primaria. La forma d'onda della tensione di uscita cambierà da un'onda sinusoidale o quadra ideale a una forma d'onda distorta con "linee spezzate" o "picchi". Questo fenomeno viene comunemente definito "jitter di tensione" o "rimbalzo di tensione". Nei casi più gravi, la tensione di uscita dell'inverter potrebbe superare l'intervallo di sicurezza.

Aumento dei picchi di corrente e del rumore

Picchi di corrente e picchi nella corrente di saturazione magnetica: dopo che il nucleo entra nella regione di saturazione, la forza elettromotrice indotta non può limitare efficacemente l'aumento di corrente, con conseguenti picchi nella forma d'onda della corrente di eccitazione. Questa distorsione di corrente non solo aumenta le interferenze elettromagnetiche (EMI) del sistema, ma può anche danneggiare i dispositivi di commutazione a causa della corrente eccessiva.

Distorsione del magnetismo e diminuzione dell'efficienza

Asimmetria del flusso magnetico causata dalla polarizzazione del magnetismo: in una struttura di convertitore a ponte intero, la saturazione del nucleo è spesso accompagnata da una polarizzazione del magnetismo (la polarizzazione del magnetismo si riferisce all'offset del punto centrale del ciclo di isteresi di lavoro del nucleo). La polarizzazione del magnetismo porta a larghezze di tensione dell'impulso positivo e negativo incoerenti, esacerbando ulteriormente la distorsione non lineare del nucleo. Senza efficaci misure antimagnetismo (come un condensatore in serie sul lato primario), il nucleo non sarà in grado di ripristinare il suo stato di flusso iniziale in ogni ciclo, con conseguente forte calo di efficienza.

Guasto dell'apparecchiatura e rischio di sovratensione

Rischio di sovratensione: quando il nucleo è saturo, la forza elettromotrice indotta sul lato primario diminuisce in modo significativo, mentre l'induttanza del lato secondario rimane relativamente costante, causando potenzialmente picchi di tensione estremamente elevati al momento dello spegnimento. Tali picchi di sovratensione possono penetrare nello strato isolante, danneggiare il trasformatore stesso e persino portare a guasti catastrofici dell'intero sistema inverter.