Alambre Litz
HistorIa
En la primera mitad del siglo pasado, el rango de uso del alambre litz era consistente con el nivel tecnológico del día. Por ejemplo, en 1923 la primera transmisión de radio frecuencia media fue posible gracias a los alambres litz en las bobinas. En la década de 1940, el alambre litz se utilizó en los primeros sistemas de diagnóstico ultrasónico y sistemas RFID básicos. En la década de 1950, el alambre litz se usaba en los obturadores de USW. Con el crecimiento explosivo de nuevos componentes electrónicos en la segunda mitad del siglo XX, el uso de alambres litz también se expandió rápidamente.
Elektrisola comenzó a suministrar alambres litz de alta frecuencia en 1951 para satisfacer la creciente demanda de los clientes de productos de calidad innovadores. El alambre litz de Elektrisola se incorporó rápidamente a nuevos desarrollos, como los obturadores de núcleo de ferrita para balastros de iluminación electromagnética en la década de 1960, así como los sistemas de imágenes por resonancia magnética desarrollados en las décadas de 1970 y 1980, y fuentes de poder conmutadas de alta frecuencia en la década de 1990.
Desde el principio, Elektrisola ha demostrado una asociación activa con sus clientes en el desarrollo conjunto de nuevas e innovadoras soluciones de alambre litz. Este estrecho soporte al cliente continúa hoy con nuevas aplicaciones de alambre litz en los campos de energía renovable, movilidad eléctrica y tecnologías médicas que se están desarrollando para su uso en productos futuros.
Terminologia
Los alambres Litz consisten en múltiples alambres como alambres sencillos aislados agrupados y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones que requieren buena flexibilidad y rendimiento de alta frecuencia.
Los alambres litz de alta frecuencia se producen utilizando múltiples alambres sencillos aislados eléctricamente entre sí y generalmente se usan en aplicaciones que operan dentro de un rango de frecuencia de 10 kHz a 5 MHz.
En las bobinas, que son el almacenamiento de energía magnética de la aplicación, se producen pérdidas por corrientes eddy debido a las altas frecuencias. Las pérdidas de corriente Eddy aumentan con las altas frecuencias. La raíz de estas pérdidas es el efecto pelicular y el efecto de proximidad, que se pueden reducir utilizando alambre litz de alta frecuencia. El campo magnético que causa estos efectos es compensado por la construcción de agrupamiento del alambre litz.
Alambre Sencillo
El componente básico de un alambre litz es el alambre sencillo aislado. El material conductor y el esmalte de aislamiento se pueden combinar de manera óptima para satisfacer las demandas de aplicaciones específicas.
Alambre sencillo
Alambre Litz / Construcción de Grupos
Dependiendo del número de alambres sencillos, los alambres litz se producen en uno o más pasos. Por lo tanto, hay muchas opciones para el diseño general.
Alambre Litz Agrupado Directamente
Un número limitado de alambres sencillos se agrupa directamente para que cada alambre sencillo se ubique libremente. Los alambres sencillos pueden tomar cualquier posición dentro de la sección transversal del alambre litz.
Alambres Agrupado Directamente
Alambres Litz Multi Pasos
Dependiendo de la cantidad de alambres requerida o la especificación de rendimiento, los alambres litz se pueden trenzar en varios pasos. Cualquier cantidad de grupos preparados se entrelazan entre sí en varios pasos de trenzado. Las propiedades eléctricas y mecánicas del producto final dependen de la construcción del alambre litz diseñado.
Alambre Litz Multi Pasos con 3 Grupos
Alambre Litz Multi Pasos con 5 Grupos
Alambres Litz Agrupados Concéntricamente
Los alambres sencillos se colocan en una o más capas de forma concéntrica alrededor del conductor central del alambre litz. En esta configuración de diseño, cada alambre sencillo se mueve naturalmente a su posición predefinida durante la operación de trenzado, lo que da como resultado dimensiones y propiedades de trabajo consistentes. Se puede utilizar un filamento de alivio de tensión como hilo central.
Alambre Litz Concentrico con 7 Alambres Sencillos
Alambre Litz Concentrico con 7 Grupos
Longitud de Giro
La longitud de giro describe la distancia que necesita un solo alambre para una rotación completa alrededor de la circunferencia del alambre litz (360 grados).
Longitud de Giro
Dirección del Trenzado
La dirección de trenzado indica la dirección de torsión o agrupamiento de la estructura del alambre. Z-lay se agrupa en el sentido de las manecillas del reloj, mientras que S-lay en el sentido contrario a las manecillas del reloj.
Dirección de Trenzado S-Lay y Z-Lay
Tipos de Alambre Litz
Elektrisola ofrece una amplia gama de alambres litz de alta frecuencia. Debido a las diferentes demandas resultantes del amplio campo de aplicaciones, hay varios tipos de alambres litz disponibles.
Descripción general de los tipos de alambre Litz
La siguiente tabla muestra una descripción general de las variaciones básicas del producto y sus valores de referencia técnica. Para una comparación directa de las características de los tipos de productos seleccionados, haga clic en el enlace a continuación.
Alambre Litz Básico
Los alambres litz básicos se agrupan en uno o varios pasos. Para requisitos más estrictos, sirve como base para forrar, extruir u otros revestimientos funcionales.
Alambre Litz Encintado
Se puede agregar aislamiento adicional envolviendo una cinta alrededor del alambre litz básico. Se puede lograr una mayor rigidez dieléctrica, alto voltaje de ruptura, resistencia térmica y flexibilidad mediante una combinación adecuada de material de encintado, número de cintas y el grado de superposición de las cintas.
EFOLIT®
Para aplicaciones relevantes para la seguridad que exigen alta rigidez dieléctrica certificada explícitamente, nuestra familia de Alambre Litz EFOLIT ® proporciona aislamiento reforzado con al menos tres capas de cinta. Se pueden suministrar voltajes de trabajo de hasta 1414 Vpico para ambas clases de temperatura F/155°C y H/180°C. La certificación VDE con vigilancia de fabricación garantiza un alto nivel de rendimiento homologado y continuo.
Alambre Litz Extruído
El revestimiento de alambres litz con materiales termoplásticos extruidos ofrece opciones adicionales para aislar eléctricamente los conductores de alambre litz. Los recubrimientos extruidos son altamente flexibles y también pueden brindar protección adicional contra la humedad y la exposición química.
Alambre Litz Perfilado
Los alambres litz básicos y algunos tipos de alambres litz forrados o encintados se pueden producir con una sección transversal cuadrada o rectangular mediante un proceso de perfilado. El perfil compactado proporciona un factor de llenado de cobre optimizado para propiedades eléctricas más eficientes en las bobinas.
Alambre Litz con Alivio de Tensión
Los alambres litz muy pequeños o alambres litz con una alta demanda de fuerza de tensión o rendimiento de vida útil flexible se pueden reforzar con un mono o multifilamento de alta resistencia. Para un mejor rendimiento, esos filamentos se colocan en el centro del alambre litz. En algunos casos, es suficiente simplemente integrar el filamento de alivio de tensión como un elemento no conductor agrupado dentro del alambre litz.
Alambre Litz Forrado
Los alambres de Litz se pueden forrar en espiral con diferentes materiales como nailon muy fino o seda natural. Durante el proceso de forrado, el alambre litz está cubierto por el tejido en una o más capas. Los materiales de servicio mejoran la estabilidad dimensional, la flexibilidad y el rendimiento de impregnación.
Alambre Litz Smartbond
Las bobinas autosoportadas se pueden producir con procesos de embobinado automatizados utilizando alambres litz provistos de un adhesivo 'Smartbond'. Se pueden producir bobinas muy delgadas con la construcción autoadhesiva única de Smartbond que proporciona espacio adicional para los diseñadores o para ayudar a lograr los objetivos de miniaturización. .
Dimensiones
Datos Técnicos por Dimensiones
Para una selección rápida de un alambre litz apropiado, se pueden aplicar filtros a todas las características del alambre litz que se muestran en la tabla a continuación.
Para simplificar su búsqueda, puede ingresar datos mínimos y máximos para todas las características. Por ejemplo, puede ingresar un mínimo y un máximo en una columna, como la resistencia nominal, y obtener como resultado construcciones de alambre litz que cumplan con estos criterios.
Otras dimensiones y construcciones están disponibles bajo pedido.
Todos los datos se basan en EN 60317-11.
Diseño & Calculos
El uso de alambre litz para diferentes aplicaciones es un proceso muy complejo, ya que debe adaptarse mejor a problemas técnicos muy diferentes. En este capítulo, se dan algunas consideraciones básicas para ayudar a diseñar un alambre litz.
Resistencia Total del Alambre Litz
La resistencia total de una construcción de alambre litz dada está determinada por la resistencia específica del material conductor, el diámetro nominal y el número de alambres sencillos, el número de pasos de agrupamiento, la longitud del giro y las influencias adicionales específicas del proceso.
El valor de resistencia del alambre sencillo se puede obtener a partir de los datos técnicos proporcionados por Elektrisola.
Utilizando el procedimiento descrito en DIN EN 60317-11, la resistencia total del alambre litz se puede calcular de la siguiente manera:
valor nominal de la resistencia del alambre litz
Diámetro Exterior y Sección Transversal del Alambre Litz
El diámetro exterior nominal depende del método de torsión (directamente, agrupados libremente o agrupados concéntricamente), el número de pasos de agrupamiento, la dirección del trenzado, la longitud del giro y el diámetro nominal seleccionado de los alambres individuales. El diámetro exterior también está influenciado por factores específicos del proceso.
Debido a la flexibilidad natural del alambre litz, el radio de curvatura y estabilidad dimensional del alambre, que depende de la tensión de embobinado, el diámetro exterior nominal se aproxima a un valor promedio en combinación con un método de medición definido.
El diámetro exterior nominal de un alambre litz agrupado se puede calcular según la norma DIN EN 60317-11 con la siguiente fórmula:
con un factor de empaquetado kPF, ver tabla anexa
| Factor de Empaquetado KPF | |
|---|---|
| no. de alambres | factor de empaquetado |
| 3 a 12 | 1.25 |
| 16 | 1.26 |
| 20 | 1.27 |
| 25 a 400 | 1.28 |
número de alambres sencillos
La sección transversal de cobre del alambre litz resulta de la suma de las secciones transversales de alambre de cobre sencillo
con el cuadrado del diámetro exterior calculado del alambre litz.
Factores de Llenado
Factor de Llenado del Alambre Litz
El factor de llenado del alambre litz es la relación entre la sección transversal de cobre y la sección transversal total
Este factor depende de la elección del diámetro nominal del alambre sencillo, el número de pasos de agrupamiento, la longitud de giro, la dirección del trenzado y el espesor del material aislante, así como la influencia de otros parámetros del proceso.
El factor de llenado del alambre litz disminuye a una sección transversal de cobre total constante con alambres sencillos volviendose más finos. Dado que el área asociada con los espacios de aire intermedios y el esmalte aumentando desproporcionadamente, el diámetro exterior del alambre litz y la sección transversal total aumentan.
Lo mismo es cierto para un diámetro exterior dado constante, ya que aquí, a la inversa, la sección transversal de cobre debe reducirse sucesivamente.
Los siguientes gráficos muestran esta relación mediante un alambre litz con sección transversal de cobre constante y varios alambres sencillos de diferente diámetro..
El gráfico “Relación de un solo alambre, sección transversal de litz y diámetro exterior” muestra el aumento de diámetro exterior con el aumento del diámetro nominal de un solo alambre.
El gráfico “Relación del alambre sencillo, sección transversal de litz y factor de llenado” ilustra la reducción del factor de llenado de cobre con el aumento del diámetro nominal del alambre sencillo.
Al enrollar alambres litz redondos a perfiles cuadrados, el factor de llenado se puede aumentar aún más, consulte el gráfico “Comparación del factor de llenado de litz redodondo y perfilado, línea verde.
En este caso, la mayor proximidad de los embobinados vecinos permite aumentar de nuevo el factor de llenado de la bobina. Se prefiere el uso de diámetros de un solo alambre de más de 0,1 mm o 38 AWG, ya que los alambres litz construidos con alambres individuales más finos son más sensibles al estrés mecánico.
Factor de Llenado de la Bobina
Este factor depende del factor de llenado del alambre litz y del factor de empaque de los embobinados en la bobina..
El factor de llenado optimizado de una bobina mediante el uso de alambres litz perfilados se puede ver en el siguiente esquema
Comparación del factor de llenado de la bobina con alambre Litz redondo y perfilado
El factor de llenado de la bobina con la unidad [%] se puede calcular de la siguiente manera
Alambre litz perfilado así como construcciones de alambre litz utilizando Smartbond tienen un rendimiento más eficiente debido a su alto factor de llenado.
Fundamentos Electromagnéticos
Cálculo de Pérdidas del Alambre Litz de Alta Frecuencia
Las pérdidas de alta frecuencia dependen de las influencias acumulativas de diferentes mecanismos de pérdida, así como de las condiciones de trabajo esperadas de una aplicación individual. Por lo tanto, un cálculo simple, similar a una fórmula diferenciada, no es posible sin una comprensión más profunda y herramientas adicionales.
Regla de la Mano-Derecha
Una corriente I que fluye a través de un conductor recto crea un campo magnético B, cuyas líneas de campo se colocan concéntricamente alrededor del conductor. Si se sujeta un conductor recto con la mano derecha y el pulgar apunta en la dirección del flujo de corriente I, entonces los dedos apuntan en la dirección del campo magnético circular B. El elemento B también se denomina densidad de flujo magnético, que es proporcional a la intensidad del campo magnético H y la permeabilidad magnética dependiente del material µ:
y permeabilidad relativa, relación entre la permeabilidad de un medio específico y la permeabilidad del espacio libre
Principio de la Regla de la Mano-Derecha
Relación Reactancia / Resistencia X/R
RAC/RDC
La resistencia compleja de una bobina se define como la impedancia Z = R + jX el cúal es un vector y consiste en la resistencia R que representa el componente real y la reactancia X que representa el componente imaginario.
La corriente fluye cada vez más a lo largo de la superficie exterior del conductor con una frecuencia creciente. La resistencia de corriente alterna medida X, también denominada RAC, aumenta en comparación con la resistencia de corriente continua R, a veces denominada RDC. Con valores de resistencia crecientes, las pérdidas óhmicas por resistencia de corriente alterna aumentan e incluso pueden superar las pérdidas por resistencia de corriente continua a altas frecuencias.
La relación X⁄R, a veces denominada relación RAC⁄RDC, describe la resistencia de corriente alterna normalizada a la resistencia de corriente continua (X⁄R ≥1) y es un indicador del rendimiento de alta frecuencia de un alambre litz. La relación X⁄R se puede medir o calcular con suficiente precisión en la mayoría de los casos para una construcción de alambre litz dada y se desea que esté típicamente entre 1-12 para el respectivo rango de frecuencia. Junto con la elección correcta de la dimensión del alambre sencillo, el diseño de la construcción del alambre litz juega un papel igualmente importante.
El gráfico “Relación Rac/Rdc-ratio del alambre litz vs. sdiámetro del alambre sencillo y frecuencia” muestra la tendencia calculada de RAC/RDC dependiente de la frecuencia de cinco construcciones de alambre Litz diferentes con la misma área de sección transversal de cobre. Muestra la resistencia de la corriente alterna y las pérdidas de corriente alterna aumentan con la frecuencia y el grosor del diámetro del alambre sencillo. A una frecuencia objetivo de 1 MHz, la construcción con alambres sencillos de 50 µm tiene los mejores resultados. En este caso, la relación RAC/RDC relacionada de 1,29 sigue siendo significativamente superior al valor óptimo de 1,0. En este caso, por ejemplo, un primer paso de mejora podría ser la selección de un diámetro de alambre sencillo más pequeño y/o la optimización de la construcción de agrupamiento.
Factor de Calidad de la Bobina Q
El factor de calidad Q mide la ausencia de pérdida de un sistema eléctrico o mecánico oscilante.
Como ejemplo, un factor Q más alto indica una tasa más baja de pérdida de energía en relación con la energía almacenada del resonador, las oscilaciones se extinguen más lentamente. Un péndulo suspendido de un cojinete de alta calidad, que oscila en el aire, tiene un valor Q elevado. Mientras que un péndulo sumergido en aceite tiene un valor Q bajo.
En un circuito eléctrico oscilante que consta de una bobina de aire con inductancia L, capacidad C y resistencia óhmica R, el factor Q mide la relación entre la energía total de una oscilación y su pérdida de energía por oscilación. Una característica importante de un sistema de alta calidad es el uso de una bobina con factor Q alto.
El factor de pérdida básico de la bobina es su resistencia RL. La resistencia RL aumenta con la frecuencia creciente, influenciada por el efecto de proximidad y la frecuencia dependiente superficial.
La relación general de la calidad se puede describir como
con diferentes factores de influencia que interfieren entre sí y conducen a una tendencia dependiente de la frecuencia del factor de bobina Q, como sigue
Frecuencia de la bobina f [Hz]
El factor Q aumenta con el aumento de la frecuencia y disminuye nuevamente en un cierto punto debido al aumento desproporcionado de las pérdidas de alta frecuencia y a la influencia positiva de las características de la construcción del alambre litz, como el número de alambres individuales, el diámetro nominal y la longitud del giro.
Inductancia de la bobina L [H]
El factor Q de la bobina aumenta con el aumento de la inductancia L (es decir, con un mayor número de vueltas N), la influencia negativa del aumento resultante de la pérdida de resistencia de la bobina R compensa este efecto solo a frecuencias más altas. La autocapacidad de la bobina aumenta con el número de vueltas.
Resistencia de la bobina R [Ω] dependiente de la frecuencia f
Las pérdidas óhmicas de la resistencia de la bobina están influenciadas por la sección transversal total del conductor ACCS. La reducción de R conduce inicialmente a un aumento del factor Q, pero a frecuencias más altas se produce una disminución más fuerte del factor Q debido al aumento de las pérdidas de alta frecuencia.
Puede ser posible la influencia positiva del factor Q por la construcción del alambre litz (número de alambres individuales, diámetro nominal, longitud del giro, etc.).
El gráfico “Tendencia de los factores de calidad Q(f)” para diferentes bobinas planas muestra la influencia de la construcción del alambre litz y la construcción de la bobina en la tendencia del factor Q de la bobina mediante tres bobinas planas medidas con 12 vueltas y diferentes construcciones de alambre litz Smartbond.
Al reducir la longitud del giro a 10 mm, indicada como una línea roja en el gráfico, el factor Q de la bobina se puede aumentar en todo el rango de frecuencia en comparación con la línea sólida azul con una longitud del giro de 26 mm. Si el aumento del factor Q de la bobina solo es necesario para un rango selectivo de frecuencia como en este ejemplo hasta 150 kHz, puede ser suficiente para una longitud de giro más larga para aumentar la inductancia de la bobina L eligiendo un número mayor de vueltas, que están en este ejemplo en un rango de 12 a 17. Aquí el factor Q aumenta para el rango de frecuencia indicado, pero cae más rápido para frecuencias más altas, compare la línea punteada azul con la línea sólida roja.
Efecto Pelicular (skin-effect) y Profundidad de Efecto Pelicular (skin-depth)
La corriente provoca campos magnéticos concéntricos, tanto internos como externos al conductor. En el siguiente esquema, “Principio de Efecto Pelicular y Profundidad del Efecto Pelicular”, esto se presenta mediante la intensidad del campo magnético H.
La porción del campo magnético dentro del propio conductor crea corrientes eddys concéntricas e interferentes que influyen en el flujo de corriente hacia el área de la superficie exterior de la sección transversal con una frecuencia creciente f. Debido a este efecto, la llamada profundidad pelicular δ de la corriente disminuye, donde δ es la distancia desde la superficie de los conductores en la dirección central, en la cual la densidad de corriente ha caído a 1⁄e (e = constante de Euler) del valor de amplitud (vea abajo). Por tanto, la resistencia óhmica medible se vuelve dependiente de la frecuencia y aumenta de valor al aumentar la frecuencia. En consecuencia, las pérdidas térmicas aumentan proporcionalmente al aumento de la resistencia eléctrica.
Principio del Efecto Superficial y Profundidad Superficial
La siguiente fórmula simplificada describe el efecto pelicular solo en aquellos casos donde δ es menor o igual a un tercio del diámetro mínimo del conductor y menor que un cuarto para construcciones cuadradas.
con
μ0 constante de campo magnético, permeabilidad del espacio libre
σ conductividad del material conductor
f frequencia de la corriente eléctrica a través del conductor
La tabla siguiente muestra la tenedencia de profundidad del efecto pelicular vs frecuencia.
| Frecuencia f | Profundidad superficial δ (Cobre) |
|---|---|
| 10 kHz | 0.66 mm |
| 50 kHz | 0.30 mm |
| 100 kHz | 0.21 mm |
| 500 kHz | 0.094 mm = 94 µm |
| 1 MHz | 0.066 mm = 66 µm |
| 10 MHz | 0.021 mm = 21 µm |
| 100 MHz | 0.0066 mm = 6.6 µm |
profundidad del efecto pelicular vs. frequencia
Las pérdidas de frecuencia más altas también son causadas por el efecto de proximidad externo e interno.
Efecto de Proximidad
Efecto de Proximidad Externo
El efecto del desplazamiento de corriente también puede ser causado por la influencia de campos magnéticos alternos externos de conductores vecinos u otros componentes eléctricos, consulte el esquema ilustrativo “Efecto de Proximidad Externo”.
A diferencia de las corrientes de eddy, que son inducidas por el efecto pelicular, las corrientes eddy inducidas por el efecto de proximidad externa no son rotacionalmente simétricas con el centro del segundo conductor. La razón es el campo magnético alterno del primer conductor, que es creado por una corriente eléctrica aplicada externamente a través del primer conductor.
Efecto de Proximidad Externo
Por lo tanto, las corrientes eddy inducidas tienen casi la misma dirección en cualquier lugar del conductor afectado. Las corrientes eddy provocan pérdidas óhmicas, que conducen a un aparente aumento de la resistencia óhmica como se describe en la sección anterior de efecto pelicular (skin-effect). La energía necesaria para mover estas corrientes eddy es suministrada por el campo magnético causante de la corriente externa. Debido a esta interferencia general entre las corrientes eddy y su campo magnético causante, también pueden ocurrir pérdidas adicionales de alta frecuencia en cualquier otro material conductor vecino.
Efecto de Proximidad Interno
Los campos magnéticos alternos de los alambres sencillos (hilos) de un alambre litz también crean pérdidas en los alambres vecinos por corrientes eddy. Dado que estos campos son creados dentro del alambre litz por los alambres mismos, este efecto se llama efecto de proximidad interna, pero formalmente se considera que pertenece al efecto pelicular, ver esquema de desplazamiento de corriente a continuación.
Efecto de Proximidad Interno
Como consecuencia, las pérdidas eléctricas de un alambre litz a través del efecto de proximidad interno aumentan con el aumento de las frecuencias y pueden, en ciertos casos, incluso superar las pérdidas de un conductor sólido con la misma resistencia de DC.
La figura “Efecto de Proximidad Interno” muestra la distribución no homogénea de la corriente entre los alambres individuales vecinos (la densidad de corriente aumenta de color azul a rojo).
Este efecto demuestra que existe un rango de frecuencia óptimo para alambres litz, en el que las pérdidas son menores que para un conductor sólido. Más allá de este rango, el uso de varios alambres individuales, como un alambre litz, puede tener efectos negativos.
Tanto el efecto pelicular como el efecto de proximidad son los aspectos más importantes para considerar las pérdidas de alta frecuencia en los conductores eléctricos donde domina la influencia combinada del efecto de proximidad interior y el efecto de proximidad exterior. Para una frecuencia de trabajo especificada, en la mayoría de los casos, solo una construcción de alambre litz puede ayudar a reducir estas pérdidas. En este caso, los parámetros de construcción, como el número de alambres sencillos, el diámetro de un solo alambre, el número de pasos de agrupamiento, la longitud del giro y la dirección del trenzado, deben especificarse para cada aplicación. Al mismo tiempo, se debe tener cuidado de que cada alambre ocupe cada lugar de la sección transversal del alambre litz de manera consistente dentro de una longitud definida para que cada alambre mantenga la misma longitud y resistencia. En combinación con alambres sencillos esmaltados, los alambres litz se denominan alambres litz de alta frecuencia (HF) en este contexto.
Diámetro del Alambre Sencillo vs Rango de Frecuencia
El diseño y la construcción de un alambre litz de alta frecuencia y su rendimiento eléctrico resultante dependen de muchos factores. Diferentes enfoques de diseño pueden generar valores de rendimiento similares, pero se requiere experiencia para especificar correctamente la construcción del alambre litz que se puede fabricar de manera económica y consistente. Por lo tanto, la elección correcta del diámetro del alambre sencillo y el número de grupos y subgrupos de alambres es una consideración importante para cada aplicación específica.
La tabla Diámetro del alambre sencillo vs rango de frecuencia muestra la relación entre el diámetro del alambre sencillo recomendado y el rango de frecuencia.
Calculo de las perdidas de Alta Frecuencia del Alambre Litz
Selección de los Parámetros del Alambre Litz
Diseño del alambre Litz - los siguientes aspectos son cubiertos en este capitulo:
I Características del alambre Litz: principales influencias de los parámetros de construcción
II Selección del diámetro del alambre sencillo
III Selección de la construcción del agrupamiento
IV Ejemplo: Alambre Litz para embobinados de capas de HF
V Comparación: Preselección según. Charles R. Sullivan
I Características del alambre Litz: principal influencia de los parámetros de construcción
El rendimiento de un alambre litz está determinado por sus características eléctricas, mecánicas, térmicas y químicas. Si bien las demandas térmicas y químicas se satisfacen mediante la selección de materiales de aislamiento adecuados, es decir, el esmalte, las características eléctricas y mecánicas dependen principalmente de los parámetros elegidos de la construcción de agrupamiento.
La tabla siguiente Influencia de los parámetros del alambre litz en las características del alambre litz ofrece una descripción general de la influencia mutua de los parámetros de construcción en las características eléctricas y mecánicas más importantes de un alambre litz.
La tabla Principales parámetros de influencia para las bobinas de alta frecuencia muestra una descripción general de los criterios de los alambres litz reducidos a la relevancia típica de las bobinas de alta frecuencia.
A menudo, puede haber demandas contradictorias en cada aplicación que deben ser pensadas en su totalidad entre Elektrisola y el cliente. La experiencia de Elektrisola en el diseño de alambre litz y la construcción de alambre litz, junto con las expectativas de rendimiento de los clientes para su aplicación, da como resultado un producto final que exhibe los mejores aspectos de rendimiento, capacidad de procesamiento y rentabilidad.
II Selección del diámetro nominal del alambre sencillo
La selección correcta del diámetro nominal del alambre sencillo es uno de los aspectos más importantes en el diseño de un alambre litz, ya que esto afecta directamente el rendimiento del alambre litz (consulte RAC/RDC-Ratio). Al mismo tiempo, también influye en todas las características mecánicas.
La relación del diámetro del alambre sencillo con la frecuencia operativa dominante y la profundidad del efecto pelicular esperada del dispositivo se muestra en la tabla
En general, debido al efecto pelicular, cuanto mayor es la frecuencia de funcionamiento, menor debe ser el diámetro nominal del alambre sencillo. Para considerar la interacción entre varios diámetros de agrupamientos ODBundlee con la profundidad del efecto pelicular (skin-depth) δ de una manera simplificada, el diámetro máximo de un alambre sencillo debe ser menor o igual a casi un tercio de δ:
f = 200 kHz
δ ≈ 0,172 mm
ØSW ≈ 0,063 mm
Con respecto a la influencia en el rendimiento mecánico del alambre litz para secciones transversales de cobre totales equivalentes, se puede asumir lo siguiente::
Cuanto menor sea el diámetro nominal del alambre sencillo
- más flexible y suave el alambre litz
- menor es el radio de curvatura mínimo
- mejor el rendimiento de flexión inversa
- mayor es el diámetro exterior total del alambre litz
- menor el factor de llenado de alambre litz
- más altos los costos del alambre sencillo
III Selección de la construcción de agrupamiento
Cuando se determina el número de alambres sencillos para la aplicación, se puede elegir la construcción de agrupamiento específica. Los alambres litz más finos con un número menor de alambres sencillos (típicamente <60) se agrupan en un solo paso, los alambres litz más gruesos y complejos se agrupan en varios pasos.
La construcción del agrupamiento se especifica mediante la definición de la longitud del giro, la dirección del agrupamiento (S o Z) y el número de grupos y pasos de agrupamiento. Se requiere una selección adecuada de los parámetros de agrupamiento para asegurar óptimos aspectos eléctricos, mecánicos y relacionados con el procesamiento. características del alambre litz.
Número de grupos y pasos de agrupamiento
Los parámetros como la sección transversal de cobre total, la resistencia eléctrica o la densidad de corriente definen el número requerido de alambres sencillos, que se pueden dividir en varios grupos y pasos de agrupamiento. Teniendo en cuenta estos factores, los grupos del primer paso de agrupamiento pueden diseñarse para un rendimiento óptimo de alta frecuencia. Teniendo en cuenta estos factores, el número de alambres sencillos en un grupo suele ser inferior a sesenta.
Hay 4 construcciones de agrupamiento básicas que se utilizan típicamente en el paso final de agrupamiento: La construcción de grupos de 3, 4, 5 y 7 concéntrico.
3, 4 y 5 grupos de construcción
Estas construcciones de grupos muestran un buen rendimiento de agrupación con una distribución estadísticamente homogénea de los alambres sencillos a lo largo de la sección transversal del alambre litz. Estas construcciones son las preferidas para un rendimiento óptimo de alta frecuencia. Se prefiere la construcción de 5 grupos debido a su perfil redondo, ya que la redondez aumenta con un mayor número de grupos.
Construcción del alambre litz con 3, 4 y 5 grupos
Construcción de grupo concéntrico de 7
Estas construcciones concéntricas, también llamadas "agrupamiento 1 + 6", muestran una alta flexibilidad y una buena estabilidad dimensional y redondez. Un grupo siempre se encuentra de forma centralizada, por lo que esta construcción es menos adecuada para aplicaciones con demanda de un rendimiento óptimo de alta frecuencia debido a la diferencia en la resistencia total entre los grupos. Con el fin de compensar las diferencias en las longitudes de los grupos para el paso de agrupamiento final, la dirección del giro central es opuesta a la dirección de los grupos exteriores concéntricos. Por lo tanto, la dirección de giro central siempre representa la dirección de giro del paso de agrupamiento final.
Las construcciones básicas anteriores se pueden combinar entre sí independientemente del número de pasos de agrupamiento y la complejidad de las demandas eléctricas y mecánicas. Son posibles construcciones especiales.
Alambre Litz con Construcción de 7 grupos
Selección de la longitud del giro y la dirección del trenzado:
La longitud de giro determina la compactación mecánica y el rendimiento de alta frecuencia de un grupo. Una medida de la tensión de un paso de agrupamiento es el llamado factor de agrupamiento. Proporciona la longitud de giro al diámetro exterior del grupo y normalmente está en el rango de 15 mm a 20 mm:
Factor de Agrupamiento
El factor de agrupamiento fB puede ser calculado de la siguiente manera
Dependiendo de la dirección del trenzado, el factor de agrupamiento para los pasos de pre-agrupamiento a menudo se elige más alto.
Para la selección de la longitud del giro y la dirección del trenzado se pueden asumir las siguientes afirmaciones:
Cuanto menor sea la longitud del giro,
- Cuanto más compacta, rígida y dimensionalmente estable será la construcción
- mayor será el diámetro exterior del grupo
- Si se requiere un rendimiento óptimo de alta frecuencia, se debe elegir una combinación óptima de direcciones de trenzado alineadas para todos los pasos de agrupamiento.
- Las direcciones de trenzado con rotaciones opuestas de múltiples pasos de agrupamiento son preferibles para construcciones complejas de alambre litz, donde se requiere una alta flexibilidad mecánica.
- para embobinados, la longitud del giro debe estar en el rango del diámetro de embobinado más pequeño
La tabla Construcciones opcionales de litz y características muestra una descripción general de los diferentes diseños de un alambre litz de 270 x 0,071 mm y sus características.
IV Ejemplo: Alambre Litz para embobinado de capas de alta frecuencia
En muchos casos, las bobinas de alta frecuencia se embobinan en capas con un pequeño número de vueltas. Por lo general, esos alambres litz son forrados con seda o nailon, ya que el embobinado exacto en capas solo es posible con alambres litz que mantienen su forma redonda en la bobina también con una tensión de embobinado aplicada. En algunos casos también se pueden utilizar alambres litz sin forro alambre litz básico. Aquí se requiere especial atención para seleccionar construcciones sólidas y dimensionalmente estables. Sin embargo, dado que no se puede evitar una pequeña deformación elíptica, esto debe compensarse reduciendo adecuadamente el diámetro exterior total. Por esta razón, con un diámetro exterior máximo dado en este caso, un alambre litz forrado puede mostrar una sección transversal de cobre más alta que una construcción no forrada.
Ejemplo
Un ejemplo muestra la preselección simplificada de una construcción de alambre litz para un embobinado de capa con 30 vueltas y una frecuencia de funcionamiento de 200 kHz. Se supone una ventana de embobinado con un tamaño utilizable efectivo de ancho por alto de: 25,8 mm x 8,0 mm.
Construcción de la capa
Dependiendo de la tecnología de embobinado, los embobinados de capa se pueden construir en capas con un número igual o alterno de vueltas. Para la preselección, es posible calcular aproximadamente con el mismo número de alambres sencillos por capa. Esto da como resultado 3 capas con 10 vueltas cada una para la ventana de embobinado, y diámetro exterior máximo cálculado para el alambre litz procesado de dLW=25.8 mm ⁄ 10 = 2.58 mm.
Diámetro del alambre sencillo
Cuanto mayor sea la frecuencia de funcionamiento aplicada, más pequeños se volverán los alambres individuales. Al mismo tiempo, los costos del alambre sencillo aumentarán con un diámetro nominal menor dSW, así como para el proceso de agrupamiento con una complejidad creciente de la construcción del agrupamiento. Con respecto a la interacción entre el espesor de los subgrupos y la profundidad del efecto pelicular dependiente de la frecuencia δ, la relación dSW ≤ δ/3 puede tomarse aproximadamente como indicador para la elección del diámetro nominal del alambre sencillo. En la práctica, representa un compromiso de trabajo entre el rendimiento de la frecuencia y los costos. Dependiendo de la aplicación y las demandas técnicas, las variaciones son comunes y permisibles.
En este caso, un diámetro nominal dSW = 0,063 mm es suficiente para una primera aproximación (ver ejemplo anterior, sección II).
Contrucción de Grupos
El diámetro exterior total de un alambre litz depende de la estabilidad dimensional de los alambres sencillos agrupados durante el proceso de embobinado. Para tomar esto en consideración como valor empírico, el diámetro exterior máximo calculado del alambre litz procesado dLW=2.58 mm, ver arriba, debe reducirse en un 10% a dSW=2.32 mm para el material forrado y de 15% a 20% a dSW=2,19 mm para la construcción no forrada.
El alambre litz no forrado debe agruparse de forma compacta, por ejemplo, eso significa una pequeña longitud de giro y la misma dirección de trenzado por paso de agrupamiento. Se prefieren las construcciones con 4 o 5 grupos.
La tabla Diseño de alambre litz para bobinas de alta frecuencia con una ventana especifica de embobinado muestra una comparación entre construcciones de alambre litz forrado y no forrado adecuadas para frecuencias de operación de 50 kHz, 125 kHz y 200 kHz y una ventana de embobinado de ancho x alto = 25,8 mm x 8,0 mm.
En este caso, para un embobinado de capa deseado
- El factor de llenado de cobre de alambre litz forrado es un poco más pequeño en comparación con el alambre litz básico. El número de alambres sencillos y, por lo tanto, la sección transversal de cobre total del alambre litz no forrado sigue aumentando.
- El factor de llenado de cobre de la ventana de embobinado se encuentra típicamente en el rango de 25% a 30%. Es más alto para el alambre litz forrado en comparación con el alambre litz básico no forrado debido a su mayor sección transversal de cobre total.
- Una construcción con 5 grupos permite una estructura de alambre litz simétrica con subgrupos de significativamente menos de 60 alambres sencillos.
Si no es necesario el embobinado de capa y se puede usar una bobina enrollada al azar, es posible producir un alambre litz muy flexible y suave. En este caso, el embobinado de la bobina se adhiere entre sí, los espacios intermedios se llenan de manera óptima y, por lo tanto, el factor de llenado de cobre de la ventana de embobinado se puede aumentar una vez más. Alternativamente, el uso de alambre litz perfilado también es posible. También es importante asegurarse de que la sección transversal de cobre del diseño, permita alcanzar la capacidad de corriente requerida de la aplicación.
V Comparación: Preselección según Charles R. Sullivan
Charles R. Sullivan de la Escuela de Ingeniería Thayer en Dartmouth, EE.UU., propone otro método de preselección simplificada de alambres litz para bobinas de RF en su estudio Metodo de diseño simplificado para Alambre Litz.
Los parámetros utilizados son la profundidad pelicular, la frecuencia de funcionamiento, el número de embobinados de la ventana de embobinado, el ancho de la ventana de embobinado y la constante k calculada a partir de estos. A continuación, este método propone una serie de construcciones de alambre litz que constan de un diámetro de alambre sencillo nominal, un número máximo de alambres sencillos para el primer paso de agrupamiento y el número de grupos para cualquier paso de agrupamiento adicional.
Esto se logra con los siguientes pasos:
1. Determinación de la profundidad del efecto pelicular δ calculada a partir de la resistencia específica del conductor ρ, la frecuencia de funcionamiento f y la permeabilidad µ0.
2. Definición del ancho disponible bW de la ventana de embobinado y el número solicitado de embobinados NW de una construcción de bobina determinada. Como opción, se puede considerar la construcción con un espacio de aire.
3. Cálculo de valores aproximados para el número total recomendado de alambres sencillos nSW en función de varios diámetros nominales de alambres sencillos dSW. El número seleccionado de alambres sencillos para un diámetro nominal específico puede desviarse del valor calculado hasta ± 25%.
4. Se realiza la selección del diámetro nominal de un alambre sencillo y el número de alambres sencillos. Después de esta selección, se determina cuál de los diámetros tabulares del alambre sencillo (y combinaciones de números), de acuerdo con un número dado de embobindos, encaja en la ventana de embobinado. Se asume un rango de factor de llenado de cobre de la ventana de embobinado de 25% a 30%. Deben determinarse las demandas con respecto a la resistencia del alambre litz y la capacidad de corriente. También son posibles construcciones alternas con alambres sencillos más gruesos.
5. Se tiene en cuenta la interacción entre la profundidad del efecto pelicular y el diámetro del grupo: el cálculo del número máximo de alambres sencillos nSW1max del primer paso de agrupamiento depende de la profundidad del efecto pelicular del revestimiento δ influenciada por la frecuencia y del diámetro nominal de alambre sencillo elegido dSW.
6. Una parte del número total calculado de alambres sencillos, ver (3), en varias combinaciones de pasos de agrupamiento de construcciones de grupos de 3, 4 y 5.
En este contexto, no se da una recomendación de ciertas longitudes de agrupamiento o direcciones de agrupamiento de las construcciones, esta se deja a los fabricantes de alambre litz.
La tabla Comparación de enfoques de diseño compara la selección relacionada con la práctica dada anteriormente de las construcciones típicas de Elektrisola con las del método del Ch. R. Sullivan. Está relacionado con una bobina de embobinado de capa y una ventana de embobinado de 25,8 mm x 8 mm y frecuencias de funcionamiento de 50 kHz, 125 kHz y 200 kHz.
La tabla muestra que los alambres litz, seleccionados con el enfoque relacionado con la práctica, corresponden estrechamente con las construcciones seleccionadas con el método Sullivan. Cubren implícitamente las características básicas recomendadas:
- el número total de alambres sencillos de las muestras relacionadas con la práctica se encuentra dentro del rango sugerido por el método de Sullivan.
- la aplicación combinada de construcciones de 3, 4 o 5 grupos son una parte integrada de los diseños típicos de alambre litz de Elektrisola (ver tabla 5).
- los alambres individuales de los grupos básicos en el primer paso de agrupamiento son independientes de la construcción respectiva y se pueden ser seleccionados libremente de Elektrisola, dentro de un número de 60 alambres sencillos (ver tabla 5).
- las reducciones de costos son posibles con construcciones diseñadas con alambres sencillos más gruesos (dSW≤ δ/3) (ver tabla 5), que muestran que Sullivan recomendó un grupo básico ideal de ≤ 64 a 36 alambres sencillos.
- además de la reducción de costos, estas construcciones pueden aumentar adicionalmente el factor de llenado del alambre litz y de la ventana de embobinado (ver tabla 5).
- Mediante una cuidadosa selección de la longitud y la dirección del agrupamiento, el producto se puede especificar de manera óptima para cada aplicación única.
Por lo tanto, los conceptos de diseño aplicado de Elektrisola para alambres litz de alta frecuencia generalmente incluyen requisitos prácticos y teóricos.
Procesamiento del alambre litz
Tecnologías de Conexión del Alambre Litz
La tecnología de conexión de los alambres litz a menudo plantea un desafío. La tabla Tecnologías de Conexión aconseja las tecnologías de conexión que son generalmente aplicables. Solo se han clasificado los factores de influencia más importantes. Muchos otros, como el tipo de esmalte y el grosor del aislamiento de los alambres sencillo, la resistencia al calor del aislamiento adicional, la construcción de trenzado (apretado / compacto o ancho / flexible), no se han tenido en cuenta.
Comuníquese con nosotros si necesita información sobre las conexiones al alambre litz de aleación o si tiene alguna otra pregunta.
Determinación del la Tensión de Embobinado del Alambre Litz
La tabla Tensión máxima de embobinado del alambre sencillos muestra la fuerza máxima recomendada de embobinado. La tensión máxima factible para los alambres litz se puede calcular multiplicando el número de alambres sencillos por la tensión de embobinado adecuada del alambre sencillo. Independientemente de este cálculo, para diámetros de alambre litz de más de 5 mm, se recomiendan límites de tensión de (420 N) para metales duros y (270 N) para cobre y metales blandos.
Estos valores son orientativos y pueden desviarse significativamente según el proceso de fabricación.
Carretes
Se encuentra disponible una amplia variedad de carretes y materiales de embalaje diseñados específicamente para cada tipo de carrete. La selección de carretes se realiza en estrecha colaboración con el cliente, teniendo en cuenta el proceso de producción del cliente y la disponibilidad de los tipos de carretes.
Hay tipos específicos de carretes para alambre para las diferentes regiones del mundo, es decir, en Europa, América, y en Asia.
Los tipos de carretes disponibles se pueden tomar de las tablas siguientes.
Aplicaciones
Elektrisola suministra alambre litz de alta frecuencia para las siguientes aplicaciones incluyendo certificaciones y requisitos de acuerdo con los estándares de cada sector.
1. Automotriz
En respuesta a la creciente demanda mundial de vehículos de emisión cero, las compañías automotrices han realizado grandes inversiones en el desarrollo de autos eléctricos. ELEKTRISOLA fue la elección lógica como socio primordial en el desarrollo de componentes de carga de vehículos eléctricos innovadores, proporcionando soporte técnico y alambre litz a los principales proveedores de la actualidad. Hoy en día, los esfuerzos de desarrollo continúan a medida que las demandas implacables de tiempos de carga más rápidos y una mayor eficiencia requieren soluciones imaginativas de alambre litz.
- Cargadores a bordo (OBC)
- Convertidores DC/DC
- Cargadores Inalámbrico (WC)
- Estaciones de carga
- Motor de tracción eléctrica
El alambre litz es necesario para que los componentes enumerados para reducir las pérdidas de cobre a frecuencias más altas para aumentar la eficiencia.
Son posibles densidades de potencia más altas debido a las mejoras de eficiencia derivadas del uso de alambre litz de alta frecuencia. Se pueden utilizar construcciones más ligeras y económicas que conducen a una mayor autonomía de la batería para los vehículos eléctricos. Además, también es posible una producción más barata gracias al ahorro de material.
Elektrisola ofrece una amplia gama de alambres litz, que son materiales centrales y factores determinantes de varios componentes de vehículos eléctricos, descritos en los siguientes capítulos.
1.1.1 Cargadores a Bordo (AC/DC)
El cargador a bordo (OBC) transfiere la energía de la red a la batería de tracción. El cargador convierte la corriente alterna en corriente directa que fluye hacia la batería.
Si se carga desde un cargador de DC de alto voltaje externo para una carga muy rápida, el Cargador a Bordo se omite.
El voltaje de entrada es el resultado de la estructura de la red local según las siguientes consideraciones:
| Voltaje de Entrada (mundial) | |
|---|---|
| 85V - 275V | 1-phase AC |
| 400V | 3-phase AC |
| Voltaje de Salida | |
| 170V - 800V | DC |
Detalles técnicos del Cargador a Bordo
Sistema de Cargador a Bordo
El cargador a bordo consta principalmente de la etapa de corrección del factor de potencia (PFC) y la etapa del convertidor DC-DC, que se muestran en la figura anterior.
Antes y después de las etapas se aplican dos filtros de ruido para compatibilidad electromagnética (EMC).
Etapa de Corrección del Factor de Potencia
La etapa PFC asegura un consumo de corriente sinusoidal de la red eléctrica pública.
Un convertidor de carga cumple la corrección del factor de potencia.
El elemento relevante para la eficiencia en esta etapa es la bobina de alta frecuencia, que se puede realizar como bobina simple o doble, según la topología.
Las frecuencias de cambio son tipicamente por debajo de 50 kHz.
Elektrisola puede optimizar todos los alambres litz destinados al uso en OBC con el objetivo de lograr las mayores eficiencias.
Etapa del Convertidor DC-DC de Alto Voltaje
El convertidor principal transfiere la energía a través de un transformador aislado galvánicamente. Este transformador de alta frecuencia es el elemento clave del OBC. Transfiere la potencia perseguida del lado primario al secundario a través del espacio de aire, con la mayor eficiencia posible.
Componentes Inductivos de Alata Frecuencia
Bobinas de Alta Frecuencia para Corrección del Factor de Potencia
Esta bobina es un elemento central en el convertidor de carga. Las frecuencias de cambio son de hasta 50 kHz, según la topología del convertidor.
PFC Choke con Alambre Litz Encintado
PFC Choke con Alambre Litz Reforzado
Transformador de Alta Frecuencia y PFC Choke, embobinado con Alambre Litz Encintado
PFC Choke con Alambre Litz Reforzado
Las opciones de diseño de los productos de alambre litz para bobinas de alta frecuencia (HF) se pueden ver en los siguientes enlaces:
- “Basico”
- “EFOLIT”
- “Encintado”
- “Forrado”
Transformador de Alta Frecuencia con Separación Galvánica
El transformador consta de al menos dos bobinas para el lado primario y secundario.
La separación galvánica se realiza mediante una conversión de transmisión de energía eléctrica a electromagnética. Por lo tanto, la potencia se transmite a través del espacio de aire sin conexión mecánica.
La separación galvánica es necesaria para que los vehículos eléctricos mantengan el potencial de la red separado del potencial del vehículo debido a problemas de seguridad.
Una combinación de varios materiales de aislamiento con aire y distancias de fuga específicas asegura un nivel predeterminado de protección de voltaje de ruptura.
Ejemplos de diseño de transformadores de alta frecuencia:
Transformador de Alta Frecuencia con Bobina de 2 Camaras
Transformador de Alta Frecuencia con Bobina de 2 Camaras
Transformador de Alta Frecuencia con Aislamiento Encintado Intermedio
Transformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz Forrado y Aislamiento Encintado Intermedio
Para aplicaciones de alto voltaje con altas exigencias de seguridad, Elektrisola ofrece la familia de productos EFOLIT con certificación VDE.
Los siguientes enlaces de productos muestran una descripción general de los tipos de alambres litz opcionales para transformadores de alta frecuencia:
- “EFOLIT”
- “Encintado”
- “Forrado”
- “Perfilado”
1.1.2 Convertidor DC/DC
General
Vehiculo Eléctrico con convertidor HV-LV DC/DC
Los vehículos eléctricos tienen al menos dos redes de voltaje diferentes, una con una batería de bajo voltaje para todos los periféricos del automóvil y otra con una batería de alto voltaje para los componentes del tren de transmisión. El convertidor DC / DC asegura la transferencia de energía bidireccional entre ambas redes mediante conversión de voltaje con separación galvánica.
Detalles Técnicos del Covertidor DC/DC
Sistema Convertidor DC/DC Alto Voltaje / Bajo Voltaje
La red de vehículos eléctricos de bajo voltaje se basa típicamente en baterías de plomo ácido con niveles de voltaje entre 12 V y 48 V.
La red de vehiculos eléctricos de alto voltaje a menudo incluye una batería de litio y el nivel de voltaje varía entre 200 V y 1000 V.
La potencia típica de los convertidores DC/DC está entre 1,5 kW y 5 kW.
La electrónica de potencia suele utilizar topologías de conmutación suave con una etapa de transformador resonante con separación galvánica. El flujo de energía bidireccional se realiza mediante topologías reductoras / impulsoras entre las dos etapas.
Componentes Inductivos de Alta Frecuencias
La eficiencia del convertidor DC/DC es la clave para garantizar un volumen de construcción mínimo y un peso reducido. Las altas frecuencias de conmutación ayudan a reducir los tamaños de inductores y transformadores. Las tecnologías modernas de semiconductores hacen posible frecuencias más altas, lo que permite inductores y transformadores aún más pequeños.
Las frecuencias de conmutación oscilan entre 100 kHz y 550 kHz. Los productos de alambre litz de alta frecuencia están optimizados para la aplicación a fin de garantizar un alto factor de llenado para una alta eficiencia y al mismo tiempo mantener la durabilidad de alto voltaje.
El diámetro ampliamente utilizado de los alambres sencillos es de 0,05 a 0,1 mm.
Normalmente, los valores de la clase de temperatura varían entre B(130°C) y F(155°C).
Los productos de alambre Litz con encintado, extrusión y forrado son comunes
Cuál elegir depende de los parámetros de la aplicación individual, por ejemplo, espacio disponible y requisitos de voltaje de ruptura.
Vea ejemplos de transformadores de alta frecuencia en las siguientes imágenes:
Tranformador de Alta Frecuencia con Aislamiento Encintado Intermedio
Tranformador de Alta Frecuencia con Barrera de Separación de Embobinado
Tranformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz reforzado
1.1.3 Cargador Inalámbrico
General
Vehiculo Eléctrico con Cargador Inalámbrico Conectado
La carga inalámbrica (WC) o la carga inductiva (IC) es un tipo de varios métodos de transferencia de energía inalámbrica (WPT). Es una forma muy cómoda de cargar un vehículo eléctrico, porque la potencia se puede transmitir a través de grandes espacios de aire sin ninguna conexión de cable con factores de alta eficiencia.
El cargador utiliza dos bobinas inductoras planas para transmitir la energía a través de un campo electromagnético variable en el tiempo.
Hay dos tipos básicos diferentes de carga inalámbrica:
Carga Inalámbrica Estática
Principio de Carga Inalámbrica Estática
El vehículo se carga mientras permanece estacionado. La bobina del receptor se coloca en la parte inferior del automóvil y el transmisor se coloca en el suelo. Para el proceso de carga, el receptor debe estar alineado sobre el transmisor durante el proceso de estacionamiento.
Carga Inalámbrica Dinámica
Principio de Carga Inalámbrica Dinámica
Con esta tecnología futura, el vehículo recibe energía mientras está en movimiento por encima de una línea de varias almohadillas transmisoras estacionarias.
Detalles Técnicos
Sistema de Carga Inalámbrico
Hay dos tipos principales de carga inductiva:
Carga Inalámbrica Inductiva (IWC), también llamada Transferecnia de Energia Inductiva (IPT)
El principio del IWC es la "ley de inducción de Faraday" y se utilizó por primera vez en el siglo XVIII. El primer vehículo eléctrico fue impulsado por IWC en la década de 1970.
Similar al cargador de a bordo mencionado anteriormente, la primera etapa del cargador es una etapa PFC para asegurar el consumo de corriente sinusoidal. La transmisión inalámbrica de energía se realiza por inducción mutua del campo magnético entre el transmisor y la bobina receptora. En la bobina primaria se crea un campo magnético variable en el tiempo mediante la corriente alterna que induce un voltaje en el lado secundario y mueve los electrones. Posteriormente, una corriente fluye a través de la bobina secundaria donde se rectifica y filtra la corriente alterna para cargar la batería de tracción.
Los IWC funcionan como un transformador con una bobina de aire en lugar de un núcleo de metal.
Sistema de Carga Inalámbrica Inductivo Resonante (RIWC)
Una bobina operada por resonancia es mucho más eficiente, porque la impedancia disminuye a una frecuencia de resonancia. Como resultado, el factor de calidad es muy alto; para más detalles, consulte Fundamentos electromagnéticos.
Además, con la operación de resonancia, la potencia se puede transferir a distancias más largas. Los campos magnéticos más débiles pueden transmitir tanta potencia como los diseños de IWC.
Para una transferencia de potencia máxima, las frecuencias de resonancia de la bobina primaria y secundaria deben coincidir. Se agregan circuitos de compensación adicionales a las bobinas. Estos circuitos eléctricos mejoran aún más la eficiencia.
Las frecuencias de funcionamiento típicas de RIWC se encuentran entre 10 kHz y 150 kHz.
Estándares para cargas inalámbricas
SAE J2954, establecido por la Sociedad de Ingenieros Automotrices, define WC para vehículos eléctricos ligeros enchufables y metodología de alineación. Consulte la siguiente tabla para obtener más detalles:
| Clases de Potencia para WPT según SAE J2954 | ||
|---|---|---|
| Clase | Potencia [kW] | Banda de frecuencia [kHz] |
| WPT 1 | 3.7 | 81.39 - 90 |
| WPT 2 | 7.0 | 81.39 - 90 |
| WPT 3 | 11.0 | 81.39 - 90 |
En desarrollo, son comunes las potencias de carga de 50 kW. Para aplicaciones de servicio pesado, se combinan varios cargadores de 50 kW para alcanzar hasta 500 kW por vehículo.
Además, SAE J2954 predefine una eficiencia mínima del 85% cuando las bobinas están alineadas correctamente.
La separación galvánica necesaria está implícita en la transmisión inalámbrica, donde el transmisor funciona como bobina primaria y el receptor como bobina secundaria.
Las diferentes distancias de aire se clasifican según la siguiente tabla:
| Metodología de Alineación para WPT según SAE J2954 | ||
|---|---|---|
| Clase | Distancia [mm] | Banda de Frecuencia [kHz] |
| Z Clase 1 | 100 - 150 | 81.39 - 90 |
| Z Clase 2 | 140 - 210 | 81.39 - 90 |
| Z Clase 3 | 170 - 250 | 81.39 - 90 |
Requisitos para Bobinas Planas con Alambre Litz
- Alambre Sencillo
Las construcciones típicas de alambre litz se basan en alambres sencillos con diámetros entre 0.030 mm y 0.071 mm
- Clase Térmica del alambre senciilo
La temperatura de la bobina no debe exceder los 100 ° C, por lo tanto, las clases baja temperatura para los alambres sencillos son suficientes.
- Aislamientos Litz
Debido a los altos voltajes, cintas son regularmente usadas.
- Alambre litz perfilado
Las bobinas se enrollan como bobinas planas para distribuir la fuerza del campo magnético a una densidad homogénea.
El alambre litz perfilado es una forma común de mantener un factor de llenado alto mientras se mantiene un campo magnético bien distribuido.
1.1.4 Estación de Carga (AC/DC)
General
Vehiculo Eléctrico con Cargador DC Conectado
Las estaciones de carga suministran energía eléctrica para el proceso de recarga de la batería de tracción de los vehículos eléctricos enchufables (H). Por lo tanto, hay dos tipos diferentes de estaciones de carga disponibles para convertir AC de la red eléctrica en DC para la batería del vehiculo eléctrico:
Estación de Carga Multiple
Estación de Carga AC, que actúa como fuente de energía para el OBC.
Estación de Carga DC, que actúa como fuente de energía directa para la batería del automovil eléctrico. Por tanto, el cargador forma parte de la estación de carga.
Detalles Técnicos de las Estaciones de Carga
Estación de Carga AC
Para el proceso de carga de AC, los cargadores se instalan a bordo del vehículo eléctrico (OBC) y los detalles se describen en el capítulo 1.1.1. Una versión especial de las estaciones de carga de AC son los cargadores inalámbricos, que se describen en el capítulo 1.1.3.
El cargador de a bordo se puede enchufar para la conexión de energía eléctrica en estaciones de carga públicas o en estaciones de carga residenciales.
Cargas Públicas
Las estaciones de carga públicas a menudo se combinan con estacionamientos públicos. Son propiedad de empresas comerciales o privadas, a veces en asociación con el propietario de un estacionamiento. La siguiente tabla ofrece una descripción general de las diferentes estaciones de carga.
| opciones de carga AC en estaciones de carga publica | |
|---|---|
| Tipo de enchufe | Voltaje / Potencia |
| Tipo 1 | 120V / 1.92kW or 240V / 3.8kW, 5.8kW, 7.2kW |
| Tipo 2 / Combo 2 | 400V / 3.6kW, 11kW, 22kW, 43kW |
Carga Residencial
Las estaciones de carga residenciales o privadas, a menudo denominadas cargadores de "caja de pared", son estaciones de carga domésticas, que el propietario de un vehículo eléctrico puede instalar en instalaciones privadas para cargar el vehículo en casa, pero a menudo están limitadas por la potencia de salida como también como enchufes de mas alto voltaje que no están disponibles o la corriente es limitada.
Se puede ver una comparación de diferentes opciones de carga en la siguiente tabla:
| opciones de carga AC charging options en cajas de pared resindencial | |
|---|---|
| Tipo de enchufe | Voltaje / Potencia |
| Enchufe Domestico | 120V / 1.4kW |
| 230V / 2.3W, 3.6kW | |
| 400V / 11kW, 22kW, 43kW | |
Estación de Carga DC
Estación de Carga con enchufe tipo 2
Las estaciones de carga de DC pueden alcanzar una potencia superior a 43 kW porque no hay limitación de espacio y peso dentro del cargador, como es el caso del OBC instalado en el vehículo.
El cargador está integrado en la estación de carga de DC, mientras que la tecnología electrónica de potencia en los cargadores externos es la misma que en OBC.
A menudo, las construcciones modulares se utilizan en cargadores de DC. Por lo tanto, la potencia se puede aumentar fácilmente agregando módulos en un circuito paralelo a la estación de carga.
Se puede ver una comparación de diferentes opciones de carga en la siguiente tabla:
| opciones de carga DC en estaciones de carga publica | |
|---|---|
| Tipo de enchufe | Voltaje / Potencia |
| CCS combo 1 | < 500V / <80kW |
| Tipo 2 / Combo 2 | 200-1000V / < 350kW |
| CHAdeMO tipo 2 | 500V / <62.5kW |
| CHAdeMO tipo 2 | 1000V / < 400kW |
| Super-cargador Tesla | 480V / < 250kW |
Componentes Inductivos de Alta Frecuencia para Estaciones de Carga
Para los futuros tipos de vehículos eléctricos, la industria planea cargar potencia de hasta 450 kW con voltajes de 800 V. La tecnología de punta en el desarrollo de la electrónica de potencia hace posible niveles de voltaje de hasta 1000 V. Estos niveles de alto voltaje permiten una carga más rápida y eficiente.
Estas tendencias conducen a altos requisitos con respecto al aislamiento del alambre litz de alta frecuencia en los inductores y transformadores de los cargadores.
Los cargadores de DC externos, en comparación con los cargadores a bordo, pueden suministrar una mayor potencia de carga, ya que el espacio disponible no es limitado. La potencia de carga a bordo está limitada por el peso y el espacio de los componentes.
Las construcciones típicas de alambres litz de transformadores de alta frecuencia en cargadores de DC utilizan alambres individuales de 0,07 - 0,1 mm de diámetro, optimizados para frecuencias de conmutación entre 50 y 100 kHz.
1.1.5 Motor Eléctrico
General
Vehiculo Eléctrico con Motor de Tracción Eléctrico
Los motores eléctricos son el núcleo de un tren de transmisión del vehiculo eléctrico. Una gran ventaja de los motores eléctricos es el alto torquer disponible desde la velocidad cero en todo el rango de velocidades.
Los motores eléctricos ya tienen altas eficiencias en comparación con los motores de combustión interna (ICE), pero aún tienen potencial para optimizar la eficiencia. El motor es accionado por un inversor de alta potencia a frecuencias de conmutación de hasta 50 kHz. Las pérdidas de cobre resultantes en las bobinas se pueden reducir utilizando alambre litz de alta frecuencia en lugar de las construcciones tradicionales de un solo alambre.
Existen muchos conceptos de motor diferentes, que varían en principio electromagnético pero también en construcción mecánica y diferentes conceptos de tren de transmisión.
"Formula Student Racer" con Motor de Tracción Eléctrico
Para la movilidad eléctrica, los motores deben elegirse de acuerdo con los requisitos del automóvil. El objetivo principal es aumentar la densidad de potencia, lo que conduce a una mayor eficiencia económica durante todo el ciclo de vida de los vehículos eléctricos.
Carrera del Desafío Mundial Solar con Motor de Tracción Eléctrico
"Formula Student Racer" con Motor de Tracción Eléctrico
Motor Eléctrico de la Rueda
Detalles Técnicos de los Motores Eléctricos
Sistema de Propulsión Eléctrico
En su forma más básica, un motor eléctrico consta de una parte dinámica, el rotor, que gira sobre una parte estática, el estator. Ambas partes constan de láminas de acero magnéticas que funcionan como trayectorias de flujo magnético. Entre ambas partes, un pequeño espacio de aire asegura la capacidad de rotación.
Las láminas del estator tienen geometría de dientes (similar a un engranaje) en el círculo exterior a través del cual se enrollan las bobinas de los conductores aislados.
Para impulsar el motor, un inversor controla un flujo de corriente a través de las bobinas para crear un círculo de flujo magnético desde las hojas del estator sobre el espacio de aire hasta las hojas del rotor y viceversa. A través de esto, el torque se genera mediante una fuerza electromagnética que convierte la energía eléctrica en energía de rotación.
Componentes de Bobina para Motores Eléctricos
La principal diferencia de las bobinas y el proceso de embobinado se divide en dos tipos de estatores:
- Estator con embobinados distribuidos, donde varios dientes comparten una bobina
- Estator con embobinados concentrados, donde cada diente tiene su propia bobina.
Ambos tipos de estator tienen diferentes propiedades y varios métodos de producción.
En los motores industriales clásicos, el embobinado consta de un solo alambre magnéto, que es suficiente para reducir la potencia. Para mayor potencia en vehículos eléctricos, se necesitan secciones transversales de cobre más altas. Esto se puede lograr mediante alambres magnéticos paralelos o mediante gruesas barras de cobre, llamadas horquillas o ipins. Ambas soluciones traen la desventaja de grandes pérdidas por corrientes eddy. En cambio, el alambre Litz alcanza las secciones transversales de cobre deseadas con altos factores de llenado y, al mismo tiempo, compensa las pérdidas por corrientes eddy.
El alambre litz de alta frecuencia se puede diseñar para casi todos los niveles de potencia del motor agregando el número apropiado de hilos para lograr la sección transversal de cobre objetivo.
Estatores con Embobinado de Dientes Concentrado con Alambre Litz Autoadherible
Dentro de la conversión de energía eléctrica a energía rotacional, ocurren pérdidas térmicas. Se trata principalmente de pérdidas de cobre, que se dividen en pérdidas de DC y pérdidas de AC.
Las pérdidas de DC se pueden reducir mediante secciones transversales de cobre más altas.
La causa de las pérdidas de AC son las corrientes eddy de la profundidad del efecto pelicular y los efectos de proximidad.
Diferentes Tipos de Alambre Litz Perfilado para Embobinados de Estatores Distribuídos
El alambre litz de alta frecuencia compensa las corrientes eddy mejorando así la eficiencia de los motores.
Otro beneficio del alambre litz de alta frecuencia en los motores es la conductividad térmica mejorada, que mejora la disipación del calor y mitiga las pérdidas de alta frecuencia al mismo tiempo.
Los motores de tracción para vehiculs eléctricos pueden tener un alto riesgo de descarga parcial debido a los altos niveles de voltaje combinados con el modo de conmutación corto y casi rectangular de los inversores. El alambre litz de alta frecuencia se puede diseñar con resistividad de descarga parcial para garantizar una durabilidad a largo plazo. Hay disponibles alambre litz encintado y alambre litz con esmalte especial.
Para embobinados distribuidos, el alambre litz perfilado proporciona una buena solución para un factor de llenado alto y una utilización óptima de la ranura.
Bobina Autosoportada con Alambre Litz Autoadherible
Motor Eléctrico de la Rueda con Bobinas Autosoportadas y Alambre Litz Autoadherible
Los embobinados concentrados también se pueden producir como bobinas autosoportadas utilizando alambre litz con esmalte autoadherible. El alambre litz se enrolla primero en una bobina, en un segundo paso se comprime y luego se une para fijar los alambres en la bobina con la posibilidad de volver a ablandarse.
Las bobinas del motor generalmente deben ser rectangulares para encajar en la ranura con un factor de llenado alto. El alambre Litz puede diseñarse con una gran flexibilidad mecánica para alcanzar un radio de embobinado pequeño sin dañar el aislamiento de forma similar a un solo alambre grueso.
Las frecuencias en los motores deben diferenciarse entre la frecuencia de conmutación del inversor y la frecuencia del estator. La frecuencia del estator principal tiene la influencia más significativa en las pérdidas por corrientes eddy y suele ser de hasta 3 kHz, dependiendo de la velocidad. El alambre litz de alta frecuencia está diseñado para ese valor.
1.1.6 Relaciones Básicas entre Alambre Litz y Electrónica de Potencia
Relación de las Frecuencias de Conmutación y el Tamaño del Inductor
El tamaño de la bobina en transformadores, inductores y chokes se puede reducir significativamente mediante frecuencias de conmutación más altas.
Las frecuencias de conmutación están limitadas por las pérdidas térmicas que se producen durante el proceso de conmutación. Esta es la razón por la que se tuvo que acortar la velocidad de conmutación para minimizar las pérdidas de conmutación en la electrónica de potencia y reducir el tamaño de las bobinas para densidades de potencia más altas y un volumen más bajo.
Los desarrollos en las tecnologías de transistores de potencia han alcanzado una alteración significativa en la velocidad de conmutación y el rango de voltaje debido a los nuevos materiales semiconductores.
Tiempos de conmutación más cortos significan que los flancos de subida de tensión son cada vez más altos, según la siguiente tabla:
| Tecnología de transistores de potencia | Voltaje de los flancos de subida dU/dt | Rango de voltaje | Desde el año |
|---|---|---|---|
| Tiristor Transitor Bipolar GTO | <1kVµs | <300V | 1970 |
| IGBT | <10kV/µs | <1600V | 1990 |
| SiC GaN | >35kV/µs | <1600V | 2010 |
Descripción General de los Desarrollos de Semiconductores
Relación de la Tendencia de Alto Voltaje y los Materiales de Aislamiento del Alambre Litz
La tendencia de voltajes cada vez más altos establece requisitos exigentes para los materiales de aislamiento del alambre litz. Además, el potencial de alto voltaje entre las vueltas individuales del transformador necesita un alto aislamiento constante de las vueltas cercanas.
Esto se debe a los altos voltajes conmutados frecuentes, especialmente en topologías de convertidor con circuitos resonantes.
Elektrisola diseña el alambre litz individualmente para cada transformador de potencia para una eficiencia óptima, protección de alto voltaje, conductividad térmica y factor de llenado.
Relación de Métodos de Conmutación, Voltaje de Ruptura y Descarga Parcial
El voltaje se controla mediante interruptores semiconductores para imprimir corriente en los inductores de toda la electrónica de potencia. Estos consisten principalmente en alambre litz en aplicaciones de alta frecuencia. Los métodos de conmutación difieren según la aplicación entre la conmutación dura y la conmutación suave.
La conmutación dura significa que la operación de conmutación se realiza en el momento en que la corriente y el voltaje no son iguales a cero. Por tanto, las pérdidas de conmutación son altas y la durabilidad es baja. El riesgo de descarga parcial es alto debido al aumento significativo de voltaje por tiempo en los inductores.
La conmutación suave significa que la operación de conmutación se realiza en el momento en que la corriente y la tensión son cero. Las pérdidas de conmutación son bajas dentro de los transistores y mejoran la eficiencia y durabilidad de la electrónica de potencia y los componentes inductivos. El riesgo de descarga parcial es bajo.
1.2 Calefacción Interior
General
Asiento Automotriz con Alambre Litz de Calentamiento
Elektrisola fue la primera en desarrollar alambres litz con alambres individuales esmaltados para aplicaciones de calefacción de asientos en automóviles para evitar puntos calientes en los asientos. Más tarde, se han introducido diferentes aleaciones y extrusión exterior para mejorar aún más el alambre litz.
Junto con los asientos con calefacción, los volantes con calefacción son cada vez más populares. Utilizada originalmente en vehículos de lujo, la calefacción interior eléctrica ahora se ha convertido en estándar en muchas clases de vehículos.
Los automoviles convencionales con motores de combustión utilizan el calor residual del motor para calentar la cabina del vehículo.
Esto no es posible en vehículos eléctricos. Por lo tanto, se necesitan formas eficientes de calefacción con menores requisitos de energía, ejemplo
- calentamiento de superficies de contacto directo como asientos, reposabrazos o volante, y
- la radiación de los paneles cerca de los pasajeros como opciones de diseño eficientes.
Diferentes Opciones de Calefacción Interior
Para muchas aplicaciones de calefacción, Litz Wire esmaltado se convirtió en la solución de vanguardia para hacer frente a los desafíos técnicos, mecánicos y eléctricos.
Los alambres litz diseñados individualmente permiten a los diseñadores lograr perfiles de temperatura precisos y, al mismo tiempo, evitar puntos calientes en caso de roturas de alambre individuales dentro de un litz, debido a una alta tensión de flexión o mal manejo.
Elemento Portador de Calefacción de Asiento con Alambre Litz
Detalle del Elemento de Calefacción de Asiento con Alambre Litz
Detalles Técnicos
Los aspectos técnicos más importantes de un alambre litz esmaltado para aplicaciones de calefacción son:
- No Puntos Calientes
Como se explicó anteriormente
- Rendimiento Vida Util de Flexión
Los alambres litz para calefacciones deben resistir fuertemente el estrés mecánico causado por la flexión y la tensión durante su vida útil, ya que los asientos generalmente están expuestos a fuertes impactos mecánicos en el uso diario. Los laterales son áreas especialmente exigentes desde el punto de vista mecánico. Los diámetros de alambre optimizados, el uso de aleaciones, los diseños especiales de agrupamiento y las camisas de extrusión opcionales son los principales factores de diseño que influyen en la mejora significativa de la vida útil de la flexión. Los componentes de alivio de tensión también pueden soportar construcciones de alambre litz muy pequeñas y delgadas, donde sea necesario.
- Resistencia al Calentamiento
La combinación óptima de sección transversal del conductor y aleación asegura una resistencia final precisa y un perfil de temperatura en el área calentada. La resistencia específica del alambre litz en ohm/m y el coeficiente de temperatura definen el rendimiento de calentamiento final a la longitud total del conductor de calentamiento.
- Comportamieto del Ciclo
El uso de material de aleación de alta resistencia pero menos flexible da como resultado un número potencialmente mayor de ciclos del alambre litz agrupado que causa torceduras o nudos. Esto podría provocar daños durante el proceso de costura. Los diseños especiales de agrupamiento, el manejo óptimo del alambre y los métodos de agrupamiento reducen este efecto a una especificación mínima. La extrusión exterior opcional tiene un efecto positivo en el comportamiento del ciclo.
- Poros
Bajo estrés térmico y mecánico, el aislamiento de los alambres esmaltados puede sufrir poros. Se trata de fisuras microscópicas de la capa de esmalte. Los poros pueden evitarse mediante la elección adecuada del tipo de esmalte, la manipulación del alambre durante el proceso de producción del alambre y los métodos de agrupamiento optimizados.
- Resistencia Química
Los líquidos como el sudor, los refrescos, la leche, el café, los agentes de limpieza y otros pueden afectar la vida útil del alambre de calefacción. A través de la difusión, el aislamiento puede sufrir efectos de corrosión y fallas prematuras del elemento calefactor. La combinación del tipo de esmalte correcto, el grado y el recubrimiento de extrusión opcional mejora la resistencia química y protege el alambre calefactor contra tales influencias..
1.3 Electrónica Interior
General
La carga inalámbrica de teléfonos móviles es una adición cada vez más común a la cabina de pasajeros, ya que elimina la necesidad de manipular un cable de carga para el cliente.
Sistema de Carga Inalámbrico Integrado Automotriz
En este mercado, se utilizan ampliamente dos tecnologías para sistemas de carga inalámbrica:
Sistema de Carga Inalámbrico Inductivo
La transmisión inalámbrica de energía se realiza por inducción mutua de campos magnéticos entre un transmisor y una bobina receptora. En la bobina del transmisor, una corriente alterna crea un campo magnético variable en el tiempo, que se irradia en todas las direcciones. La mayor eficiencia de transferencia de potencia en este sistema se logra cuando una bobina receptora con dimensiones idénticas a la bobina transmisora se coloca precisamente en la parte superior y unos pocos milímetros de la bobina transmisora.
La principal ventaja de los sistemas de carga inalámbricos inductivos es una eficiencia relativamente alta, cuando el transmisor y el receptor están estrechamente acoplados.
Esto se prefiere cuando se necesita una alta eficiencia del sistema de carga.
Sistema de Carga Inalámbrico Resonante
Este sistema sigue siendo "inductivo", en el sentido de que un campo magnético generado por la bobina del transmisor induce una corriente en la bobina del receptor. Sin embargo, el principio de transmisión de energía se realiza a frecuencias más altas que los sistemas inductivos y se basa en las bobinas del transmisor y del receptor que operan a la misma frecuencia de resonancia. En un sistema de carga inalámbrica resonante, se crea un tipo de túnel de energía entre las bobinas, lo que permite una transferencia de energía a distancias más grandes, entre múltiples bobinas y en múltiples direcciones.
Existe cierta pérdida de eficiencia en el sistema debido a la fuga de flujo incluso en bobinas ubicadas cerca.
Por lo tanto, se prefiere este sistema cuando se requiere la conveniencia de un fácil posicionamiento del sistema.
Estándares Técnicos
Existen 2 estándares principales para la carga inalámbrica de productos electrónicos de consumo.:
- Qi
(Desarrollado por Wireless Power Consortium “WPC”)
Tecnología: Inductiva y Resonante
Frecuencias de Operación: 85 kHz - 205 kHz
Niveles de potencia del transmisor: 5 W -15 W
- Rezence
(Desarrollado por Alliance for Wireless Power “A4WP”)
Tecnología: Resonante
Frecuencia de Operación: 6.78 MHz
PTU (Unidad de Transmisor de Potencia) Niveles de Potencia: 2 W - 70 W
PRU (Unidad de Receptor de Potencia) Niveles de Potencia:3.8 W - 50 W
Componentes de Carga Inalámbrico en el Estándar Qi
Los transmisores de potencia en el estándar Qi se especifican a partir de tipos de diseño de A1 a A34 (que tienen una o más bobinas primarias) y tipos de diseño de B1 a B7 (que tienen un arreglo de bobinas primarias). Los diferentes tipos de diseño se diferencian entre otras cosas en el tamaño y la forma de las bobinas (redondas, ovaladas y cuadradas), todas con alambres litz con diferentes números (de 24 a 180) de alambres sencillos de 0,08 mm.
Aunque los receptores de potencia no están definidos por el estándar Qi, establece algunos ejemplos utilizando configuraciones de alambres litz similares a las de los transmisores de potencia.
Productos Típicos de Alambre Litz
Para ver los productos típicos de alambre wire para diseños de carga inalámbrica, consulte los siguientes enlaces:
- “Alambre Autoadherible”
- “Basico”
- “Forrado”
- “Smartbond”
Bobinas Planas de Alambre Litz Integradas en una Tablilla Electrónica del Sistema de Carga Inalámbrica
Bobina Plana con Alambre Litz Autoadherible en Sistema de Carga Inalámbrico de Telefonos Inteligentes
2. Industria
2.1 Fuente de Poder Conmutada
General
Las fuentes de poder conmutada (SMPS) suministran dispositivos eléctricos y electrónicos con corriente continua (DC) reducida específica. Debido a su alta eficiencia, diseño compacto y ligero y amplio rango de voltaje de entrada, los SMPS se utilizan en muchas aplicaciones industriales.
Ejemplos:
- sistemas de carga
- laboratorio y equipo de prueba
- tecnología de soldadura
- medicina y sistemas de computo
Detalles Técnicos
La fuente de poder es la red pública de AC cuya energía se convierte en energía de alta frecuencia (HF) utilizando topologías de semiconductores de conmutación rápida, consulte la imagen 1 a continuación. Para traducir el voltaje de entrada de alta frecuencia a un nivel de voltaje de AC más bajo, se necesita un transformador de alta frecuencia. Sus dimensiones se pueden reducir aumentando la frecuencia de trabajo (30 kHz - 500 kHz).
Sistema de Fuente de Poder de Modo Interruptor
Por lo general, los transformadores de alta frecuencia funcionan con embobinados de capa y pequeñas cantidades de vueltas. El uso de alambres litz de alta frecuencia es necesario para reducir de manera eficiente las pérdidas de alta frecuencia a frecuencias más altas. Por razones de seguridad, el lado primario (entrada) del transformador debe estar separado del secundario (salida).
Productos Típicos de Alambre Litz
Transformador de Alta Frecuencia con Bobinas Separadas
Se pueden implementar elementos de aislamiento de construcción como barreras de separación y bridas para mantener las distancias de fuga y de aire eléctrico.
Transformador de Alta Frecuencia con barrera de separación de embobinado
Un enfoque técnico más compacto y que ahorra espacio es el uso de alambres de embobinado con aislamiento reforzado (FIW). En este caso, las distancias de aire y de fuga se pueden reducir, se pueden realizar diseños más pequeños y ligeros con mayor densidad de potencia.
Para satisfacer la creciente demanda de frecuencias de trabajo más altas y dimensiones compactas de transformadores, Elektrisola ofrece las siguientes opciones de diseño:
- Los alambres litz forrados de seda o nailon garantizan una alta flexibilidad y estabilidad de la forma para un rendimiento óptimo de embobinado de capas.
- Los alambres litz de alta frecuencia con cinta aislante adicional ofrecen altos voltajes de ruptura de hasta 10 kV.
- La familia de productos EFOLIT® con aislamiento reforzado y con certificación VDE de Elektrisola cubre los diseños SMPS, con exigencias de seguridad muy altas.
- Los alambres litz rectangulares o cuadrados perfilados (comprimidos) garantizan un factor de llenado de cobre óptimo tanto para el alambre litz como para el embobinado de la bobina.
2.2 Sensores
General
El rendimiento óptimo de alta frecuencia (HF) del alambre litz esmaltado y la amplia gama de posibilidades para diseños únicos hacen del alambre litz un material óptimo para sensores y antenas.
Ejemplos
- Sensores de Proximidad Inductiva
- Sensores de Detección de Metales
- Bobinas pata Sistemas de RFID
- Bobinas para Comunicación de Campo Cercano
Detalles técnicos
Identificación de Radio Frecuencia (RFID)
El dispositivo de lectura crea un campo de alta frecuencia como una puerta que actúa sobre la antena del transpondedor. Se induce voltaje en la antena; el chip se activa y crea una respuesta individual por atenuación de campo. La respuesta la recibe el lector.
Bobina Plana en un Transmisor RFID
Lector de Chip RFID
Comunicación de Campo Cercano (NFC)
NFC define diferentes protocolos de comunicación para una comunicación entre dos dispositivos electrónicos a una distancia de 4 cm.
La conexión de baja velocidad se puede utilizar para las siguientes aplicaciones ejemplares:
- Sistemas de pago sin contacto
- Intercambio de Información
- Tokens de identidad y acceso
- Automatización de teléfonos inteligentes
- Etiquetas NFC
Maquina Expendedora de boletos NFC
Interruptores de Proximidad Inductivos
La función del sensor se basa en un circuito oscilante que consta de una bobina y una capacidad caracterizada por el factor Q. La propia bobina crea un campo electromagnético que cubre el área de detección. En presencia de un elemento conductor en el área, el factor Q cambia debido a las pérdidas por corrientes eddy.
La pérdida de energía de campo se detecta mediante circuitos electrónicos del interruptor de proximidad y se confirma el elemento.
Los dispositivos RFID y los interruptores de proximidad se utilizan en logística, automatización de procesos y tecnología ferroviaria.
La antena (o bobinas generadoras de campo) generalmente se implementan sin elementos portadores. En estas bobinas de aire basadas en tecnología autoadhesiva, se utilizan alambres litz forrados o extruidos.
Interruptor de Proximidad
Productos Típicos de Alambre Litz
Elektrisola ofrece las siguientes opciones de diseño:
- Los alambres litz de alta frecuencia con alambres esmaltados autoadheribles permiten los radios de curvatura más pequeños con altos factores de llenado de cobre.
- Las variantes de alambre Litz con recubrimiento Smartbond aseguran una fácil unión por aire caliente con un alto factor de llenado de cobre.
- Los alambres litz forrados de seda o nailon de Elektrisola que se pueden adherir térmicamente garantizan una estabilidad de forma óptima y capacidad de embobinado para bobinas de aire.
3. Médico
3.1 Aparatos para Sordera (cables de conexión)
General
Los aparatos para sordera tienen como objetivo ser lo más pequeños y livianos posible para mejorar la comodidad del usuario y minimizar la visibilidad. Los cables de conexión tradicionales generalmente se reemplazan por alambres Litz mucho más ligeros, ya que los alambres sencillos están aislados y se pueden usar como cable.
Diferentes Tipos de Aparatos para Sordera
Alambre Litz para Aparato para Sordera
Micro Cable para Aparatos para Sordera
Requerimientos Generales
- Recubrimiento de plata como protección contra las influencias ambientales
- Colores brillantes debido a la superficie inferior plateada
- Soldabilidad muy consistente
- Alto rendimiento de flexión
- Muy resistente con fibras de refuerzo opcionales
- Superficie extruida muy lisa
- Los requisitos más altos en tolerancias de diámetro estrechas (redondez y tamaño)
- Perfecta capacidad de pelado para contacto eléctrico.
Micro Cable Para Aparato de Sordera con Alambrecon Codigo de Colores
3.2 Otras Aplicaciones
Sistema de Diagnostico por Ultrasonido con Transformador Piezoeléctrico
Bobina Secundaria para Imagen de Resonancia Magnetica
Cargador Inalámbrico para Aparatos Médicos
Cargador Inalámbrico para Aparatos Médicos
Herramientas Quirurgicas e Instrumentos
Para información detallada ir a :
4. Electrodoméstico
4.1 Cocción Inductiva
General
Se induce un campo alterno electromagnético en el fondo de una olla o sartén y se transforma en energía térmica por pérdidas de corrientes eddy. Las pérdidas térmicas en la bobina transmisora son muy pequeñas, por lo que el tiempo de calentamiento es corto y la superficie de la placa de cocción permanece fría.
Detalles Técnicos
Rango de Frecuencia de Operación: 20 kHz - 60 kHz
Placa de Coción Inductiva con Bobina Plana Generadora de Campo y Transformador de Alta Frecuencia
- Fondo de olla de cocción hecha de material ferroso
- Vitrocerámica (superficie de la placa)
- Campo electromagnético alterno
- Inversor
- Bobina de alambre litz inductiva
- Red eléctrica
Componentes de la Cocción Inductiva
Bobina Plana con Portador
Bobina Plana con Alambre Litz Autoadherible
Requisitos del Conductor Inductivo
- Clase de temperatura alta
- Alto volatje de ruptura
- Fuerza Mecánica
- Alto factor de llenado (embobinado comprimido)
Alambre Litz Típico para Placas de Cocción Inductiva
- Bobinas planas de alta frecuencia con alambre litz básico
- Materiales primarios: cobre, aluminio y aluminio revestido de cobre
- Diámetros de alambre sencillo de 0,18 mm a 0,4 mm
- 20-120 alambres (según el tamaño de la placa de cocción y la frecuencia de funcionamiento)
- Esmaltes inodoros resistentes a altas temperaturas (≥ 200 ° C).
- Perfilado opcional: se puede utilizar para aumentar el factor de llenado (litz perfilado)
5. Energía Renovable
5.1 Inversor Solar
Paneles Solares con Unidades Inversoras
General
El inversor solar es el corazón de un sistema de energía solar. Convierte la DC de los paneles solares en la corriente alterna de la red.
Al mismo tiempo, el control electrónico del inversor supervisa todo el sistema de energía solar y la red.
Un inversor solar tiene las siguientes funciones:
- Conversión de energía eficiente de DC de voltaje más bajo a AC de voltaje más alto
- Optimización de energía
- Monitoreo de datos de potencia y temperatura.
- Comunicación a sistemas de enrgía inteligentes
- Gestión de la temperatura para evitar el sobrecalentamiento de los paneles solares.
Detalles Técnicos de los Inversores Solares
Sistema de Inversor Solar de Red
Los inversores solares se pueden clasificar en función de tres propiedades:
- Potencia
La potencia varía desde unos pocos kW hasta un rango de MW. Los valores típicos para hogares privados son 5 kW, para industriales 10-20 kW y 500 kW y más para plantas de energía solar.
- Interconexión de módulos
en el lado de DC, los inversores solares se pueden conectar a una topología de cadena, cadena múltiple o central, según los requisitos de potencia y eficiencia.
- Topología de circuito
El inversor puede diseñarse para una red de AC monofásica o una red de AC trifásica, y puede ser con o sin separación galvánica.
La separación galvánica se realiza con un transformador entre el lado DC y AC. Al hacer esto, la pila de módulos se puede acoplar a tierra para evitar potenciales de voltaje alterno, que es obligatorio en algunos países.
Los inversores sin separación galvánica tienen los lados de DC y AC conectados eléctricamente, lo que conduce a la ventaja de mayores eficiencias, pero la desventaja de los potenciales de voltaje alterno contra tierra, lo que limita la vida útil.
Requisitos del Alambre Litz para Inversores Solares
Transformador de Alta Frecuencia con Bobinas Separadas y Alambre Litz Reforzado
- Índice térmico TI = 155 °C
- Alta robustez mecánica
- Buena flexibilidad
- Alto voltaje de ruptura dieléctrica
6. Electrónica de Consumo
6.1 Fuente de Poder Conmutada
General
Las fuentes de poder conmutadas (SMPS) suministran dispositivos eléctricos y electrónicos con corriente continua (DC) escalonada descendente específica. El elemento clave para la operación de reducción de voltaje es un transformador de alta frecuencia (HF).
Debido a su alta eficiencia, diseño compacto y liviano, y voltaje de entrada variable, los SMPS están muy extendidos no solo en aplicaciones industriales, sino también en el área del consumidor.
Ejemplos:
- Cargador de Telefonos Inteligentes
- Cargador de Notebook
- Computadora Personal
- Sistemas de Audio y Multimedia
- Televisiones
- Electrdomésticos
- Sistemas de Carga
Detalles Técnicos
Por lo general, hay dos ubicaciones para colocar la unidad SMPS en el dispositivo del consumidor::
Externo (basado en cable)
SMPS en un Cargador Externo de Notebook
SMPS en Telefono Inteligente y Cargador de Notebook
Interno, donde los dispositivos eléctronicos y componentes inductivos se montan directamente en la tablilla principal
Tablilla PCB con SMPS
Vea ejemplos de transformadores de alta frecuencia de SMPS en las siguientes imágenes:
Transformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz Reforzado
Transformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz Básico y Protección EMV
Transformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz Reforzado
Transformador de Alta Frecuencia con Alambre Litz Reforzado
Para obtener más detalles técnicos e información sobre productos de alambre litz, consulte
Aplicación Industrial SMPS.
(ver punto 2.1)
6.2 Textiles Inteligentes
El alambre Litz se utiliza para aplicaciones especiales en Textiles Inteligentes. Generalmente, se utilizan alambres litz muy delgados, ya que el alambre debe mezclarse con la tela y no alterar la textura base. Al mismo tiempo, el manejo brusco en el uso diario, así como el lavado o la limpieza, crea un entorno muy exigente.
General
- Ropa deportiva y casual
- Equipo de protección para fuerzas de seguridad, identificación RFID
- Tecnología de seguridad de edificios
- Ropa / uniformes
- Ingeniería mecánica / monitorización de sistemas multimateriales, ingeniería médica
Detalles Técnicos
- Pequeño diámetro exterior del alambre litz
- Características textiles, estructuras finas.
- Rendimiento de alta resistencia a la tracción, empalme y vida útil flexible
- Estabilidad química
Retención de color
Para su uso en aplicaciones textiles se necesitan alambres esmaltados especiales, consulte
Características Típicas de los Alambres Textiles Inteligentes
- Diámetro del alambre sencillo: 0,02 mm - 0,071 mm
- Número de alambres sencillos: 2-100
- Material conductor: cobre y aleaciones con y sin plateado
- Aislamiento: Esmaltes a base de poliuretano, recubrimientos por extrusión con puntos de fusión bajos.
- Opcional: alambre sencillos desnudos
- Opcional: Alivio de tensión
- Opcional: forrado de nilon o seda para soporte mecánico
6.3 Carga Inalambrica
General
Carga Inalambrica de Telefonos Inteligentes
Los cargadores inalámbricos se encuentran en el mercado como almohadillas de carga inalámbricas, cargadores inalámbricos incorporados para muebles o como bases USB con un cargador inalámbrico. El cargador necesita un receptor en la electrónica del usuario, como un teléfono inteligente, reloj, etc.
Los cargadores inalámbricos ofrecen las siguientes ventajas para la electrónica de consumo:
- Sin cables
- No es necesario tener el conector correcto
- Desgaste reducido del puerto de carga
En este mercado se utilizan ampliamente dos tecnologías para sistemas de carga inalámbrica:
Sistemas de Carga Inalambrica Inductiva
La transmisión inalámbrica de energía se realiza por inducción mutua de campos magnéticos entre un transmisor y una bobina receptora. En la bobina del transmisor, una corriente alterna crea un campo magnético variable en el tiempo, que se irradia en todas las direcciones. La mayor eficiencia de transferencia de potencia en este sistema se logra cuando una bobina receptora con dimensiones idénticas a la bobina transmisora se coloca precisamente en la parte superior y unos pocos milímetros de la bobina transmisora.
La principal ventaja de los sistemas de carga inalámbricos inductivos es una eficiencia relativamente alta, cuando el transmisor y el receptor están estrechamente acoplados.
Esto se prefiere cuando se necesita una alta eficiencia del sistema de carga.
Sistema de Carga Inalambrica Resonante
Este sistema sigue siendo "inductivo", en el sentido de que un campo magnético generado por la bobina del transmisor induce una corriente
en la bobina receptora. Sin embargo, el principio de transmisión de energía se realiza a frecuencias más altas que los sistemas inductivos y se basa en las bobinas del transmisor y del receptor que operan a la misma frecuencia de resonancia. En un sistema de carga inalámbrica resonante, se crea un tipo de túnel de energía entre las bobinas, lo que permite una transferencia de energía a distancias más grandes, entre múltiples bobinas y en múltiples direcciones.
Existe cierta pérdida de eficiencia en el sistema debido a la fuga de flujo incluso en bobinas ubicadas cerca.
Por lo tanto, se prefiere este sistema cuando se requiere la conveniencia de un fácil posicionamiento del sistema.
Estándares Técnicos
Existen 2 estándares principales para la carga inalámbrica de productos electrónicos de consumo::
- Qi (desarrollado por Wireless Power Consortium “WPC”)
- Tecnología: Inductiva y Resonante
- Frecuencias de Operación: 85 kHz – 205 kHz
- Niveles de Potencia del Transmisor: 5 W -15 W
- Rezence (desarrollado por Alliance for Wireless Power “A4WP”)
- Tecnología: Resonante
- Frecuencias de Operación: 6.78 MHz
- PTU (Unidad de Transmisor de Potencia) Niveles de Potencia: 2 W - 70 W
- PRU (Unidad Receptora de Potencia) Unidad de Potencia: 3.8 W - 50 W
Componentes de los Cargadores Inalambricos en el Estándar Qi
Los transmisores de potencia en el estándar Qi se especifican a partir de tipos de diseño de A1 a A34 (que tienen una o más bobinas primarias) y tipos de diseño de B1 a B7 (que tienen una arreglo de bobinas primarias). Los diferentes tipos de diseño se diferencian entre sí, entre otras cosas, en el tamaño y la forma de las bobinas (redondas ovaladas y cuadradas), todas con alambres litz con diferente número (de 24 a 180) de alambres sencillos de 0,08 mm.
Aunque los receptores de potencia no están definidos por el estándar Qi, establece algunos ejemplos utilizando configuraciones de alambres litz similares a las de los transmisores de potencia.
Productos Típicos de Alambre Litz
Para ver los productos típicos de alambre litz para diseños de carga inalámbrica, consulte los siguientes enlaces:
- “Alambre Autoadherible”
- “Basico”
- “Forrado”
- “Smartbond”
Bobinas Planas Integradas en una Tablilla PCB de un Sistema de Carga Inalambrico
Bobina Plana con Alambre Litz Autoadherible
Bobina Plana con Alambre Litz Autoadherible en Sistema de Carga Inalambrico de Telefono Inteligente
7. Cables Especiales
General
Los alambres Litz se pueden usar de manera similar a los cables porque los hilos individuales de alambre esmaltado tienen un aislamiento muy fuerte. La extrusión del alambre litz se puede utilizar para fortalecer aún más las propiedades mecánicas y eléctricas, pero también agrega peso y volumen. Hay algunas aplicaciones que utilizan un alambre litz con alambres esmaltados directamente como cable, lo que tiene ventajas en cuanto a diámetro, peso y volumen. Los alambres sencillos de colores ayudan a diferenciar los alambres sencillos en el alambre litz para su posterior procesamiento..
Componentes Típicos del Alambre Litz
Ejemplos de conductores y cables especiales de alambre litz son:
- Alambres litz de alta frecuencia con una construcción de agrupamiento superfina y muy compleja, por ejemplo 600 x 0,010 mm o 25,000 x 0,20 mm.
- Micro cables con los diámetros exteriores más pequeños posibles de milímetros, por ejemplo, 7 x 0,010 mm.
- Cables de diagnóstico con alambres esmaltados autoadheribles fijados térmicamente. Por ejemplo, cables de par trenzado (por ejemplo, 2 x 0,020 mm) o cables multifilares planos.
- Cables de arrastre con máxima flexibilidad y construcciones de baja fricción y revestimientos de esmalte.
- Línea de señal resistente a vibraciones con conductores a base de aleaciones especiales (p. Ej., 7 x 0,04 mm).
- Alambre Litz para cables de auriculares que se extruyen juntos para obtener un cable delgado y liviano.
- Alambre litz de alta frecuencia con codificación de color especial.
Microcable con Recubrimiento Extruído
Alambre Multifilar con Código de Colores
Alambre Litz con Código de Colores
Servicios
ELEKTRISOLA su Socio para Alambre Litz de Alta Frecuencia
Nuestro objetivo es asociarnos con nuestros clientes y ofrecer servicios a medida. Comenzando con el primer paso del diseño de un alambre litz óptimo hasta la entrega eficiente de productos de alta calidad, siempre nos aseguramos de que nuestros clientes reciban el mejor servicio.
Consultoría de Aplicaciones Técnicas
La filosofía de ELEKTRISOLA es ser el socio del cliente y no solo un proveedor. Por lo tanto, un enfoque clave para nosotros es la I + D y el soporte técnico relacionados con litz wire. Nuestros clientes pueden utilizar nuestros recursos globales en términos de soporte al cliente e ingeniería de aplicaciones para el diseño de alambres litz y soporte de ingeniería para desarrollar soluciones innovadoras y rentables para aplicaciones específicas del cliente.
Manejo del Alambre Litz
El mal manejo del alambre litz puede causar fácilmente daños al alambre litz o al carrete del alambre litz, lo que crea problemas al desenrollarlo.
Daños Típicos son:
1. Impacto mecánico en el carrete o en la brida del carrete que a menudo deja una marca blanquecina en el plástico del carrete. Un impacto tan fuerte podría desplazar los embobinados o hacer que los embobbinados caigan por el carrete. El daño mecánico de la brida también puede romper el alambre durante el desembobinado debido a bordes ásperos o afilados en la brida del carrete.
Deformación de la Brida del Carrete
2. Desplazamiento del paquete de alambres. El desplazamiento de los embobinados de alambre litz en el carrete causado por las cargas de impacto que resultan de la caída del carrete o la caja puede causar problemas de desembobinado debido a la interrupción del patrón de embobinado en el carrete.
Displacement of the Wire Package on Spool
3. Embobinados caídos. Puede crearse mediante un manejo brusco como se describe anteriormente en la ref. 1 y 2. Los embobinados caerán entre sí, creando nudos seguidos de roturas de alambres.
Fallen Windings
4. Embobinado dañado. Muy a menudo causado por el contacto mecánico de otros carretes durante la manipulación o transporte de un solo carrete o al levantar el carrete de la caja, raspando así el borde de la caja. Creará problemas de desembobinado y dañará la estructura del alambre litz.
Embobinado Dañado
Muestras
Al analizar el costo total del sistema y el rendimiento del sistema, un diseño de alambre litz optimizado puede marcar la diferencia. ELEKTRISOLA se enorgullece de nuestras construcciones de alambre litz personalizadas y de nuestra capacidad para crear muestras rápidamente. Simplemente hable con nosotros y con gusto lo ayudaremos con muestras a corto plazo que satisfagan sus necesidades.
Logística
El conocimiento de producción excepcional, la capacidad de producción significativa, la alta eficiencia, las rutas de comunicación cortas y la experiencia a largo plazo en el manejo, embalaje y envío de alambres sofisticados hacen de ELEKTRISOLA el socio más confiable cuando se trata de plazos de entrega cortos y envíos confiables.
Artículos en Almacén
La lista de existencias contiene cantidades de muestra para pruebas y simulación simple. Solo representa una pequeña gama seleccionada de productos de alambre litz. Por lo tanto, los productos de serie calificados pueden ser diferentes Póngase en contacto con nosotros para obtener soluciones individuales y diseños de alambre litz personalizados.