مواد هسته ترانسفورماتور و جزئیات طراحی

هسته اساسا قلب هر ترانسفورماتور قدرت است - این مدار مغناطیسی است که هر چیز دیگری به آن بستگی دارد. موادی که انتخاب می‌کنید و نحوه طراحی آن تأثیر زیادی بر عدم تلفات بار، کارآیی کلی، نویز، اندازه و البته هزینه دارد.

اکثر هسته‌های ترانسفورماتور امروزه به دو دسته بزرگ تقسیم می‌شوند: مواد کریستالی سنتی و جدیدتر{0}}آمورف‌ها یا نانوبلورهای صرفه‌جویی در انرژی. انتخاب معمولاً به متعادل کردن چگالی شار اشباع، تلفات هسته، آسانی ساخت و قیمت بستگی دارد.

فولاد سیلیکونی (غلات-فولاد الکتریکی گرا)این هنوز هم پرکاربردترین گزینه است - که حدود 90 درصد از بازار را تشکیل می دهد. اساساً آهن با کمی سیلیکون (معمولاً در حدود 3-4.5٪) است که به صورت ورقه های نازک نورد شده است، معمولاً ضخامت 0.23 تا 0.35 میلی متر برای ترانسفورماتورهای استاندارد 50/60 هرتز.

چه چیزی در مورد آن عالی است؟ نقطه اشباع بالایی دارد (حدود 1.9 تا 2.0 T)، نسبتاً ارزان است، به راحتی می توان آن را منگنه کرد و روی هم چید، و از نظر مکانیکی خوب نگه می دارد. نقطه ضعف آن این است که در مقایسه با مواد جدیدتر تلفات هسته بیشتری دارد، به خصوص در شرایط بدون بار-، و اگر فرکانس را بالاتر فشار دهید، تلفات افزایش می یابد.

آلیاژ آمورف (شیشه فلزی)اینها از آلیاژهای{0} بر پایه آهن ساخته شده‌اند که بسیار سریع سرد می‌شوند و ساختاری غیرکریستالی و شیشه‌ای- ایجاد می‌کنند. نوارها بسیار نازک هستند - فقط 20 تا 35 میکرومتر.

مزیت بزرگ این است که -تلفات بدون بار - به طور چشمگیری کمتر از فولاد سیلیکونی - و اغلب 60 تا 80 درصد کمتر و جریان مهیج بسیار کمتر است. آنها همچنین سازگارتر با محیط زیست هستند و مواد کمتری را در طول تولید هدر می دهند. از طرف دیگر، چگالی شار اشباع کمتر است (حدود 1.5-1.6 T)، بنابراین شما به یک هسته کمی بزرگتر نیاز دارید. آنها همچنین شکننده، حساس به استرس مکانیکی، و کمی گران تر هستند. با این حال، برای ترانسفورماتورهای توزیع با بارهای کم یا متغیر (به شبکه های روستایی یا تاسیسات انرژی تجدیدپذیر فکر کنید)، صرفه جویی در انرژی معمولاً هزینه اضافی را در طول زمان جبران می کند.

آلیاژ نانو کریستالاین گزینه-با عملکرد بالا است. شما با مواد آمورف شروع می‌کنید و سپس آن را با دقت بازپخت می‌کنید تا بلورهای کوچک در مقیاس نانو را با فاز آمورف مخلوط کنید.

این بهترین هر دو جهان را به شما می دهد: تلفات بسیار کم (مخصوصا در فرکانس های بالاتر)، نفوذپذیری بالا و اشباع مناسب. تنها ایرادات واقعی، هزینه بالاتر و فرآیند ساخت بیشتر است. اینها را بیشتر در منابع-سوئیچ فرکانس{3}}حالت بالا، ترانسفورماتورهای فرکانس متوسط-یا ترانسفورماتورهای حالت جامد{5}}لبه برش- مشاهده خواهید کرد.

هنگام طراحی هسته، مهندسان عمدتاً در تلاش هستند تا کارآمدترین مسیر مغناطیسی ممکن را ایجاد کنند و در عین حال تلفات، شکاف‌های هوا و نویز را تا حد ممکن کم نگه دارند.

دو راه اصلی برای ساخت آن وجود دارد:

هسته های چند لایه (انباشته).- رویکرد کلاسیک صفحات نازک در کنار هم چیده می شوند، اغلب به شکل E{1}}I یا پلکانی. عایق بین ورق ها به کاهش جریان های گردابی کمک می کند، اما اتصالات به ناچار شکاف های هوایی کوچکی ایجاد می کنند.

هسته های زخم- با روبان آمورف بسیار رایج است. این ماده به طور پیوسته به شکل های حلقوی یا سه بعدی-پیچیده می شود. این یک مسیر مغناطیسی صاف‌تر با شکاف‌های کمتر می‌دهد که به معنای تلفات کمتر، تقارن بهتر و عملکرد آرام‌تر است.

(برای آشنایی بیشتر با محصولات ما روی عکس کلیک کنید)

چند جزئیات کلیدی طراحی که واقعا مهم هستند:

ضریب انباشتگی: این به شما می گوید چه مقدار از مساحت هندسی هسته در واقع آهن مفید است. هدف طرح های خوب 0.93-0.98 است. حتی پیشرفت های کوچک در اینجا می تواند به طور قابل توجهی ضرر را کاهش دهد.

طراحی مشترک: اینکه چگونه مفاصل را روی هم قرار می‌دهید یا میتر می‌کنید (مفاصل پله-میتردار یا 45 درجه رایج هستند) تفاوت زیادی در کاهش شار سرگردان و گرمای بیش از حد موضعی ایجاد می‌کند. مفاصل بهتر نیز به کاهش نویز کمک می کنند.

کنترل شکاف هوا: حتی شکاف‌های کوچک جریان مغناطیسی و تلفات را افزایش می‌دهند، بنابراین تولیدکنندگان برای به حداقل رساندن آن‌ها - با مشکلات زیادی روبه‌رو می‌شوند، مخصوصاً با مواد آمورف شکننده، که تنش مکانیکی را دوست ندارند.

موارد دیگری که مهم هستند عبارتند از انتخاب چگالی شار عملیاتی مناسب (معمولاً 1.5 تا 1.7 T)، بازپخت مناسب برای کاهش تنش‌های داخلی، و بستن مکانیکی دقیق برای پایدار و بی‌صدا نگه داشتن همه چیز.

در حال حاضر، مقررات بهره وری انرژی و اهداف کاهش کربن، تولیدکنندگان بیشتری را به سمت طراحی‌های بی‌شکل- و اصلی سوق می‌دهند. فولاد سیلیکونی نیز بهبود می‌یابد، با نمرات نازک‌تر،{2}}کم‌تر همیشه.

اکنون تماس بگیرید