Hoe silisiumstaal transformator kernverlies verminder?

Waarom silikoon-staalplaat gebruik word in transformatorkerns – Vermindering van wervelstroomverlies

Waarom die ander tipe ysverlies—wervelstroomverlies—verminder?
Wanneer 'n transformator bedryf, vloei wisselstroom deur sy windings, wat 'n ooreenkomstige wisselmagnetiese flux produseer. Hierdie veranderende flux veroorsaak gestremde strome binne die ys-kern. Hierdie gestremde strome sirkuleer in vlakke loodreg op die rigting van die magnetiese flux, en vorm geslote lusse—daarom word hulle wervelstrome genoem. Wervelstroomverlies veroorsaak ook dat die kern warm raak.

Waarom word transformatorkerns gemaak van silikoon-staalplaat?

Silikoon-staal—'n staallegging wat silikoon bevat (ook bekend as "silikoon" of "Si") met 'n silikooninhoud tussen 0.8% en 4.8%—word algemeen vir transformatorkerns gebruik. Die rede lê in silikoon-staal se sterk magnetiese doordringbaarheid. As 'n hoë-effektiwe magnetiese materiaal kan dit 'n hoë magnetiese fluxdigtheid produseer wanneer dit geenergieer word, wat dit moontlik maak om transformators kompakter te maak.

Soos ons weet, bedryf werklike transformators onder wisselstroom (AC) toestande. Kragverlies vind nie net plaas as gevolg van weerstand in die windings nie, maar ook binne die ys-kern as gevolg van sikliese magnetisering. Hierdie kern-verwante kragverlies staan bekend as "ysverlies", wat uit twee komponente bestaan:

• Histereseverlies

• Wervelstroomverlies

Histereseverlies ontstaan as gevolg van die magnetiese histereseversynsel tydens die magnetiseringsproses van die kern. Die grootte van hierdie verlies is eweredig aan die area ingesluit deur die materiaal se histerese-lus. Silikoon-staal het 'n smal histerese-lus, wat lei tot laer histereseverlies en betyds verminderde verhitting.

Gegewe hierdie voordele, waarom word nie 'n soliede blok silikoon-staal vir die kern gebruik nie? Waarom word dit eerder verwerk tot dun plaatjies?

Die antwoord is om die tweede komponent van ysverlies—wervelstroomverlies—te verminder.

Soos reeds vermeld, veroorsaak die wisselmagnetiese flux wervelstrome in die kern. Om hierdie strome te minimeer, word transformatorkerns gebou uit dun silikoon-staalplaatjies wat van mekaar geïsoleer is en opgestapel word. Hierdie ontwerp beperk wervelstrome tot smal, lang padjies met kleiner doorsnedes, wat die elektriese weerstand langs hul vloei-pad verhoog. Daarby verhoog die byvoeging van silikoon in die legging die elektriese weerstand van die materiaal self, wat verdere wervelstroomvorming onderdruk.

Tipies gebruik transformatorkerns kou-gerolde silikoon-staalplaatjies van ongeveer 0.35 mm dik. Gebaseer op die vereiste kernafmetings, word hierdie plaatjies in lange strookke gesny en dan opgestapel in “日” (dubbelvenster) of enkelvenster konfigurasies.

Teorieëtys, hoe dunner die plaat en hoe smaller die strookke, hoe kleiner die wervelstroomverlies—wat lei tot 'n laer temperatuurstyg en verminderde materiaalgebruik. Echter, in werklike vervaardiging, optimaliseer ontwerpers nie slegs op grond van die minimisering van wervelstrome nie. Die gebruik van uitermate dun of smal strookke sou die produksietyd en arbeid grootliks verhoog terwyl dit die effektiewe doorsnede van die kern verminder. Dus, wanneer silikoon-staal-kerns vervaardig word, moet ingenieurs sorgvuldig 'n balans slaan tussen tegniese prestasie, vervaardigingsdoeltreffendheid, en koste om die optimale afmetings te kies.