Hvordan siliciumstål reducerer transformerkernetab?

Hvorfor anvendes siliciumstålplader i transformerkerne – reduktion af strømningstab

Hvorfor reducere den anden type jern-tab – strømningstab?
Når en transformator fungerer, flyder vekslende strøm gennem dens vindinger, hvilket producerer en tilsvarende vekslende magnetisk flux. Denne ændringslige flux inducerer strømme indeni jernkerne. Disse inducerede strømme cirkulerer i planer, der er vinkelrette på retningen for den magnetiske flux, danner lukkede løkke – og derfor kaldes de strømningsstrømme. Strømningstab også forårsager, at kernen opvarmes.

Hvorfor laves transformerkerne af siliciumstålplader?

Siliciumstål – et stållegeme, der indeholder silicium (også kendt som "silicium" eller "Si") med en siliciumindhold mellem 0,8% og 4,8% – anvendes ofte til transformerkerne. Grunden ligger i siliciumstålets stærke magnetiske permeabilitet. Som et højefektivt magnetisk materiale kan det producere en høj magnetisk flux-tæthed, når det er energiseret, hvilket gør, at transformer kan laves mere kompakte.

Som vi ved, opererer reelle transformer under vekslende strøm (AC)-forhold. Energitab opstår ikke kun pga. modstand i vindingerne, men også indeni jernkerne pga. cyklisk magnetisering. Dette kerne-relaterede energitab kaldes "jern-tab", som består af to komponenter:

• Hysteresistab

• Strømningstab

Hysteresistab opstår fra det magnetiske hysteresefænomen under kerne's magnetiseringsproces. Størrelsen af dette tab er proportionalt med området, der er omsluttet af materialets hystereseloop. Siliciumstål har en smal hystereseloop, hvilket resulterer i lavere hysteresistab og betydeligt reduceret opvarmning.

Givet disse fordele, hvorfor bruges ikke en solid blok af siliciumstål til kernen? Hvorfor behandles det i stedet til tynde plader?

Svaret er for at reducere den anden komponent af jern-tab – strømningstab.

Som nævnt før, inducerer den vekslende magnetiske flux strømninger i kernen. For at minimere disse strømme konstrueres transformerkerne af tynde siliciumstålplader, der er isoleret fra hinanden og lagt oven på hinanden. Denne design konfinerer strømninger til smalle, udstrakte baner med mindre tværsnit, hvilket øger elektrisk resistens langs deres flydveje. Desuden øger tilføjelsen af silicium i legemet den elektriske resistivitet af materialet selv, hvilket yderligere undertrykker dannelse af strømninger.

Typisk anvendes transformerkerne af kuldestribet siliciumstålplader på ca. 0,35 mm tykt. Baseret på de krævede kernedimensioner, bliver disse plader skåret til lange striber og derefter lagt i "日" (dobbelt-vindue) eller enkelt-vindue-konfigurationer.

I teorien, jo tyndere pladen og jo smalere striber, desto mindre strømningstab – hvilket resulterer i lavere temperaturstigning og reduceret materialeforbrug. Imidlertid, i den faktiske produktion, optimiserer designere ikke udelukkende baseret på minimalisering af strømninger. Brug af ekstremt tynde eller smalle striber ville øge produktionstiden og arbejdsindsatsen betydeligt, mens den effektive tværsnitsareal af kernen reduceres. Derfor, når man fabrikere siliciumstålkerne, skal ingeniører nøje balance teknisk præstation, produktions-effektivitet og omkostninger for at vælge de optimale dimensioner.