چگونه فولاد سیلیسیم ازتلفات هسته ترانسفورماتور کاهش میدهد

چرا از صفحات فولاد سیلیسیم در هسته‌های ترانسفورماتور استفاده می‌شود – کاهش زیان جریان‌های دوگانه

چرا باید نوع دیگر زیان آهنی—زیان جریان‌های دوگانه—کاهش یابد؟
وقتی یک ترانسفورماتور عمل می‌کند، جریان متناوب از پیچه‌های آن عبور می‌کند و یک شار مغناطیسی متناسب با آن تولید می‌کند. این شار مغناطیسی متغیر جریان‌هایی را در هسته آهنی القا می‌کند. این جریان‌های القایی در صفحات عمود بر جهت شار مغناطیسی حرکت می‌کنند و حلقه‌های بسته تشکیل می‌دهند—به همین دلیل به آنها جریان‌های دوگانه گفته می‌شود. زیان جریان‌های دوگانه نیز باعث گرم شدن هسته می‌شود.

چرا هسته‌های ترانسفورماتور از صفحات فولاد سیلیسیم ساخته می‌شوند؟

فولاد سیلیسیم—یک آلیاژ فولادی شامل سیلیسیوم (همچنین به عنوان "سیلیسیوم" یا "Si" شناخته می‌شود) با محتوای سیلیسیوم بین 0.8٪ تا 4.8٪—معمولاً برای هسته‌های ترانسفورماتور استفاده می‌شود. دلیل این موضوع در قابلیت نفوذ مغناطیسی قوی فولاد سیلیسیم نهفته است. به عنوان یک مواد مغناطیسی بسیار کارآمد، آن می‌تواند یک چگالی شار مغناطیسی بالا در زمان تحریک ایجاد کند که به ترانسفورماتورها اجازه می‌دهد کوچکتر ساخته شوند.

همانطور که می‌دانیم، ترانسفورماتورهای واقعی تحت شرایط جریان متناوب (AC) عمل می‌کنند. زیان‌های توان نه تنها به دلیل مقاومت در پیچه‌ها بلکه به دلیل مغناطیس‌سازی دوره‌ای در هسته آهنی نیز رخ می‌دهد. این زیان توان مربوط به هسته به عنوان "زیان آهنی" شناخته می‌شود که شامل دو مؤلفه است:

• زیان هیسترزیس

• زیان جریان‌های دوگانه

زیان هیسترزیس از پدیده هیسترزیس مغناطیسی در طی فرآیند مغناطیس‌سازی هسته ناشی می‌شود. اندازه این زیان متناسب با مساحت محصور شده توسط حلقه هیسترزیس ماده است. فولاد سیلیسیم دارای حلقه هیسترزیس باریک است که منجر به کاهش زیان هیسترزیس و کاهش قابل توجه گرم شدن می‌شود.

با توجه به این مزایا، چرا از یک بلوک جامد فولاد سیلیسیم برای هسته استفاده نمی‌شود؟ چرا به جای آن به صفحات رقیق تبدیل می‌شود؟

پاسخ این است که برای کاهش مؤلفه دوم زیان آهنی—زیان جریان‌های دوگانه.

همانطور که قبلاً ذکر شد، شار مغناطیسی متناوب جریان‌های دوگانه را در هسته القا می‌کند. برای کمینه کردن این جریان‌ها، هسته‌های ترانسفورماتور از صفحات رقیق فولاد سیلیسیم ساخته می‌شوند که از یکدیگر جدا شده و روی هم چیده می‌شوند. این طراحی جریان‌های دوگانه را به مسیرهای باریک و طولانی با مقطع مساحت کوچک‌تر محدود می‌کند و در نتیجه مقاومت الکتریکی در طول مسیر حرکت آنها افزایش می‌یابد. علاوه بر این، افزودن سیلیسیوم به آلیاژ مقاومت الکتریکی خود ماده را افزایش می‌دهد که به تشدید جریان‌های دوگانه کمک می‌کند.

معمولاً، هسته‌های ترانسفورماتور از صفحات فولاد سیلیسیم رول‌شده سرد با ضخامت حدود 0.35 میلی‌متر استفاده می‌کنند. بر اساس ابعاد مورد نیاز هسته، این صفحات به نوارهای طولانی برش داده می‌شوند و سپس در پیکربندی‌های "日" (دو پنجره) یا یک پنجره چیده می‌شوند.

در نظریه، صفحات رقیق‌تر و نوارهای باریک‌تر، زیان جریان‌های دوگانه کمتری دارند—که منجر به کاهش گرم شدن و کاهش مصرف ماده می‌شود. با این حال، در تولید واقعی، طراحان تنها بر اساس کمینه کردن جریان‌های دوگانه بهینه‌سازی نمی‌کنند. استفاده از صفحات بسیار رقیق یا نوارهای بسیار باریک موجب افزایش زمان تولید و کارکنان و کاهش مقطع مساحت مؤثر هسته می‌شود. بنابراین، هنگام ساخت هسته‌های فولاد سیلیسیم، مهندسان باید عملکرد فنی، کارایی تولید و هزینه را با دقت تعادل دهند تا ابعاد بهینه را انتخاب کنند.