Miksi silikonteräslevyt käytetään muuntajan ytimissä – vähennetäänkä pyörviävirtaongelmaa
Miksi vähentää toista rautanumeroitunutta – pyörviävirtojen ongelmaa?
Kun muuntaja toimii, vaihtovirta kulkee sen kierroksissa, mikä tuottaa vastaavasti vaihtuvaan magnetivirtaan. Tämä muuttuva virta aiheuttaa sitten virtoja rautaytimessä. Nämä aiheutetut virrat kiertävät tasojen suuntaisesti kohtisuorassa magneettivirran suuntaan, muodostaen suljetut silmukat – siksi ne kutsutaan pyörviävirroiksi. Pyörviävirtojen tappiot aiheuttavat myös ytimen lämpenemisen.
Miksi muuntajien ytimet tehdään silikonteräslevyistä?
Silikonteräs, joka on terässite, jossa on silikonia (tunnetaan myös nimellä "silikon" tai "Si") ja jonka silikonipitoisuus on välillä 0,8 % ja 4,8 %, käytetään yleisesti muuntajien ytimeksi. Syy siihen löytyy silikonteräksen vahvasta magnetipermeabiliteetista. Se on erittäin tehokas magneettinen materiaali, joka voi tuottaa korkean magneettisen fluxtiitiheyden, kun se on energisoitu, mikä mahdollistaa muuntajien teon tiiviimmänä.
Kuten tiedämme, oikean maailman muuntajat toimivat vaihtovirtaympäristössä. Voimakoneongelmat tapahtuvat ei vain kierrosten vastustuksen vuoksi, vaan myös rautaytimessä syklisen magneutuksen vuoksi. Tämä ydinliittyvä voimakoneongelma tunnetaan "rautanumeroitunut"-ongelmana, joka koostuu kahdesta komponentista:
Hystereesi-tappio
Pyörviävirtatappio
Hystereesi-tappio johtuu hystereesisi-ilmiöstä ytimen magneutuksen aikana. Tämän tappion määrä on verrannollinen materiaalin hystereesisilmukan ympärille piirretyn alueen kokoon. Silikonteräksellä on kapea hystereesisilmukka, mikä johtaa pienempään hystereesi-tappioon ja huomattavasti vähennettyyn lämpenemiseen.
Näiden etujen valossa, miksi ei käytetä yhtenäistä silikonteräskin palaa ytimeksi? Miksi se prosessoidaan ohuihin levysiin?
Vastaus on vähentää rautanumeroitunut -pyörviävirtatappio.
Kuten mainittiin, vaihtuva magneettifluxti aiheuttaa pyörviävirtoja ytimessä. Vähentääksemme näitä virtoja, muuntajien ytimet rakennetaan ohuista silikonteräslevyistä, jotka ovat eristettyjä toisistaan ja asetettuja päällekkäin. Tämä suunnitelma rajoittaa pyörviävirrat kapeisiin, pitkiin polkuihin pienemmällä poikkileikkauksella, mikä lisää sähköistä vastusta niiden kulku polkuilla. Lisäksi silikonin lisääminen allomekaniikan aineeseen lisää aineen itseisestä sähköistä vastusta, mikä edelleen hillitsee pyörviävirtojen muodostumista.
Yleensä muuntajien ytimet käyttävät kylmärollatuista silikonteräslevyjä, joiden paksuus on noin 0,35 mm. Vaadittujen ytimen mittojen mukaan nämä levyt leikataan pitkiin nauhoihin, ja ne asetetaan "日" (kaksoisikkuna) tai yksikkunan konfiguraatioihin.
Teoriassa, mitä ohuempi levy ja kapeampi nauha, sitä pienempi pyörviävirtatappio – mikä johtaa pienempään lämpötilan nousuun ja vähennettyyn materiaalikäyttöön. Kuitenkin todellisessa valmistuksessa suunnittelijat eivät optimoi ainoastaan pyörviävirtojen vähentämiseksi. Erittäin ohuiden tai kapeiden nauhojen käyttö lisäisi huomattavasti valmistusaikaa ja työvoimakustannuksia, samalla vähentäen ytimen tehokasta poikkileikkausta. Siksi silikonteräsytimien valmistuksessa insinööritidän huolellisesti tasapainottaa tekniset ominaisuudet, valmistuseffektiivisyys ja kustannukset, valitsemaan parhaat mitat.
