Como o acero silícico reduce a perda no núcleo do transformador

Por que se utilizan láminas de acero silicio nas carcasas dos transformadores – Reducindo a perda por correntes de Foucault

Por que reducir o outro tipo de perda de ferro—perda por correntes de Foucault?
Cando un transformador funciona, a corrente alternada fluye a través das súas bobinas, xerando un fluxo magnético alternado. Este fluxo cambiante induce correntes dentro da carcasa de ferro. Estas correntes inducidas circulan en planos perpendiculares á dirección do fluxo magnético, formando lazos pechados—polo que se chamam correntes de Foucault. As perdas por correntes de Foucault tamén causan o aquecemento da carcasa.

Por que as carcasas dos transformadores están feitas de láminas de acero silicio?

O acero silicio—unha liga de acero que contén silicio (tamén coñecido como "silicio" ou "Si") con un contido de silicio entre o 0,8% e o 4,8%—é comúnmente utilizado para as carcasas dos transformadores. A razón está na forte permeabilidade magnética do acero silicio. Como material magnético moi eficiente, pode xerar unha densidade de fluxo magnético alta cando está energizado, permitindo que os transformadores sexan máis compactos.

Como sabemos, os transformadores reais operan baixo condicións de corrente alternada (CA). As perdas de potencia non só ocorren debido á resistencia nas bobinas, senón tamén dentro da carcasa de ferro debido á magnetización cíclica. Esta perda de potencia relacionada coa carcasa coñécese como "perda de ferro", que consta de dous compoñentes:

• Perda por histerese

• Perda por correntes de Foucault

A perda por histerese orixinase do fenómeno de histerese magnética durante o proceso de magnetización da carcasa. A magnitude desta perda é proporcional á área encerrada polo lazo de histerese do material. O acero silicio ten un lazo de histerese estreito, resultando en menor perda por histerese e redución significativa do aquecemento.

Dadas estas vantaxes, por que non se usa un bloque sólido de acero silicio para a carcasa? Por que en cambio se procesa en finas láminas?

A resposta é para reducir o segundo compoñente da perda de ferro—perda por correntes de Foucault.

Como mencionamos anteriormente, o fluxo magnético alternado induce correntes de Foucault na carcasa. Para minimizar estas correntes, as carcasas dos transformadores constrúense a partir de finas láminas de acero silicio que están aisladas unas das outras e apiladas xuntas. Este deseño confina as correntes de Foucault a camiños estreitos e elongados con áreas transversais menores, aumentando así a resistencia eléctrica ao longo dos seus camiños de flujo. Ademais, a adición de silicio na liga aumenta a resistividade eléctrica do propio material, suprimindo adicionalmente a formación de correntes de Foucault.

Xeralmente, as carcasas dos transformadores usan láminas de acero silicio laminado a frío de aproximadamente 0,35 mm de espesor. Con base nas dimensións requeridas da carcasa, estas láminas cortanse en tiras longas e entón apílanse en configuracións "日" (doble ventana) ou de simple ventana.

En teoría, canto máis fina sexa a lámia e máis estreitas sexan as tiras, menor será a perda por correntes de Foucault—resultando en menor aumento de temperatura e menor uso de material. No entanto, na fabricación real, os deseñadores non optimizan só baseándose en minimizar as correntes de Foucault. O uso de tiras extremadamente finas ou estreitas aumentaría enormemente o tempo de produción e a man de obra, mentres que reduciría a área transversal efectiva da carcasa. Polo tanto, cando se fabrican carcasas de acero silicio, os enxeñeiros deben equilibrar cuidadosamente o rendemento técnico, a eficiencia de fabricación e o custo para seleccionar as dimensións óptimas.