איך פלדת סיליקון מפחיתה איבודים בגרעין הממרח?

מדוע נוצקים שטוחים של פלדה סיליקונית משמשים בלבות טרנספורמרים – הפחתת אובדן הזרמים ההופכיים

מדוע להפחית את סוג האובדן האחר של ברזל - אובדן הזרמים ההופכיים?
כאשר טרנספורמר פועל, זרם חילופין זורם דרך הסיבובים שלו, ומייצר תנועה מגנטית מתחלפת בהתאם. התנועה המגנטית המשתנה מושכת זרמים בתוך ליבת הברזל. הזרמים המושכים מסתובבים במישורים אנכיים לכיוון התנועה המגנטית, יוצרים מעגלים סגורים - לכן הם מכונים זרמים הופכיים. אובדן הזרמים ההופכיים גורם גם לליבה להתחמם.

מדוע ליבות טרנספורמרים מיוצרות מנוצקים שטוחים של פלדה סיליקונית?

פלדה סיליקונית - אלויית פלדה המכילה סיליקון (ידוע גם בשם "סיליקון" או "Si") עם תוכן סיליקון בין 0.8% ל-4.8% - היא בשימוש נפוץ עבור ליבות טרנספורמרים. הסיבה נמצאת בהולכה מגנטית חזקה של פלדה סיליקונית. כחומר מגנטי יעיל מאוד, הוא יכול לייצר צפיפות תנועה מגנטית גבוהה כאשר הוא מוזן באנרגיה, מה שמאפשר ליצור טרנספורמרים קומפקטיים יותר.

כפי שאנו יודעים, טרנספורמרים אמיתיים פועלים בתנאי זרם חילופין (AC). אובדן אנרגיה קורה לא רק בשל התנגדות בסיבובים אלא גם בתוך ליבת הברזל עקב מגנטיזציה מחזורית. אובדן האנרגיה הקשורה בליבה מכונה "אובדן ברזל", והוא מורכב משני רכיבים:

• אובדן היסטרזה

• אובדן הזרמים ההופכיים

אובדן היסטרזה נובע מהפנומנון ההיסטרזה המגנטי במהלך תהליך המגנטיזציה של הליבה. הגודל של אובדן זה פרופורציונלי לשטח שנכלא במעגל ההיסטרזה של החומר. פלדה סיליקונית יש לה מעגל היסטרזה צר, מה שמוביל לאובדן היסטרזה נמוך ולחימום נמוך באופן משמעותי.

בהתחשב יתרונות אלה, מדוע לא משתמשים בליבה אחת של פלדה סיליקונית? מדוע במקום זאת מมวลכים אותה לנוצקים שטוחים?

התשובה היא להפחית את הרכיב השני של אובדן הברזל - אובדן הזרמים ההופכיים.

כפי שהוזכר קודם, התנועה המגנטית המתחלפת מושכת זרמים הופכיים בליבה. כדי להפחית את הזרמים הללו, ליבות טרנספורמרים בנויות מנוצקים שטוחים של פלדה סיליקונית המבודדים אחד מהשני וממולכים יחד. העיצוב הזה מגביל את הזרמים ההופכיים לנתיבים צרים ומוארכים עם שטחי חתך קטנים יותר, מה שמרביח את ההתנגדות החשמלית לאורך נתיבי הזרימה שלהם. בנוסף, הוספת הסיליקון באלוייה מגבירה את ההתנגדות החשמלית של החומר עצמו, מה שמפחית עוד יותר את היווצרות הזרמים ההופכיים.

בדרך כלל, ליבות טרנספורמרים משתמשות בנוצכים קרירים של פלדה סיליקונית בעובי של כ-0.35 מ"מ. בהתאם לממדים הנדרשים של הליבה, הנוצחים מפורטים לרצפים ארוכים ואז ממולכים במבנים "יום" (דו-חלון) או במבנה חלון יחיד.

בתאוריה, ככל שהנוצך דק יותר והרצף צר יותר, אובדן הזרמים ההופכיים קטן יותר - מה שגורם לעלייה נמוכה יותר בטמפרטורה והguna שימוש בחומר. עם זאת, בייצור האמיתי, המפתחים אינם מיטובים רק על בסיס הפחתת הזרמים ההופכיים. שימוש בנוצכים קיצוניים או רצפים צרים מאוד יגדילו משמעותית את זמן הייצור ואת העבודה תוך הפחתת השטח הצפוף של הליבה. לכן, בעת ייצור ליבות פלדה סיליקונית, המהנדסים חייבים להתייחס בקפידה לאיזון בין ביצועים טכניים, יעילות ייצור ומחיר כדי לבחור בממדים המיטביים.