Kako silicijska čelika smanjuje gubitke u jezgru transformatora

Zašto se u jezgrima transformatora koriste silicijski čelik - smanjivanje gubitaka uzrokovanih strujačkim strujama

Zašto smanjiti drugu vrstu gubitaka u željezu - gubitke uzrokovane strujačkim strujama?
Kada transformator radi, nizosmjeran tok teče kroz njegove zavojnice, proizvodeći odgovarajući nizosmjeran magnetni fluks. Taj se mijenjajući fluks inducira struje unutar željeznog jezgra. Te inducirane struje cirkuliraju u ravninama okomite na smjer magnetnog fluksa, formirajući zatvorene petlje - stoga se zovu strujačke struje. Gubitci uzrokovani strujačkim strujama također dovode do zagrijavanja jezgra.

Zašto su jezgra transformatora izrađena od listova silicijskog čelika?

Silicijski čelik - legura čelika koja sadrži silicij (poznat i kao "silicij" ili "Si") s sadržajem silicija od 0,8% do 4,8% - često se koristi za jezgra transformatora. Razlog leži u snažnoj magnetnoj propusnosti silicijskog čelika. Kao visoko učinkovit magnetni materijal, može proizvesti visoku gustoću magnetnog fluksa kada je pod napajanjem, omogućujući da se transformatori izrade kompaktniji.

Kao što znamo, stvarni transformatori rade pod uvjetima nizosmjeranog toka (AC). Gubitci snage nastaju ne samo zbog otpora u zavojnicama, već i unutar željeznog jezgra zbog ciklične magnetizacije. Ovi gubitci snage vezani za jezgro poznati su kao "gubitci u željezu", koji se sastoje od dvije komponente:

• Gubitci histerese

• Gubitci uzrokovani strujačkim strujama

Gubitci histerese nastaju zbog fenomena magnetske histerese tijekom procesa magnetizacije jezgra. Veličina ovih gubitaka proporcionalna je površini koju omeđuje histeretski krug materijala. Silicijski čelik ima uski histeretski krug, što rezultira nižim gubitcima histerese i značajno smanjenim zagrijavanjem.

S obzirom na ove prednosti, zašto se ne koristi čvrsta blok silicijskog čelika za jezgro? Zašto se umjesto toga obrađuje u tanke listove?

Odgovor je da se smanji druga komponenta gubitaka u željezu - gubitci uzrokovani strujačkim strujama.

Kao što je prethodno spomenuto, nizosmjeran magnetni fluks inducira strujačke struje u jezgru. Da bi se te struje smanjile, jezgra transformatora izrađuju se od tankih listova silicijskog čelika koji su međusobno izolirani i slojevito postavljeni. Taj dizajn ograničava strujačke struje na uske, dugacke putove s manjim presjecima, povećavajući električni otpor duž njihovih putova. Također, dodatak silicija u leguru povećava električnu specifičnu otpornost materijala, dalje suzbijajući formiranje strujačkih struja.

Obično, jezgra transformatora koriste hladno valjane listove silicijskog čelika debljine oko 0,35 mm. Na temelju potrebnih dimenzija jezgra, ti listovi se režu na dugačke trake, a zatim se slojevito postavljaju u "日" (dvostrukoprolazni) ili jednoprolazni konfiguracije.

Teoretski, što su listovi tankiji i šire trake, manji su gubitci uzrokovani strujačkim strujama - rezultirajući nižim porastom temperature i smanjenim korištenjem materijala. Međutim, u stvarnom proizvodnji, dizajneri ne optimiziraju isključivo na osnovu smanjenja strujačkih struja. Koristenje ekstremno tankih ili uskih traka znatno bi povećalo vrijeme proizvodnje i rad, smanjujući efektivnu presjeku površinu jezgra. Stoga, prilikom izrade jezgra od silicijskog čelika, inženjeri moraju pažljivo ravnotežiti tehničke performanse, učinkovitost proizvodnje i troškove kako bi odabrali optimalne dimenzije.