Hogyan csökkenti a szilíciumvás a transzformátor magjának veszteségét?

Miért használják a szilíciumvaslapokat a transzformátormagokban – A vízszintes áramkörök csökkentése

Miért csökkentik a másik fajta vasveszteséget – a vízszintes áramkörök veszteségét?
Amikor egy transzformátor működik, váltakozó áram folyik az áramkörökön, ami váltakozó mágneses flukstuszt hoz létre. Ez a változó flukstusz indukálja az áramokat a vasmagban. Ezek az indukált áramok cirkulálnak olyan síkokban, amelyek merőlegesek a mágneses flukstusz irányára, zárt hurokot alkotva – ezért nevezik őket vízszintes áramköröknek. A vízszintes áramkörök veszteségei is melegebbé teszik a magot.

Miért készülnek a transzformátormagok szilíciumvaslapokból?

A szilíciumvas, amelyben a szilícium (vagy "Si") tartalma 0,8% és 4,8% között van, gyakran használatos a transzformátormagok készítésére. Az oka a szilíciumvas erős mágneses áthatásának. Mivel nagyon hatékony mágneses anyag, nagy mágneses flukstusszűrőt tud előállítani, amit energizálva, lehetővé teszi, hogy a transzformátorok kompaktabbak legyenek.

Ahogyan tudjuk, a valóságban a transzformátorok váltakozó áram (VA) feltételek mellett működnek. A teljesítményveszteségek nem csak a rezisztencia miatt jelennek meg az áramkörökben, hanem a vasmagban is, a ciklikus mágnetizálódás miatt. Ez a maghoz kapcsolódó teljesítményveszteség a "vasveszteség" néven ismert, amely két részből áll:

• Hysteresis veszteség

• Vízszintes áramkörök vesztesége

A hysteresis veszteség a vasmag mágnetizálódási folyamatában jelentkező mágneses hysteresis jelenséghez köthető. A veszteség nagysága arányos a hysteresis hurokban bezárt területtel. A szilíciumvas szűk hysteresis hurokot alkot, ami kevesebb hysteresis veszteséghez és jelentősen csökkentett melegedéshez vezet.

Feltételezve ezeket az előnyöket, miért nem használnak egyszerűen egy szilíciumvas blokkot a maghoz? Miért feldolgozzák azt vékony lapokká?

A válasz az, hogy csökkentsék a második típusú vasveszteséget – a vízszintes áramkörök veszteségét.

Ahogy korábban említettük, a váltakozó mágneses flukstusz indukálja a vízszintes áramköröket a magban. A minőségi áramok minimalizálása érdekében a transzformátormagokat izolált, rövid szilíciumvaslapokból építik fel, amelyeket egymásra helyeznek. Ez a tervezés a vízszintes áramokat szűk, hosszú útvonalakra korlátozza, amelyek kisebb keretszeletekkel rendelkeznek, így növelve az elektrikai ellenállást a folyamútartományban. Emellett a szilícium hozzáadása az ötvözetbe növeli az anyag elektromos ellenállását, tovább csökkentve a vízszintes áramkörök formálódását.

Általában a transzformátormagoknál 0,35 mm vastagságú hűtőhordott szilíciumvaslapokat használnak. A szükséges magméret alapján ezeket a lapokat hosszú sávokba vágják, majd "日" (dupla-ablak) vagy egyablakos konfigurációban helyezik egymásra.

Elméletileg, minél vékonyabb a lap és minél szűkebb a sávok, annál kisebb a vízszintes áramkörök vesztesége – ami alacsonyabb hőmérséklet-emelkedést és csökkent anyaghasználatot eredményez. Azonban a gyakorlatban a tervezők nem pusztán a vízszintes áramok minimalizálására optimalizálnak. Nagyon vékony vagy szűk sávok használata jelentősen növelné a gyártási időt és a munkaigényt, miközben csökkentené a mag hatásos keretszétét. Tehát, amikor szilíciumvaslapokat készítenek, a mérnökök figyelembe kell venniük a technikai teljesítményt, a gyártási hatékonyságot és a költségeket, hogy megtalálják a legoptimálisabb méreteket.