Bagaimana Baja Silikon Mengurangi Kerugian Inti Transformator

Mengapa Lembaran Baja Silikon Digunakan dalam Inti Trafo – Mengurangi Kerugian Arus Eddy

Mengapa mengurangi jenis kerugian besi lainnya—kerugian arus eddy?
Saat trafo beroperasi, arus bolak-balik mengalir melalui gulungannya, menghasilkan fluks magnetik yang juga bolak-balik. Fluks ini menginduksi arus di dalam inti besi. Arus-arus yang diinduksi ini beredar dalam bidang yang tegak lurus terhadap arah fluks magnetik, membentuk loop tertutup—maka disebut arus eddy. Kerugian arus eddy juga menyebabkan inti menjadi panas.

Mengapa Inti Trafo Terbuat dari Lembaran Baja Silikon?

Baja silikon—sejenis paduan baja yang mengandung silikon (juga dikenal sebagai "silikon" atau "Si") dengan kandungan silikon antara 0,8% hingga 4,8%—sering digunakan untuk inti trafo. Alasannya terletak pada permeabilitas magnetik baja silikon yang kuat. Sebagai bahan magnetik yang sangat efisien, ia dapat menghasilkan kepadatan fluks magnetik yang tinggi saat diberi energi, memungkinkan trafo dibuat lebih kompak.

Seperti yang kita ketahui, trafo dunia nyata beroperasi dalam kondisi arus bolak-balik (AC). Kerugian daya terjadi tidak hanya karena resistansi pada gulungan, tetapi juga di dalam inti besi karena magnetisasi siklik. Kerugian daya yang terkait dengan inti ini dikenal sebagai "kerugian besi", yang terdiri dari dua komponen:

• Kerugian histeresis

• Kerugian arus eddy

Kerugian histeresis muncul dari fenomena histeresis magnetik selama proses magnetisasi inti. Besarnya kerugian ini sebanding dengan area yang diapit oleh loop histeresis material. Baja silikon memiliki loop histeresis yang sempit, menghasilkan kerugian histeresis yang lebih rendah dan pemanasan yang jauh berkurang.

Dengan adanya keuntungan-keuntungan ini, mengapa tidak menggunakan blok padat baja silikon untuk inti? Mengapa malah diproses menjadi lembaran tipis?

Jawabannya adalah untuk mengurangi komponen kedua dari kerugian besi—kerugian arus eddy.

Seperti yang telah disebutkan, fluks magnetik bolak-balik menginduksi arus eddy di dalam inti. Untuk meminimalkan arus-arus ini, inti trafo dibuat dari lembaran baja silikon tipis yang diisolasi satu sama lain dan ditumpuk bersama. Desain ini membatasi arus eddy ke jalur-jalur yang sempit dan panjang dengan luas penampang yang lebih kecil, sehingga meningkatkan hambatan listrik sepanjang jalurnya. Selain itu, penambahan silikon dalam paduan meningkatkan resistivitas listrik material itu sendiri, lebih lanjut menekan pembentukan arus eddy.

Secara umum, inti trafo menggunakan lembaran baja silikon dingin yang tebalnya sekitar 0,35 mm. Berdasarkan dimensi inti yang diperlukan, lembaran-lembaran ini dipotong menjadi strip panjang dan kemudian ditumpuk dalam konfigurasi "日" (double-window) atau single-window.

Secara teori, semakin tipis lembaran dan semakin sempit strip, semakin kecil kerugian arus eddy—menghasilkan kenaikan suhu yang lebih rendah dan penggunaan material yang lebih sedikit. Namun, dalam manufaktur sebenarnya, desainer tidak hanya mengoptimalkan berdasarkan minimisasi arus eddy. Penggunaan strip yang sangat tipis atau sempit akan sangat meningkatkan waktu produksi dan tenaga kerja sambil mengurangi area penampang efektif inti. Oleh karena itu, saat memproduksi inti baja silikon, insinyur harus dengan hati-hati menyeimbangkan kinerja teknis, efisiensi manufaktur, dan biaya untuk memilih dimensi optimal.