วิธีที่เหล็กซิลิคอนลดการสูญเสียแกนแปลงไฟฟ้า

ทำไมแผ่นเหล็กซิลิคอนถึงใช้ในแกนหม้อแปลง – การลดการสูญเสียจากกระแสน้ำวน

ทำไมต้องลดการสูญเสียประเภทอื่นของเหล็ก—การสูญเสียจากกระแสน้ำวน?
เมื่อหม้อแปลงทำงานกระแสไฟฟ้าสลับจะไหลผ่านขดลวด ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย ฟลักซ์ที่เปลี่ยนแปลงนี้จะเหนี่ยวนำกระแสภายในแกนเหล็ก กระแสที่ถูกเหนี่ยวนำนี้จะหมุนเวียนในระนาบที่ตั้งฉากกับทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็ก ทำให้เกิดวงจรป้อนกลับ—ดังนั้นจึงเรียกว่ากระแสน้ำวน การสูญเสียจากกระแสน้ำวนยังทำให้แกนร้อนขึ้นด้วย

ทำไมแกนหม้อแปลงถึงทำจากแผ่นเหล็กซิลิคอน?

เหล็กซิลิคอน—เหล็กผสมที่มีซิลิคอน (หรือ "Si") อยู่ระหว่าง 0.8% ถึง 4.8%—มักใช้สำหรับแกนหม้อแปลง เหตุผลอยู่ที่ความสามารถในการนำแม่เหล็กของเหล็กซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุมีประสิทธิภาพสูง สามารถสร้างความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กสูงเมื่อได้รับพลังงาน ทำให้หม้อแปลงสามารถทำให้มีขนาดเล็กลงได้

ตามที่เราทราบ หม้อแปลงในโลกจริงทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมของกระแสไฟฟ้าสลับ การสูญเสียกำลังเกิดขึ้นไม่เพียงแค่จากการต้านทานในขดลวด แต่ยังเกิดขึ้นภายในแกนเหล็กเนื่องจากการแม่เหล็กสลับ ส่วนการสูญเสียกำลังที่เกิดจากแกนนี้เรียกว่า "การสูญเสียเหล็ก" ซึ่งประกอบด้วยสองส่วน:

• การสูญเสียจากฮิสเตอริส

• การสูญเสียจากกระแสน้ำวน

การสูญเสียจากฮิสเตอริสเกิดจากปรากฏการณ์ฮิสเตอริสของแกนในกระบวนการแม่เหล็ก ส่วนใหญ่ของการสูญเสียนี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับพื้นที่ที่ล้อมรอบวงจรฮิสเตอริสของวัสดุ เหล็กซิลิคอนมีวงจรฮิสเตอริสที่แคบ ทำให้มีการสูญเสียฮิสเตอริสน้อยและลดการสะสมความร้อนลงอย่างมาก

ด้วยข้อดีเหล่านี้ ทำไมไม่ใช้ก้อนเหล็กซิลิคอนที่เป็นของแข็งสำหรับแกน? ทำไมต้องทำเป็นแผ่นบางๆ แทน?

คำตอบคือเพื่อลดส่วนที่สองของการสูญเสียเหล็ก—การสูญเสียจากกระแสน้ำวน

เช่นเดียวกับที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำกระแสน้ำวนในแกน เพื่อลดกระแสน้ำวนเหล่านี้ แกนหม้อแปลงจะถูกสร้างจากแผ่นเหล็กซิลิคอนบางๆ ที่ถูกแยกออกจากกันด้วยฉนวนแล้วซ้อนกัน การออกแบบนี้จำกัดกระแสน้ำวนให้เคลื่อนที่ในเส้นทางที่แคบและยาว มีพื้นที่ตัดขวางที่เล็ก ทำให้เพิ่มความต้านทานไฟฟ้าตามเส้นทางการไหล นอกจากนี้ การเติมซิลิคอนในวัสดุมีผลทำให้ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเองเพิ่มขึ้น ทำให้ยับยั้งการเกิดกระแสน้ำวน

โดยทั่วไป แกนหม้อแปลงใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนที่ม้วนเย็นประมาณ 0.35 มม. ตามขนาดที่ต้องการ แผ่นเหล่านี้จะถูกตัดเป็นแถวยาวแล้วซ้อนกันในรูปแบบ "日" (สองช่อง) หรือช่องเดียว

ในทฤษฎี แผ่นที่บางและแถบที่แคบ จะทำให้การสูญเสียจากกระแสน้ำวนน้อยลง—ทำให้อุณหภูมิเพิ่มน้อยลงและใช้วัสดุน้อยลง แต่ในกระบวนการผลิตจริง ผู้ออกแบบไม่ได้ปรับแต่งเพียงเพื่อลดกระแสน้ำวน การใช้แผ่นที่บางหรือแถบที่แคบมากเกินไปจะเพิ่มเวลาและแรงงานในการผลิต และลดพื้นที่ตัดขวางที่มีประสิทธิภาพของแกน ดังนั้น เมื่อผลิตแกนเหล็กซิลิคอน วิศวกรต้องคำนึงถึงสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางเทคนิค ประสิทธิภาพในการผลิต และต้นทุน เพื่อเลือกขนาดที่เหมาะสม