كيف تقلل الصلب السيليكوني من خسارة لب المحول؟
لماذا يتم استخدام صفائح الصلب السيليكوني في مراكز المحولات - تقليل خسارة التيار الدوامي
لماذا نقلل من النوع الآخر من خسارة الحديد - خسارة التيار الدوامي؟
عند تشغيل المحول، يتدفق التيار المتردد عبر ملفاته، مما ينتج عنه تدفق مغناطيسي متردد بشكل متناسب. هذا التدفق المتغير يثير تيارات داخل النواة الحديدية. هذه التيارات المستحثة تدور في مستويات عمودية على اتجاه التدفق المغناطيسي، وتتشكل في حلقات مغلقة - ولذلك تسمى بالتيارات الدوامية. خسائر التيار الدوامي تسبب أيضاً تسخين النواة.
لماذا تصنع مراكز المحولات من صفائح الصلب السيليكوني؟
الصلب السيليكوني - وهو سبيكة من الصلب تحتوي على السيليكون (المعروف أيضًا باسم "السيليكون" أو "Si") بنسبة تتراوح بين 0.8٪ و4.8٪ - يستخدم بشكل شائع لصنع مراكز المحولات. السبب يكمن في قوة النفاذية المغناطيسية للصلب السيليكوني. كمادة مغناطيسية فعالة للغاية، يمكنه إنتاج كثافة تدفق مغناطيسي عالية عند التغذية بالطاقة، مما يسمح بتصنيع المحولات بشكل أكثر ضيقاً.
كما نعلم، تعمل المحولات الحقيقية تحت ظروف التيار المتردد (AC). تحدث الخسائر الطاقوية ليس فقط بسبب مقاومة ملفات التفاف ولكن أيضًا داخل النواة الحديدية بسبب التغذية المغناطيسية الدورية. تُعرف هذه الخسارة المرتبطة بالنواة بـ "خسارة الحديد"، والتي تتكون من مكونين:
خسارة الهستيريزيس
خسارة التيار الدوامي
تنشأ خسارة الهستيريزيس من ظاهرة الهستيريزيس المغناطيسية أثناء عملية التغذية المغناطيسية للنواة. حجم هذه الخسارة يتناسب مع المساحة المحاطة بدورة الهستيريزيس للمادة. للصلب السيليكوني دورة هستيريزيس ضيقة، مما يؤدي إلى خسارة هستيريزيس أقل وتقليل كبير في الحرارة.
مع هذه المزايا، لماذا لا يتم استخدام كتلة صلبة من الصلب السيليكوني للنواة؟ لماذا يتم معالجته إلى صفائح رقيقة بدلاً من ذلك؟
الإجابة هي لتقليل المكون الثاني من خسارة الحديد - خسارة التيار الدوامي.
كما ذُكر سابقًا، يثير التدفق المغناطيسي المتردد التيارات الدوامية في النواة. لتقليل هذه التيارات، يتم تصنيع مراكز المحولات من صفائح رقيقة من الصلب السيليكوني التي يتم عزلها عن بعضها البعض ورصها معاً. هذا التصميم يحصر التيارات الدوامية في مسارات ضيقة وممتدة ذات مساحات مقطعية أصغر، مما يزيد من المقاومة الكهربائية على طول مسارات تدفقها. بالإضافة إلى ذلك، يزيد إضافة السيليكون إلى السبيكة من مقاومة المادة الكهربائية نفسها، مما يقمع بشكل أكبر تكوين التيار الدوامي.
عادةً ما تستخدم مراكز المحولات صفائح من الصلب السيليكوني مضغوط بارد بسماكة حوالي 0.35 مم. بناءً على الأبعاد المطلوبة للنواة، يتم قص هذه الصفائح إلى شرائط طويلة ثم رصها في تشكيلات "日" (ثنائي النافذة) أو نافذة واحدة.
نظرياً، كلما كانت الصفائح أرق والشرائط أضيق، تكون خسارة التيار الدوامي أصغر - مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة وترشيد استهلاك المواد. ومع ذلك، في التصنيع الفعلي، لا يقوم المصممون بتحسين الأمور بناءً فقط على تقليل التيار الدوامي. استخدام الشرائط الرقيقة جداً أو الضيقة جداً سيزيد بشكل كبير من وقت الإنتاج والعمالة بينما يقلل من المساحة المقطعية الفعالة للنواة. لذلك، عند تصنيع مراكز الصلب السيليكوني، يجب على المهندسين الموازنة بعناية بين الأداء التقني وكفاءة التصنيع والتكلفة لاختيار الأبعاد المثلى.
