Funksies en klassifikasie van transformatorkerne

1. Funksies van Transformator Cores

Praktiese transformators werk altyd onder wisselstroom (AC) toestande. Kragverliese vind nie net in die weerstand van die windings plaas nie, maar ook in die kern as gevolg van AC-magnetisering. Daar word algemeen na die kragverlies binne die kern verwys as 'ysterverlies' (of kernverlies), wat deur twee hooffaktore veroorsaak word: 'histereseverlies' en 'wervelstroomverlies.' Histereseverlies is die energie wat tydens die magnetiseringsproses verdryf word as gevolg van die histerese-verskynsel. Die grootte van hierdie verlies is eweredig aan die area wat deur die materiaal se histerese lus omring word. Omdat silikonstaal 'n smal histerese-lus het, verminder die gebruik daarvan as die kernmateriaal histereseverlies aansienlik en verminder hitte-opwekking aansienlik.

Aangesien silikonstaal hierdie voordele inhou, hoekom word die kern nie van 'n soliede blok silikonstaal gemaak nie, maar eerder in dun velle verwerk? Dit is omdat 'n gelamineerde kern 'n ander soort ysterverlies verminder - werwelstroomverlies. Tydens werking genereer die wisselstroom in die windings 'n wisselende magnetiese vloed. Hierdie veranderende magnetiese vloed induseer strome binne die kern. Hierdie geïnduseerde strome sirkuleer in vlakke loodreg op die rigting van die magnetiese vloed en word dus werwelstrome genoem. Wervelstroomverlies veroorsaak ook dat die kern warm word. Om hierdie verlies te minimaliseer, word die transformatorkern gebou deur silikonstaalplate te stapel wat van mekaar geïsoleer is. Dit dwing die werwelstrome om deur nou lusse met 'n kleiner deursnee-area te vloei, waardeur die elektriese weerstand van die werwelstroompad verhoog word. Daarbenewens verhoog die silikon in die staal die materiaal se elektriese weerstand, wat verder help om wervelstrome te verminder. Vir transformatorkerne word gewoonlik 0,35 mm dik koudgewalste silikonstaalplate gekies. Hulle word in reghoekige stroke gesny volgens die vereiste kernafmetings en dan gestapel om 'n 'figuur-agt' of reghoekige raamvorm te vorm. In teorie, hoe dunner die silikonstaalplate en hoe smaller die stroke, hoe beter is die effek om werwelstrome te verminder. Dit verminder nie net werwelstroomverlies en verlaag die temperatuurstyging nie, maar bespaar ook materiaal. In werklike vervaardiging is hierdie gunstige faktore egter nie die enigste oorwegings nie. Om die velle te dun en smal te maak, sal arbeidsure aansienlik verhoog en die effektiewe deursnee-area van die kern verminder. Daarom, wanneer silikonstaal kerne vervaardig word, moet 'n mens die voor- en nadele op grond van spesifieke omstandighede weeg om die optimale afmetings te kies.

Transformators word vervaardig op grond van die beginsel van elektromagnetiese induksie. Twee wikkelings word om 'n geslote kernledemaat gewikkel: die primêre wikkeling en die sekondêre wikkeling. Wanneer 'n WS-spanning aan die primêre winding toegepas word, vloei 'n wisselstroom daardeur, wat 'n magnetomotoriese krag (MMF) tot stand bring. Onder die invloed van hierdie MMF word 'n afwisselende hoofmagnetiese vloed in die kern gegenereer. Hierdie hoof magnetiese vloed gaan deur en verbind beide die primêre en sekondêre windings. As gevolg van elektromagnetiese induksie word elektromotoriese kragte (EMK) in beide windings opgewek. Die rede waarom dit spanning kan verhoog of verlaag, word deur Lenz se wet verduidelik: die magnetiese vloed wat deur die geïnduseerde stroom gegenereer word, is altyd teen die verandering in die oorspronklike magnetiese vloed. Wanneer die oorspronklike magnetiese vloed toeneem, staan ​​die magnetiese vloed wat deur die geïnduseerde stroom geproduseer word dit teen. Met ander woorde, die geïnduseerde magnetiese vloed in die sekondêre wikkeling is teenoorgesteld aan die hoof magnetiese vloed wat deur die primêre wikkeling geproduseer word, wat lei tot 'n laer-vlak wisselspanning oor die sekondêre wikkeling. Die kern dien dus as die magnetiese stroombaan van die transformator, terwyl die windings die elektriese stroombaan daarvan uitmaak.

2. Klassifikasie van transformatorkernkonfigurasies

Dop-tipe en kern-tipe kerne

Die deel van die kern waarom die windings gewikkel word, word die 'kern-ledemaat' genoem, terwyl die deel wat nie wikkelings het nie, maar slegs as 'n magnetiese pad dien, die 'juk' genoem word. Daar word na 'n kern verwys as 'dop-tipe' wanneer die kern die wikkelings omring, en 'kern-tipe' wanneer die wikkelings die kernbeen omring. Dop-tipe en kern-tipe konfigurasies het elk hul eiesoortige kenmerke, maar die vervaardigingsprosesse wat hulle dikteer, verskil aansienlik. Sodra 'n spesifieke struktuur gekies is, is dit moeilik om na 'n ander oor te skakel. In China gebruik die meeste transformatorkerne 'n gestapelde kerntipe ontwerp.

Silikonstaalplate word gebruik vir lae-frekwensie transformators en kom in verskeie tipes. Gebaseer op die vervaardigingsproses, kan hulle verdeel word in:
A: Uitgloei (swart velle)
N: Nie-uitgloei (wit velle)

Op grond van hul vorm, kan hulle geklassifiseer word in: EI-tipe, UI-tipe, C-tipe en Vierkantige (Mond)-tipe.

Vierkantige silikonstaalplate word algemeen in hoëkragtransformators gebruik. Hulle bied uitstekende isolasieprestasie, gemak van hitteafvoer en 'n kort magnetiese pad. Hulle word hoofsaaklik gebruik vir transformators met kraggraderings bo 500–1000 W en hoëkragtransformators. 'n Stel silikonstaalplate wat uit twee C-tipe plate bestaan, word 'n CD-tipe kern genoem. Vir kragtransformators gemaak met CD-tipe velle, onder dieselfde deursnee-area, hoe hoër die venster, hoe groter is die transformator se kragkapasiteit. Aangesien spoele afsonderlik aan beide kante van die kern geïnstalleer kan word, kan die aantal spoelwindings oor twee klosse versprei word, wat lei tot 'n korter gemiddelde draailengte per klos en verminderde koperverlies. Verder, as twee simmetriese spoele op aparte spoele gewikkel word, kan perfekte simmetrie verkry word.

'n Stel silikonstaalplate wat uit vier C-tipe plate bestaan, word 'n ED-tipe kern genoem. Transformators gemaak met ED-tipe kerns het 'n plat, wye profiel. Onder dieselfde kraggradering is ED-tipe transformators korter en breër as CD-tipe transformators. Omdat die spoele in die middel van die silikonstaalplate geïnstalleer is met 'n eksterne magnetiese pad, vertoon hulle lae lekkasievloed en minimale inmenging met omliggende komponente. Alle spoele word egter op 'n enkele dik klos gewikkel, wat 'n langer gemiddelde draailengte en groter koperverlies tot gevolg het.

C-tipe kerns bied uitstekende werkverrigting, wat lei tot transformators wat kompak, liggewig en hoogs doeltreffend is. Vanuit 'n samestellingsperspektief benodig C-tipe kerns baie min onderdele en het 'n hoë veelsydigheid, wat lei tot hoë produksiedoeltreffendheid. Die bewerkingsproses vir C-tipe silikonstaalplate is egter kompleks en vereis gespesialiseerde toerusting, wat hul huidige koste relatief hoog maak.

E-tipe silikonstaalplate, ook bekend as doptipe of figuur-agtvelle, het die primêre voordeel dat hulle 'n enkele klos vir beide primêre en sekondêre windings deel, wat 'n hoë vensterspasiefaktor oplewer (Spasiefaktor Km: die verhouding van die netto deursnee-area van die koperdraad tot die vensterarea). Die silikonstaalplate vorm 'n beskermende dop om die windings, wat meganiese skade voorkom. Hulle bied ook 'n groot hitte-afvoer area en verminder magnetiese veld verspreiding. Hulle vertoon egter hoër lekkasie-induktansie tussen die primêre en sekondêre windings en groter vatbaarheid vir eksterne magnetiese interferensie. Verder, as gevolg van die langer gemiddelde omtrek van die windings, benodig E-tipe transformators meer koperdraad vir dieselfde aantal draaie en kern-deursnee-area.

Algemene diktes vir silikonstaalplate is 0,35 mm en 0,5 mm. Daar is twee monteermetodes vir silikonstaalplate: invleg en kolfstapeling. Die invlegmetode wissel die oop punte van die velle aan teenoorgestelde kante af. Hierdie metode is meer vervelig, maar lei tot kleiner luggapings en laer magnetiese reluksie, wat voordelig is vir die verhoging van magnetiese vloed; daarom word dit wyd in kragtransformators gebruik. Die kolfstapelmetode word algemeen gebruik in toepassings met gelykstroom (DC). Om versadiging veroorsaak deur GS-stroom te voorkom, moet 'n luggaping tussen die silikonstaalplate gelaat word. In hierdie metode word E-velle en I-velle aan teenoorgestelde kante geplaas, en die luggaping tussen hulle kan verstel word met behulp van papierskyfies.

3. Coil Core Tipes

Dit word in drie tipes verdeel:
A. TOROIDALE KERN: Gemaak deur O-tipe laminerings te stapel of deur silikonstaalplate te wikkel. Dit is baie moeilik om draad op hierdie tipe kern te wikkel.
B. STAAFKERN: 'n Staafvormige ysterkern.
C. DROMKERN: 'n Tromvormige ysterkern.

4. Klassifikasie van transformatorkernmateriale

1. Hoëfrekwensie-kategorie: Ferrietkern
Ferrietkerne word in hoëfrekwensietransformators gebruik. Hulle is keramiekmagnete met 'n spinel-kristallyne struktuur, saamgestel uit ysteroksied en ander tweewaardige metaalverbindings, soos kFe₂O₄ (waar k ander metale voorstel). Tans algemeen gebruikte metale sluit in mangaan (Mn), sink (Zn), nikkel (Ni), magnesium (Mg) en koper (Cu). Algemene kombinasies sluit in die Mangaan-Sink (MnZn) reeks, Nikkel-Sink (NiZn) reeks, en Magnesium-Sink (MgZn) reeks. Hierdie materiale beskik oor hoë deurlaatbaarheid en impedansie-eienskappe, met 'n bedryfsfrekwensiereeks van 1 kHz tot meer as 200 kHz.
Ferrietkernfrekwensiereeks: 18 kHz tot meer as 1 MHz.

2. Laefrekwensie-kategorie: Silikonstaalplate en amorfe legerings
Silikonstaalkernfrekwensiereeks: 5 Hz tot 1 kHz.
Transformators wat silikonstaal gebruik, werk tipies teen 50 Hz. Wat doeltreffendheid betref, kan 'n effens hoër frekwensie egter beter resultate lewer, afhangende van die Gauss-gradering van die silikonstaalplaat. Alhoewel oudiofrekwensies bo 20 kHz kan bereik, is dit nie prakties nie. Dit word aanbeveel om teen 50–60 Hz te werk, alhoewel hulle normaalweg binne 'n frekwensiereeks van 50–200 Hz kan funksioneer.
Amorfe kernfrekwensiereeks: 2 kHz tot 13 kHz.