ট্রান্সফরমার কোরের কাজ এবং শ্রেণীবিভাগ

1. ট্রান্সফরমার কোরের কাজ

ব্যবহারিক ট্রান্সফরমার সবসময় অল্টারনেটিং কারেন্ট (এসি) অবস্থার অধীনে কাজ করে। বিদ্যুতের ক্ষতি কেবল উইন্ডিংগুলির প্রতিরোধের ক্ষেত্রেই নয়, এসি চৌম্বককরণের কারণে মূলেও ঘটে। কোরের মধ্যে শক্তি ক্ষয়কে সাধারণত 'আয়রন লস' (বা কোর লস) বলা হয়, যা দুটি প্রধান কারণের কারণে হয়: 'হিস্টেরেসিস লস' এবং 'এডি কারেন্ট লস'। হিস্টেরেসিস লস হল হিস্টেরেসিস ঘটনার কারণে চুম্বককরণ প্রক্রিয়ার সময় নষ্ট হওয়া শক্তি। এই ক্ষতির মাত্রা উপাদানের হিস্টেরেসিস লুপ দ্বারা আবদ্ধ এলাকার সমানুপাতিক। কারণ সিলিকন স্টিলের একটি সংকীর্ণ হিস্টেরেসিস লুপ রয়েছে, এটিকে মূল উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা উল্লেখযোগ্যভাবে হিস্টেরেসিস ক্ষতি হ্রাস করে এবং তাপ উত্পাদনকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।

যেহেতু সিলিকন স্টিলের এই সুবিধা রয়েছে, কেন সিলিকন স্টিলের শক্ত ব্লক থেকে কোর তৈরি করা হয় না, বরং পাতলা শীটে প্রক্রিয়াজাত করা হয়? এর কারণ হল একটি স্তরিত কোর অন্য ধরনের আয়রন ক্ষয় কমিয়ে দেয়—এডি কারেন্ট লস। অপারেশন চলাকালীন, উইন্ডিংগুলিতে বিকল্প স্রোত একটি বিকল্প চৌম্বকীয় প্রবাহ তৈরি করে। এই পরিবর্তনশীল চৌম্বক প্রবাহ মূলের মধ্যে স্রোতকে প্ররোচিত করে। এই প্ররোচিত স্রোতগুলি চৌম্বকীয় প্রবাহের দিকে লম্বভাবে সমতলগুলিতে সঞ্চালিত হয় এবং তাই একে এডি স্রোত বলা হয়। এডি কারেন্ট লসের কারণেও কোর গরম হয়ে যায়। এই ক্ষতি কমাতে, ট্রান্সফরমার কোর সিলিকন ইস্পাত শীট স্ট্যাকিং দ্বারা নির্মিত হয় যা একে অপরের থেকে অন্তরণ করা হয়। এটি এডি স্রোতকে একটি ছোট ক্রস-বিভাগীয় এলাকা সহ সরু লুপের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে বাধ্য করে, যার ফলে এডি কারেন্ট পথের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। উপরন্তু, ইস্পাতের সিলিকন উপাদানটির বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায়, যা আরও এডি স্রোত কমাতে সাহায্য করে। ট্রান্সফরমার কোরের জন্য, 0.35 মিমি পুরু কোল্ড-রোল্ড সিলিকন ইস্পাত শীট সাধারণত নির্বাচন করা হয়। এগুলি প্রয়োজনীয় মূল মাত্রা অনুযায়ী আয়তক্ষেত্রাকার স্ট্রিপগুলিতে কাটা হয় এবং তারপর একটি 'চিত্র-আট' বা আয়তক্ষেত্রাকার ফ্রেমের আকার তৈরি করার জন্য স্ট্যাক করা হয়। তাত্ত্বিকভাবে, সিলিকন স্টিলের শীট যত পাতলা হবে এবং স্ট্রিপগুলি যত সরু হবে, এডি স্রোত কমাতে তত ভাল প্রভাব পড়বে। এটি শুধুমাত্র এডি কারেন্টের ক্ষতি কমায় না এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধি কমায় কিন্তু উপাদান সংরক্ষণ করে। যাইহোক, প্রকৃত উৎপাদনে, এই অনুকূল কারণগুলি শুধুমাত্র বিবেচ্য নয়। শীটগুলিকে খুব পাতলা এবং সংকীর্ণ করা শ্রমঘণ্টা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করবে এবং কোরের কার্যকর ক্রস-বিভাগীয় এলাকা হ্রাস করবে। অতএব, সিলিকন স্টিলের কোর তৈরি করার সময়, সর্বোত্তম মাত্রা নির্বাচন করার জন্য নির্দিষ্ট পরিস্থিতির উপর ভিত্তি করে একজনকে অবশ্যই ভাল এবং অসুবিধাগুলি ওজন করতে হবে।

ট্রান্সফরমারগুলি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন নীতির উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়। একটি বন্ধ কোর অঙ্গের চারপাশে দুটি উইন্ডিং ক্ষতবিক্ষত হয়: প্রাথমিক উইন্ডিং এবং সেকেন্ডারি উইন্ডিং। যখন একটি এসি ভোল্টেজ প্রাথমিক ওয়াইন্ডিং-এ প্রয়োগ করা হয়, তখন এর মধ্য দিয়ে একটি বিকল্প কারেন্ট প্রবাহিত হয়, যা একটি ম্যাগনেটোমোটিভ ফোর্স (MMF) স্থাপন করে। এই MMF-এর প্রভাবে, মূলে একটি বিকল্প প্রধান চৌম্বকীয় প্রবাহ উৎপন্ন হয়। এই প্রধান চৌম্বকীয় প্রবাহ প্রাথমিক এবং গৌণ উভয় উইন্ডিংগুলির মধ্য দিয়ে যায় এবং লিঙ্ক করে। ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক আবেশের কারণে, উভয় উইন্ডিংয়ে ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (ইএমএফ) তৈরি হয়। এটি যে কারণে ভোল্টেজ বাড়তে পারে বা ধাপে ধাপে যেতে পারে তা লেঞ্জের আইন দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে: প্ররোচিত কারেন্ট দ্বারা উত্পন্ন চৌম্বকীয় প্রবাহ সর্বদা মূল চৌম্বক প্রবাহের পরিবর্তনের বিরোধিতা করে। যখন মূল চৌম্বক প্রবাহ বৃদ্ধি পায়, প্ররোচিত কারেন্ট দ্বারা উত্পাদিত চৌম্বক প্রবাহ এটির বিরোধিতা করে। অন্য কথায়, সেকেন্ডারি ওয়াইন্ডিংয়ে প্ররোচিত চৌম্বক প্রবাহ প্রাথমিক ওয়াইন্ডিং দ্বারা উত্পাদিত প্রধান চৌম্বকীয় প্রবাহের বিপরীত, যার ফলে সেকেন্ডারি উইন্ডিং জুড়ে একটি নিম্ন-স্তরের বিকল্প ভোল্টেজ তৈরি হয়। এইভাবে, কোরটি ট্রান্সফরমারের চৌম্বকীয় সার্কিট হিসাবে কাজ করে, যখন উইন্ডিংগুলি তার বৈদ্যুতিক সার্কিট গঠন করে।

2. ট্রান্সফরমার কোর কনফিগারেশনের শ্রেণীবিভাগ

শেল-টাইপ এবং কোর-টাইপ কোর

কোরের যে অংশের চারপাশে উইন্ডিংগুলি ক্ষত হয় তাকে 'কোর লিম্ব' বলা হয়, যখন যে অংশটিতে উইন্ডিং নেই কিন্তু শুধুমাত্র একটি চৌম্বক পথ হিসাবে কাজ করে তাকে 'জোয়াল' বলা হয়। একটি কোর যখন উইন্ডিংকে ঘিরে থাকে তখন একটি কোরকে 'শেল-টাইপ' বলা হয়, এবং 'কোর-টাইপ' যখন উইন্ডিংকে ঘিরে থাকে। শেল-টাইপ এবং কোর-টাইপ কনফিগারেশনের প্রত্যেকটিরই স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে তারা যে উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলি নির্দেশ করে তা উল্লেখযোগ্যভাবে আলাদা। একবার একটি নির্দিষ্ট কাঠামো নির্বাচন করা হলে, অন্যটিতে স্যুইচ করা কঠিন। চীনে, বেশিরভাগ ট্রান্সফরমার কোর একটি স্ট্যাকড কোর-টাইপ ডিজাইন ব্যবহার করে।

সিলিকন ইস্পাত শীট কম ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমারের জন্য ব্যবহৃত হয় এবং বিভিন্ন ধরনের আসে। উত্পাদন প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, এগুলিকে ভাগ করা যেতে পারে:
A: অ্যানিলড (কালো শীট)
N: নন-এননিলড (সাদা শীট)

তাদের আকৃতির উপর ভিত্তি করে, তাদের শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: EI-টাইপ, UI-টাইপ, সি-টাইপ এবং স্কয়ার (মুখ)-টাইপ।

স্কয়ার-টাইপ সিলিকন ইস্পাত শীট সাধারণত উচ্চ-শক্তি ট্রান্সফরমারে ব্যবহৃত হয়। তারা চমৎকার নিরোধক কর্মক্ষমতা, তাপ অপচয় সহজ, এবং একটি ছোট চৌম্বক পথ অফার করে। এগুলি প্রাথমিকভাবে 500-1000 ওয়াটের উপরে পাওয়ার রেটিং সহ ট্রান্সফরমার এবং উচ্চ-পাওয়ার ট্রান্সফরমারগুলির জন্য ব্যবহৃত হয়। দুটি সি-টাইপ শীট দ্বারা গঠিত সিলিকন ইস্পাত শীটগুলির একটি সেটকে সিডি-টাইপ কোর বলা হয়। সিডি-টাইপ শীট দিয়ে তৈরি পাওয়ার ট্রান্সফরমারগুলির জন্য, একই ক্রস-বিভাগীয় এলাকার অধীনে, উইন্ডো যত বেশি হবে, ট্রান্সফরমারের পাওয়ার ক্ষমতা তত বেশি হবে। যেহেতু কয়েলগুলি কোরের উভয় পাশে আলাদাভাবে ইনস্টল করা যেতে পারে, তাই কয়েল বাঁকগুলির সংখ্যা দুটি ববিন জুড়ে বিতরণ করা যেতে পারে, যার ফলে প্রতি ববিনের গড় টার্ন দৈর্ঘ্য কম হয় এবং তামার ক্ষয় হ্রাস পায়। তদ্ব্যতীত, যদি দুটি প্রতিসাম্য কয়েল পৃথক ববিনে ক্ষত হয়, তাহলে নিখুঁত প্রতিসাম্য অর্জন করা যেতে পারে।

চারটি সি-টাইপ শীট দ্বারা গঠিত সিলিকন ইস্পাত শীটগুলির একটি সেটকে ইডি-টাইপ কোর বলা হয়। ED-টাইপ কোর দিয়ে তৈরি ট্রান্সফরমারগুলির একটি সমতল, প্রশস্ত প্রোফাইল থাকে। একই পাওয়ার রেটিং এর অধীনে, ইডি-টাইপ ট্রান্সফরমারগুলি সিডি-টাইপ ট্রান্সফরমারগুলির চেয়ে ছোট এবং চওড়া। যেহেতু কয়েলগুলি সিলিকন স্টিল শীটগুলির কেন্দ্রে একটি বাহ্যিক চৌম্বক পথ সহ ইনস্টল করা থাকে, তাই তারা কম ফুটো প্রবাহ এবং পার্শ্ববর্তী উপাদানগুলিতে ন্যূনতম হস্তক্ষেপ প্রদর্শন করে। যাইহোক, সমস্ত কয়েল একটি একক পুরু ববিনে ক্ষতবিক্ষত হয়, যার ফলে গড় ঘোরার দৈর্ঘ্য দীর্ঘ হয় এবং তামার ক্ষতি হয়।

সি-টাইপ কোরগুলি উচ্চতর কর্মক্ষমতা প্রদান করে, যার ফলে ট্রান্সফরমারগুলি কমপ্যাক্ট, লাইটওয়েট এবং অত্যন্ত দক্ষ। সমাবেশের দৃষ্টিকোণ থেকে, সি-টাইপ কোরগুলির খুব কম অংশের প্রয়োজন হয় এবং উচ্চ বহুমুখিতা থাকে, যা উচ্চ উত্পাদন দক্ষতার দিকে পরিচালিত করে। যাইহোক, সি-টাইপ সিলিকন ইস্পাত শীটগুলির জন্য মেশিনিং প্রক্রিয়া জটিল এবং বিশেষ সরঞ্জামের প্রয়োজন, তাদের বর্তমান খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি।

ই-টাইপ সিলিকন স্টিল শীট, যা শেল-টাইপ বা ফিগার-এইট শীট নামেও পরিচিত, প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক উভয় উইন্ডিংয়ের জন্য একটি একক ববিন ভাগ করে নেওয়ার প্রাথমিক সুবিধা রয়েছে, যা একটি উচ্চ উইন্ডো স্পেস ফ্যাক্টর (স্পেস ফ্যাক্টর কিমি: তামার তারের নেট ক্রস-বিভাগীয় এলাকার অনুপাত এবং উইন্ডো এলাকায়)। সিলিকন ইস্পাত শীট উইন্ডিংগুলির চারপাশে একটি প্রতিরক্ষামূলক শেল তৈরি করে, যা যান্ত্রিক ক্ষতি প্রতিরোধ করে। তারা একটি বড় তাপ অপচয় এলাকা প্রদান করে এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের বিচ্ছুরণ কমিয়ে দেয়। যাইহোক, তারা প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক উইন্ডিংগুলির মধ্যে উচ্চতর ফুটো আবেশ প্রদর্শন করে এবং বহিরাগত চৌম্বকীয় হস্তক্ষেপের জন্য বেশি সংবেদনশীলতা প্রদর্শন করে। অতিরিক্তভাবে, উইন্ডিংগুলির দীর্ঘ গড় পরিধির কারণে, ই-টাইপ ট্রান্সফরমারগুলিতে একই সংখ্যক বাঁক এবং মূল ক্রস-বিভাগীয় এলাকার জন্য আরও তামার তারের প্রয়োজন হয়।

সিলিকন ইস্পাত শীটগুলির জন্য সাধারণ বেধগুলি হল 0.35 মিমি এবং 0.5 মিমি। সিলিকন স্টিল শীটগুলির জন্য দুটি সমাবেশ পদ্ধতি রয়েছে: ইন্টারলিভিং এবং বাট-স্ট্যাকিং। ইন্টারলিভিং পদ্ধতিটি বিপরীত দিকের শীটের খোলা প্রান্তগুলিকে বিকল্প করে। এই পদ্ধতিটি আরও ক্লান্তিকর কিন্তু এর ফলে বায়ুর ফাঁক কম হয় এবং চৌম্বকীয় অনিচ্ছা কম হয়, যা চৌম্বকীয় প্রবাহ বৃদ্ধির জন্য উপকারী; অতএব, এটি পাওয়ার ট্রান্সফরমারগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বাট-স্ট্যাকিং পদ্ধতিটি সাধারণত সরাসরি কারেন্ট (ডিসি) সহ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়। ডিসি কারেন্ট দ্বারা সৃষ্ট স্যাচুরেশন প্রতিরোধ করতে, সিলিকন ইস্পাত শীটগুলির মধ্যে একটি বায়ু ফাঁক রেখে যেতে হবে। এই পদ্ধতিতে, ই-শীট এবং আই-শীটগুলি বিপরীত দিকে স্থাপন করা হয় এবং তাদের মধ্যে বাতাসের ফাঁক কাগজের শিম ব্যবহার করে সামঞ্জস্য করা যায়।

3. কুণ্ডলী কোর প্রকার

এগুলিকে তিন প্রকারে বিভক্ত করা হয়েছে:
A. টোরোইডাল কোর: ও-টাইপ ল্যামিনেশন স্ট্যাকিং বা সিলিকন স্টিল শীট ঘুরিয়ে দিয়ে তৈরি। এই ধরনের কোরের উপর তারের ঘুরানো খুব কঠিন।
B. রড কোর: একটি রড-আকৃতির লোহার কোর।
C. ড্রাম কোর: একটি ড্রাম-আকৃতির লোহার কোর।

4. ট্রান্সফরমার মূল উপাদানের শ্রেণীবিভাগ

1. উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগ: ফেরাইট কোর
উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সফরমারগুলিতে ফেরাইট কোর ব্যবহার করা হয়। এগুলি একটি স্পাইনেল স্ফটিক কাঠামো সহ সিরামিক চুম্বক, যা আয়রন অক্সাইড এবং অন্যান্য দ্বিভূক্ত ধাতব যৌগ দ্বারা গঠিত, যেমন kFe₂O₄ (যেখানে k অন্যান্য ধাতুর প্রতিনিধিত্ব করে)। বর্তমানে সাধারণত ব্যবহৃত ধাতুগুলির মধ্যে রয়েছে ম্যাঙ্গানিজ (Mn), দস্তা (Zn), নিকেল (Ni), ম্যাগনেসিয়াম (Mg), এবং তামা (Cu)। সাধারণ সংমিশ্রণগুলির মধ্যে রয়েছে ম্যাঙ্গানিজ-জিঙ্ক (MnZn) সিরিজ, নিকেল-জিঙ্ক (NiZn) সিরিজ এবং ম্যাগনেসিয়াম-জিঙ্ক (MgZn) সিরিজ। এই উপকরণগুলির উচ্চ ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং প্রতিবন্ধকতা বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যার অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি 1 kHz থেকে 200 kHz এর বেশি।
ফেরাইট কোর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা: 18 kHz থেকে 1 MHz এর বেশি।

2. নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি বিভাগ: সিলিকন স্টিল শীট এবং নিরাকার অ্যালয়
সিলিকন ইস্পাত কোর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা: 5 Hz থেকে 1 kHz।
সিলিকন ইস্পাত ব্যবহার করে ট্রান্সফরমারগুলি সাধারণত 50 Hz এ কাজ করে। যাইহোক, দক্ষতার পরিপ্রেক্ষিতে, সিলিকন স্টিল শীটের গাউস রেটিং এর উপর নির্ভর করে, একটি সামান্য উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ভাল ফলাফল দিতে পারে। যদিও অডিও ফ্রিকোয়েন্সি 20 kHz এর উপরে পৌঁছাতে পারে, এটি ব্যবহারিক নয়। এটি 50-60 Hz-এ কাজ করার সুপারিশ করা হয়, যদিও তারা সাধারণত 50-200 Hz এর ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জের মধ্যে কাজ করতে পারে।
নিরাকার কোর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা: 2 kHz থেকে 13 kHz।