Funkcioj kaj Klasifiko de Transformiloj

1. Funkcioj de Transformaj Kernoj

Praktikaj transformiloj ĉiam funkcias sub alterna kurento (AC) kondiĉoj. Potencoperdoj okazas ne nur en la rezisto de la volvaĵoj sed ankaŭ en la kerno pro AC-magnetigo. La potencperdo ene de la kerno estas ofte referita kiel 'ferperdo' (aŭ kernperdo), kiu estas kaŭzita de du ĉefaj faktoroj: 'histeresisperdo' kaj 'kirla kurentoperdo.' Histerezperdo estas la energio disipita dum la magnetigprocezo pro la histerezfenomeno. La grandeco de tiu perdo estas proporcia al la areo enfermita per la histerezbuklo de la materialo. Ĉar silicioŝtalo havas mallarĝan histerezbuklon, uzi ĝin kiel la kernmaterialon signife reduktas histerezperdon kaj konsiderinde minimumigas varmogeneradon.

Ĉar silicia ŝtalo havas ĉi tiujn avantaĝojn, kial la kerno ne estas farita el solida bloko de silicia ŝtalo, sed anstataŭe prilaborita en maldikaj folioj? Ĉi tio estas ĉar lamenigita kerno reduktas alian specon de ferperdo - kirlflua perdo. Dum operacio, la alterna kurento en la volvaĵoj generas alternan magnetan fluon. Tiu ŝanĝiĝanta magneta fluo induktas fluojn ene de la kerno. Tiuj induktitaj fluoj cirkulas en ebenoj perpendikularaj al la direkto de la magneta fluo kaj tial estas nomitaj kirlofluoj. Kura kurento perdo ankaŭ igas la kernon varmiĝi. Por minimumigi tiun perdon, la transformilkerno estas konstruita stakigante siliciajn ŝtalojn kiuj estas izolitaj unu de la alia. Tio devigas la kirlofluojn flui tra mallarĝaj bukloj kun pli malgranda sekca areo, tiel pliigante la elektran reziston de la kirloflua pado. Aldone, la silicio en la ŝtalo pliigas la elektran resistivecon de la materialo, kiu plue helpas redukti kirlofluojn. Por transformilkernoj, 0.35 mm dikaj malvarme rulitaj siliciaj ŝtaloj estas ĝenerale elektitaj. Ili estas tranĉitaj en rektangulajn striojn laŭ la bezonataj kernaj dimensioj kaj poste stakigitaj por formi 'oka' aŭ rektangulan kadron. En teorio, ju pli maldikaj la siliciaj ŝtalaj folioj kaj des pli mallarĝaj la strioj, des pli bona estas la efiko en reduktado de kirlofluoj. Ĉi tio ne nur reduktas perdon de kurentofluo kaj malaltigas la temperaturon, sed ankaŭ ŝparas materialon. Tamen, en efektiva fabrikado, ĉi tiuj favoraj faktoroj ne estas la solaj konsideroj. Fari la littukojn tro maldikaj kaj mallarĝaj signife pliigus laborhorojn kaj reduktus la efikan sekcan areon de la kerno. Tial, dum fabrikado de silicioŝtalaj kernoj, oni devas pesi la avantaĝojn kaj malavantaĝojn bazitajn sur specifaj cirkonstancoj por elekti la optimumajn dimensiojn.

Transformiloj estas fabrikitaj surbaze de la principo de elektromagneta indukto. Du volvaĵoj estas bobenitaj ĉirkaŭ fermita kernmembro: la primara volvaĵo kaj la sekundara volvaĵo. Kiam AC-tensio estas aplikita al la primara volvaĵo, alterna kurento fluas tra ĝi, establante magnetomotoran forton (MMF). Sub la influo de tiu MMF, alterna ĉefa magneta fluo estas generita en la kerno. Tiu ĉefa magneta fluo pasas tra kaj ligas kaj la primarajn kaj sekundarajn volvaĵojn. Pro elektromagneta indukto, elektromovaj fortoj (EMF) estas generitaj en ambaŭ volvaĵoj. La kialo, ke ĝi povas plialtigi aŭ malpliigi tension, estas klarigita per Leĝo de Lenz: la magneta fluo generita per la induktita kurento ĉiam kontraŭbatalas la ŝanĝon en la origina magneta fluo. Kiam la origina magneta fluo pliiĝas, la magneta fluo produktita de la induktita kurento kontraŭas ĝin. En aliaj vortoj, la induktita magneta fluo en la sekundara volvaĵo estas kontraŭa al la ĉefa magneta fluo produktita per la primara volvaĵo, rezultigante malsupran-nivelan alternan tension trans la sekundara volvaĵo. Tiel, la kerno funkcias kiel la magneta cirkvito de la transformilo, dum la volvaĵoj konsistigas ĝian elektran cirkviton.

2. Klasifiko de Transformaj Kernaj Agordoj

Ŝelo-Tipo kaj Kerno-Tipo Kernoj

La parto de la kerno ĉirkaŭ kiu la volvaĵoj estas bobenitaj estas nomita la 'kernmembro', dum la parto kiu ne havas volvaĵojn sed funkcias nur kiel magneta pado estas nomita la 'jugo'. Kerno estas referita kiel 'ŝel-speco' kiam la kerno ĉirkaŭas la volvaĵojn, kaj 'kern-speco' kiam la volvaĵoj ĉirkaŭas la kernmembron. Ŝel-specaj kaj kern-specaj konfiguracioj ĉiu havas siajn apartajn karakterizaĵojn, sed la produktadprocezoj kiujn ili diktas estas signife malsamaj. Post kiam specifa strukturo estas elektita, estas malfacile ŝanĝi al alia. En Ĉinio, la plej multaj transformilkernoj utiligas staplitan kern-specan dezajnon.

Siliciaj ŝtalaj folioj estas uzataj por malaltfrekvencaj transformiloj kaj venas en diversaj tipoj. Surbaze de la produktadprocezo, ili povas esti dividitaj en:
A: Rekuzita (nigraj folioj)
N: Nerekuzita (blankaj littukoj)

Surbaze de ilia formo, ili povas esti klasifikitaj en: EI-speco, UI-speco, C-speco, kaj Kvadrata (Buŝo)-speco.

Kvadrat-specaj siliciaj ŝtaltukoj estas ofte uzitaj en alt-motoraj transformiloj. Ili ofertas bonegan izolan agadon, facilecon de varmo disipado kaj mallongan magnetan vojon. Ili estas ĉefe uzitaj por transformiloj kun potenco-rangigoj super 500-1000 W kaj alt-motoraj transformiloj. Aro de siliciaj ŝtalaj folioj kunmetitaj de du C-tipaj folioj nomiĝas KD-speca kerno. Por potenctransformiloj faritaj per KD-tipaj folioj, sub la sama trans-sekca areo, ju pli alta la fenestro, des pli granda la potenckapacito de la transformilo. Ĉar bobenoj povas esti instalitaj aparte sur same flankoj de la kerno, la nombro da bobenturnoj povas esti distribuita trans du bobenoj, rezultigante pli mallongan mezan turnlongon per bobeno kaj reduktita kuproperdo. Krome, se du simetriaj bobenoj estas bobenitaj sur apartaj bobenoj, perfekta simetrio povas esti atingita.

Aro de siliciaj ŝtaltukoj kunmetitaj de kvar C-tipaj folioj estas nomita ED-speca kerno. Transformiloj faritaj per ED-specaj kernoj havas ebenan, larĝan profilon. Sub la sama potenco-rangigo, ED-specaj transformiloj estas pli mallongaj kaj pli larĝaj ol KD-specaj transformiloj. Ĉar la bobenoj estas instalitaj en la centro de la siliciaj ŝtaltukoj kun ekstera magneta pado, ili elmontras malaltan elfluan fluon kaj minimuman interferon al ĉirkaŭaj komponentoj. Tamen, ĉiuj bobenoj estas bobenitaj sur ununura dika bobeno, rezultigante pli longan mezan turnlongon kaj pli altan kuproperdon.

C-tipaj kernoj ofertas superan efikecon, rezultigante transformilojn kompaktajn, malpezajn kaj tre efikajn. De kunigperspektivo, C-tipaj kernoj postulas tre malmultajn partojn kaj havas altan ĉiuflankecon, kondukante al alta produktada efikeco. Tamen, la maŝinadprocezo por C-tipaj siliciaj ŝtalaj folioj estas kompleksa kaj postulas specialan ekipaĵon, igante ilian nunan koston relative alta.

E-specaj siliciaj ŝtaltukoj, ankaŭ konataj kiel ŝel-specaj aŭ figuro-okaj tukoj, havas la primaran avantaĝon de dividado de ununura bobeno por kaj primaraj kaj sekundaraj volvaĵoj, donante altan fenestran spacfaktoron (Spaco-Faktoro Km: la rilatumo de la neta sekca areo de la kupra drato al la fenestrareo). La siliciaj ŝtaltukoj formas protektan ŝelon ĉirkaŭ la volvaĵoj, malhelpante mekanikajn damaĝojn. Ili ankaŭ disponigas grandan varmecan disipan areon kaj minimumigas magnetkampan disvastiĝon. Tamen, ili elmontras pli altan elfluan induktancon inter la primaraj kaj sekundaraj volvaĵoj kaj pli grandan malsaniĝemecon al ekstera magneta interfero. Aldone, pro la pli longa averaĝa perimetro de la volvaĵoj, E-specaj transformiloj postulas pli da kuprodrato por la sama nombro da turnoj kaj kerna sekca areo.

Oftaj dikecoj por siliciaj ŝtaltukoj estas 0,35 mm kaj 0,5 mm. Ekzistas du kunigmetodoj por siliciaj ŝtaltukoj: interplekado kaj pugo-stakado. La interplekta metodo alternas la malfermajn finojn de la folioj sur kontraŭaj flankoj. Ĉi tiu metodo estas pli teda sed rezultigas pli malgrandajn aerinterspacojn kaj pli malaltan magnetan malemon, kio estas utila por pliigi magnetan fluon; tial, ĝi estas vaste uzata en potencaj transformiloj. La pugo-stakiga metodo estas ofte uzita en aplikoj kun kontinua kurento (DC). Por malhelpi saturiĝon kaŭzitan de DC-kurento, aerinterspaco devas esti lasita inter la siliciaj ŝtaltukoj. En ĉi tiu metodo, E-folioj kaj I-folioj estas metitaj sur kontraŭaj flankoj, kaj la aerinterspaco inter ili povas esti ĝustigita per paperaj shims.

3. Bobenaj Kernaj Tipoj

Ĉi tiuj estas dividitaj en tri tipojn:
A. TOROIDA KERNO: Farita per stakigado de O-specaj lamenaĵoj aŭ per volvado de siliciaj ŝtalaj folioj. Bobi drato sur ĉi tiu tipo de kerno estas tre malfacila.
B. STEGKORENO: Stangoforma ferkerno.
C. TAMBURKONO: Tamburforma ferkerno.

4. Klasifiko de Transformaj Kernaj Materialoj

1. Altfrekvenca Kategorio: Feritaj Kernoj
Feritaj kernoj estas uzataj en altfrekvencaj transformiloj. Ili estas ceramikaj magnetoj kun spinela kristala strukturo, kunmetita de feroksido kaj aliaj divalentaj metalaj kunmetaĵoj, kiel ekzemple kFe₂O₄ (kie k reprezentas aliajn metalojn). Nuntempe ofte uzitaj metaloj inkludas manganon (Mn), zinkon (Zn), nikelon (Ni), magnezion (Mg), kaj kupron (Cu). Oftaj kombinaĵoj inkludas la Manganese-Zink (MnZn) serion, Nickel-Zinc (NiZn) seriojn, kaj Magnesium-Zinc (MgZn) seriojn. Tiuj materialoj posedas altan permeablon kaj impedanckarakterizaĵojn, kun funkciiga frekvenca intervalo de 1 kHz ĝis pli ol 200 kHz.
Frekvenca gamo de ferita kerno: 18 kHz ĝis pli ol 1 MHz.

2. Malaltfrekvenca Kategorio: Siliciaj Ŝtaloj kaj Amorfaj Alojoj
Silicia ŝtalo-kerna frekvenca gamo: 5 Hz ĝis 1 kHz.
Transformiloj uzantaj silicioŝtalon tipe funkciigas ĉe 50 Hz. Tamen, laŭ efikeco, iomete pli alta frekvenco povas doni pli bonajn rezultojn, depende de la Gauss-rangigo de la silicia ŝtaltuko. Dum sonfrekvencoj povas atingi super 20 kHz, tio ne estas praktika. Oni rekomendas funkcii je 50–60 Hz, kvankam ili povas funkcii normale ene de frekvencintervalo de 50–200 Hz.
Amorfa kerna frekvenca gamo: 2 kHz ĝis 13 kHz.