مقدمه ای بر طبقه بندی هسته ترانسفورماتور

1. نوع فرکانس بالا: هسته فریت

از هسته های فریت در ترانسفورماتورهای فرکانس بالا استفاده می شود. آنها آهنرباهای سرامیکی با ساختار کریستالی اسپینل هستند که از اکسید آهن و سایر ترکیبات فلزی دو ظرفیتی مانند kFe2O4 (که در آن 'k' نشان دهنده فلزات دیگر است) تشکیل شده است. فلزات رایج در حال حاضر شامل منگنز (Mn)، روی (روی)، نیکل (Ni)، منیزیم (Mg) و مس (مس) هستند.

ترکیبات رایج شامل سری منگنز روی (MnZn)، سری نیکل روی (NiZn) و سری منیزیم روی (MgZn) است. این مواد دارای نفوذپذیری مغناطیسی و خواص امپدانس بالایی هستند، با محدوده فرکانس کاری از 1 کیلوهرتز تا بیش از 200 کیلوهرتز.

2. نوع کم فرکانس: ورقه های فولادی سیلیکونی

از ورق های فولادی سیلیکونی در ترانسفورماتورهای فرکانس پایین استفاده می شود. آنها انواع مختلفی دارند و به دو صورت عمده طبقه بندی می شوند:

• بر اساس فرآیند ساخت: A: آنیل شده (ورق های سیاه) و N: غیر آنیل شده (ورق های سفید).

• بر اساس شکل: هسته های نوع EI، نوع UI، نوع C و مربع (نوع دهان).

ورق های فولادی سیلیکونی مربعی معمولاً در ترانسفورماتورهای پرقدرت (معمولاً بالای 500 تا 1000 وات) استفاده می شود. آنها عایق عالی، اتلاف آسان گرما و یک مسیر مغناطیسی کوتاه را ارائه می دهند. مجموعه ای که از دو ورق فولادی سیلیکونی نوع C تشکیل شده است به عنوان هسته نوع CD شناخته می شود. برای ترانسفورماتورهای قدرت ساخته شده با هسته های نوع CD با سطح مقطع یکسان، یک پنجره بلندتر امکان رتبه بندی توان بیشتری را فراهم می کند. از آنجایی که سیم پیچ ها را می توان به طور جداگانه در هر دو طرف هسته نصب کرد، کل چرخش ها را می توان در دو بوبین توزیع کرد. این باعث کاهش میانگین طول چرخش در هر بوبین و کاهش تلفات مس می شود. علاوه بر این، سیم پیچی دو سیم پیچ متقارن بر روی بوبین های جداگانه، تقارن کامل را به دست می آورد.

مجموعه ای متشکل از چهار ورق فولادی سیلیکونی نوع C به عنوان هسته نوع ED شناخته می شود. ترانسفورماتورهای ساخته شده با هسته های نوع ED در مقایسه با ترانسفورماتورهای نوع CD با قدرت یکسان، مشخصات کوتاه تر و وسیع تری دارند. از آنجا که سیم پیچ ها در مرکز هسته با یک مسیر مغناطیسی خارجی نصب می شوند، ترانسفورماتورهای نوع ED نشتی شار مغناطیسی کم و حداقل تداخل را نشان می دهند. با این حال، از آنجایی که همه سیم پیچ ها روی یک بوبین منفرد و ضخیم تر پیچیده می شوند، میانگین طول چرخش طولانی تر است و در نتیجه تلفات مس بیشتر می شود.

هسته های نوع C عملکرد عالی را ارائه می دهند و ترانسفورماتورهای حاصل را فشرده، سبک و کارآمد می کنند. از دیدگاه مونتاژ، هسته های نوع C به اجزای بسیار کمی نیاز دارند و تطبیق پذیری قوی را ارائه می دهند که منجر به راندمان تولید بالا می شود. با این حال، فرآیند تولید ورق های فولادی سیلیکونی نوع C پیچیده است و به تجهیزات تخصصی نیاز دارد و هزینه های تولید فعلی آنها را نسبتاً بالا می کند.

ورق های فولادی سیلیکونی نوع E، که به عنوان هسته های پوسته نیز شناخته می شوند، دارای مزیت اصلی قرار دادن سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی یک بوبین هستند که ضریب فضای پنجره بالایی را ایجاد می کنند (فاکتور فضایی کیلومتر: نسبت سطح مقطع خالص سیم مسی به سطح پنجره). ورق های فولادی سیلیکونی یک پوسته محافظ در اطراف سیم پیچ ها تشکیل می دهند و از آسیب مکانیکی جلوگیری می کنند. آنها همچنین یک منطقه اتلاف حرارت بزرگتر را فراهم می کنند و تابش میدان مغناطیسی را کاهش می دهند. با این حال، این طراحی منجر به القای نشتی اولیه به ثانویه بالاتر و حساسیت بیشتر به تداخل میدان مغناطیسی خارجی می شود. علاوه بر این، به دلیل متوسط ​​دور سیم پیچ طولانی تر، ترانسفورماتورهای نوع EI به سیم مسی بیشتری برای همان تعداد دور و سطح مقطع هسته نیاز دارند.

رایج ترین ضخامت ها برای ورق های فولادی سیلیکونی 0.35 میلی متر و 0.5 میلی متر است.

دو روش مونتاژ برای ورق های فولادی سیلیکونی وجود دارد: در هم آمیختگی و کنار زدن. روش درهم تناوب دهانه های ورق ها را در هر دو طرف به طور متناوب تغییر می دهد. اگرچه این روش دست و پا گیر است، اما شکاف ها و عدم تمایل مغناطیسی بین ورق ها را به حداقل می رساند، که به افزایش شار مغناطیسی کمک می کند. بنابراین، به طور گسترده ای در ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می شود. روش بندکشی معمولاً در کاربردهایی با جریان مستقیم (DC) استفاده می شود. برای جلوگیری از اشباع ناشی از DC، باید فاصله ای بین ورق ها ایجاد شود. در این روش E-pieces و I-pieces در دو طرف مقابل قرار می گیرند و با استفاده از شیم های کاغذی می توان فاصله بین آنها را تنظیم کرد.

3. انواع کویل

هسته های کویل به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:
الف. هسته حلقوی: از روی هم قرار دادن لایه های O شکل یا سیم پیچی نوارهای فولادی سیلیکونی ساخته می شود. پیچیدن این هسته ها بسیار چالش برانگیز است.
ب- هسته میله ای: هسته های مغناطیسی میله ای شکل.
ج. هسته درام: هسته های مغناطیسی درام شکل.