Główne funkcje rdzeni transformatorowych

Podstawowe funkcje rdzeni transformatorów:

Praktyczne transformatory zawsze działają w warunkach prądu przemiennego (AC). Straty mocy występują nie tylko w rezystancji cewek, ale także w rdzeniu magnesowanym przez prąd przemienny. Rdzeń transformatora składa się z dwóch głównych części: nóg rdzenia i jarzm. Cewki (uzwojenia) osadzone są na nogach rdzenia, natomiast jarzma służą do zamknięcia całego obwodu magnetycznego. Aby zmniejszyć straty w postaci histerezy i prądów wirowych w rdzeniu, zwykle buduje się go poprzez ułożenie warstw stali krzemowej zgodnie z określonymi zasadami. Laminaty te zawierają około 5% krzemu, mają grubość od 0,35 do 0,50 mm i są pokryte obustronnie warstwą lakieru izolacyjnego o grubości od 0,01 do 0,13 mm.

Strata histerezy to rodzaj utraty żelaza powstającej podczas procesu magnesowania w wyniku zjawiska histerezy. Wielkość tej straty jest wprost proporcjonalna do obszaru zamkniętego przez pętlę histerezy materiału. Ponieważ stal krzemowa ma wąską pętlę histerezy, zastosowanie jej na rdzenie transformatorów powoduje mniejsze straty histerezy, co znacznie zmniejsza nagrzewanie się rdzenia.

Rdzenie laminowane pomagają również zminimalizować inny rodzaj utraty żelaza: utratę prądu wirowego. Podczas pracy transformatora prąd przemienny w cewkach generuje zmienny strumień magnetyczny. Ten zmieniający się strumień indukuje prądy w rdzeniu. Te indukowane prądy krążą w płaszczyznach prostopadłych do kierunku strumienia magnetycznego i dlatego nazywane są prądami wirowymi. Straty wiroprądowe powodują podobnie nagrzewanie się rdzenia. Aby ograniczyć straty prądów wirowych, rdzeń transformatora zbudowano z wzajemnie izolowanych warstw stali krzemowej. Wymusza to przepływ prądów wirowych przez wąskie, wydłużone pętle o mniejszych polach przekroju poprzecznego, zwiększając w ten sposób opór elektryczny wzdłuż ścieżek prądów wirowych. Dodatkowo krzem zawarty w stali zwiększa oporność elektryczną materiału, co dodatkowo pomaga zredukować prądy wirowe.