Introdução à classificação do núcleo do transformador

1. Tipo de alta frequência: núcleos de ferrite

Núcleos de ferrite são usados ​​em transformadores de alta frequência. São ímãs cerâmicos com estrutura cristalina de espinélio, compostos por óxido de ferro e outros compostos metálicos divalentes, como kFe₂O₄ (onde 'k' representa outros metais). Os metais atualmente de uso comum incluem manganês (Mn), zinco (Zn), níquel (Ni), magnésio (Mg) e cobre (Cu).

As combinações comuns incluem as séries manganês-zinco (MnZn), séries níquel-zinco (NiZn) e séries magnésio-zinco (MgZn). Esses materiais possuem alta permeabilidade magnética e propriedades de impedância, com faixa de frequência operacional de 1 kHz a mais de 200 kHz.

2. Tipo de baixa frequência: laminações de aço silício

Chapas de aço silício são usadas em transformadores de baixa frequência. Eles vêm em vários tipos e podem ser classificados de duas maneiras principais:

• Por processo de fabricação: A: Recozido (chapas pretas) e N: Não recozido (chapas brancas).

• Por formato: núcleos tipo EI, tipo UI, tipo C e quadrados (tipo boca).

Chapas de aço silício do tipo quadrado são comumente usadas em transformadores de alta potência (normalmente acima de 500–1000 W). Eles oferecem excelente isolamento, fácil dissipação de calor e um caminho magnético curto. Um conjunto composto por duas chapas de aço silício tipo C é denominado núcleo tipo CD. Para transformadores de potência feitos com núcleos do tipo CD com a mesma área de seção transversal, uma janela mais alta permite uma maior potência nominal. Como as bobinas podem ser instaladas separadamente em ambos os lados do núcleo, o total de voltas pode ser distribuído entre duas bobinas. Isto reduz o comprimento médio da volta por bobina e diminui as perdas de cobre. Além disso, enrolar duas bobinas simétricas em bobinas separadas alcança uma simetria perfeita.

Um conjunto composto por quatro chapas de aço silício tipo C é conhecido como núcleo tipo ED. Os transformadores feitos com núcleos do tipo ED têm um perfil mais curto e mais largo em comparação com os transformadores do tipo CD com a mesma potência. Como as bobinas são montadas no centro do núcleo com um caminho magnético externo, os transformadores do tipo ED apresentam baixo vazamento de fluxo magnético e interferência mínima. No entanto, como todas as bobinas são enroladas em uma única bobina mais espessa, o comprimento médio da volta é maior, resultando em maiores perdas de cobre.

Os núcleos tipo C oferecem excelente desempenho, tornando os transformadores resultantes compactos, leves e altamente eficientes. Do ponto de vista da montagem, os núcleos do tipo C requerem poucos componentes e oferecem grande versatilidade, levando a uma alta eficiência de produção. No entanto, o processo de fabricação de chapas de aço silício tipo C é complexo e requer equipamentos especializados, tornando seus custos atuais de produção relativamente elevados.

As chapas de aço silício tipo E, também conhecidas como núcleos do tipo casca, têm a principal vantagem de colocar bobinas primárias e secundárias na mesma bobina, produzindo um alto fator de espaço de janela (fator de espaço Km: a razão entre a área líquida da seção transversal do fio de cobre e a área da janela). As chapas de aço silício formam uma camada protetora ao redor dos enrolamentos, evitando danos mecânicos. Eles também fornecem uma área maior de dissipação de calor e reduzem a radiação do campo magnético. No entanto, este projeto resulta em maior indutância de vazamento primário para secundário e maior suscetibilidade à interferência de campo magnético externo. Além disso, devido à maior circunferência média do enrolamento, os transformadores do tipo EI requerem mais fio de cobre para o mesmo número de voltas e área de seção transversal do núcleo.

As espessuras mais comuns para chapas de aço silício são 0,35 mm e 0,5 mm.

Existem dois métodos de montagem para chapas de aço silício: intercalação e colagem. O método de intercalação alterna as aberturas das folhas em ambos os lados. Embora este método seja complicado, ele minimiza as lacunas e a relutância magnética entre as folhas, o que ajuda a aumentar o fluxo magnético; portanto, é amplamente utilizado em transformadores de potência. O método butting é comumente usado em aplicações com corrente contínua (DC). Para evitar a saturação causada pela DC, deve ser deixado um espaço entre as folhas. Neste método, as peças E e as peças I são colocadas em lados opostos e a distância entre elas pode ser ajustada usando calços de papel.

3. Tipos de bobina

Os núcleos do tipo bobina são divididos em três categorias principais:
A. Núcleo Toroidal: Feito empilhando laminações em forma de O ou enrolando tiras de aço silício. Enrolar esses núcleos é bastante desafiador.
B. Núcleo da haste: Núcleos magnéticos em forma de haste.
C. Núcleo do Tambor: Núcleos magnéticos em forma de tambor.