Введение в классификацию сердечников трансформаторов

1. Высокочастотный тип: ферритовые сердечники.

Ферритовые сердечники используются в высокочастотных трансформаторах. Это керамические магниты с кристаллической структурой шпинели, состоящей из оксида железа и других соединений двухвалентных металлов, таких как kFe₂O₄ (где «k» означает другие металлы). В настоящее время широко используются металлы: марганец (Mn), цинк (Zn), никель (Ni), магний (Mg) и медь (Cu).

Общие комбинации включают серию марганец-цинк (MnZn), серию никель-цинк (NiZn) и серию магний-цинк (MgZn). Эти материалы обладают высокой магнитной проницаемостью и импедансными свойствами, имеют диапазон рабочих частот от 1 кГц до более 200 кГц.

2. Низкочастотный тип: пластины из кремниевой стали.

Листы кремниевой стали используются в низкочастотных трансформаторах. Они бывают разных типов и могут быть классифицированы двумя основными способами:

• По способу изготовления: А: отожженные (черные листы) и Н: неотожженные (белые листы).

• По форме: жилы типа ЭИ, типа УИ, типа С и квадратные (устьевые).

Листы кремниевой стали квадратного типа обычно используются в мощных трансформаторах (обычно свыше 500–1000 Вт). Они обеспечивают отличную изоляцию, легкий отвод тепла и короткий магнитный путь. Комплект, состоящий из двух листов кремнистой стали C-типа, называется сердечником CD-типа. Для силовых трансформаторов, изготовленных с сердечниками типа CD одинаковой площади поперечного сечения, более высокое окно позволяет обеспечить большую номинальную мощность. Поскольку катушки можно устанавливать отдельно с обеих сторон сердечника, общее количество витков можно распределить по двум бобинам. Это уменьшает среднюю длину витка на бобину и снижает потери в меди. Кроме того, намотка двух симметричных катушек на отдельные бобины обеспечивает идеальную симметрию.

Комплект, состоящий из четырех листов кремниевой стали типа C, известен как сердечник типа ED. Трансформаторы с сердечниками типа ЭД имеют более короткий и широкий профиль по сравнению с трансформаторами типа CD той же номинальной мощности. Поскольку катушки установлены в центре сердечника с внешней магнитной дорогой, трансформаторы типа ED имеют низкую утечку магнитного потока и минимальные помехи. Однако, поскольку все катушки намотаны на одну более толстую бобину, средняя длина витка увеличивается, что приводит к более высоким потерям в меди.

Сердечники C-типа обеспечивают превосходные характеристики, что делает трансформаторы компактными, легкими и высокоэффективными. С точки зрения сборки сердечники C-типа требуют очень мало компонентов и обладают высокой универсальностью, что приводит к высокой эффективности производства. Однако процесс производства листов кремнистой стали C-типа сложен и требует специального оборудования, что делает их текущие производственные затраты относительно высокими.

Листы из кремниевой стали E-типа, также известные как сердечники оболочечного типа, имеют основное преимущество размещения как первичной, так и вторичной катушек на одной и той же бобине, что обеспечивает высокий коэффициент пространства окна (коэффициент пространства Km: отношение чистой площади поперечного сечения медного провода к площади окна). Листы кремниевой стали образуют защитную оболочку вокруг обмоток, предотвращая механические повреждения. Они также обеспечивают большую площадь рассеивания тепла и уменьшают излучение магнитного поля. Однако такая конструкция приводит к более высокой индуктивности рассеяния между первичной и вторичной обмотками и большей восприимчивости к помехам внешнего магнитного поля. Кроме того, из-за большей средней окружности обмотки трансформаторам типа EI требуется больше медного провода для того же количества витков и площади поперечного сечения сердечника.

Наиболее распространенная толщина листов кремнистой стали составляет 0,35 мм и 0,5 мм.

Существует два метода сборки листов кремнистой стали: чередование и стыковка. При методе чередования проемы листов чередуются с обеих сторон. Хоть этот метод и громоздкий, но он сводит к минимуму зазоры и магнитное сопротивление между листами, что способствует увеличению магнитного потока; поэтому он широко используется в силовых трансформаторах. Метод стыковки обычно используется в устройствах с постоянным током (DC). Чтобы предотвратить насыщение, вызванное постоянным током, между листами необходимо оставить зазор. В этом методе Е-образные и двутавровые детали размещаются на противоположных сторонах, а зазор между ними можно регулировать с помощью бумажных прокладок.

3. Типы катушек

Сердечники спирального типа делятся на три основные категории:
A. Тороидальный сердечник: изготавливается путем укладки О-образных пластин или намотки полос кремнистой стали. Намотать эти сердечники довольно сложно.
B. Стержневой сердечник: магнитные сердечники стержневой формы.
C. Барабанный сердечник: магнитные сердечники барабанной формы.