Uvod v klasifikacijo transformatorskih jeder

1. Visokofrekvenčni tip: feritna jedra

Feritna jedra se uporabljajo v visokofrekvenčnih transformatorjih. So keramični magneti s kristalno strukturo spinela, sestavljeni iz železovega oksida in drugih spojin dvovalentnih kovin, kot je kFe₂O₄ (kjer 'k' predstavlja druge kovine). Kovine, ki so trenutno v splošni uporabi, vključujejo mangan (Mn), cink (Zn), nikelj (Ni), magnezij (Mg) in baker (Cu).

Običajne kombinacije vključujejo serijo mangan-cink (MnZn), serijo nikelj-cink (NiZn) in serijo magnezij-cink (MgZn). Ti materiali imajo visoko magnetno prepustnost in impedančne lastnosti, z razponom delovne frekvence od 1 kHz do več kot 200 kHz.

2. Nizkofrekvenčni tip: Laminacije iz silicijevega jekla

Pločevine iz silicijevega jekla se uporabljajo v nizkofrekvenčnih transformatorjih. Na voljo so v različnih vrstah in jih je mogoče razvrstiti na dva glavna načina:

• Po postopku izdelave: A: žarjeni (črni listi) in N: nežarjeni (beli listi).

• Po obliki: EI-tip, UI-tip, C-tip in kvadratna (ustna) jedra.

Kvadratne pločevine iz silicijevega jekla se običajno uporabljajo v transformatorjih visoke moči (običajno nad 500–1000 W). Ponujajo odlično izolacijo, enostavno odvajanje toplote in kratko magnetno pot. Komplet, sestavljen iz dveh silikonskih jeklenih plošč tipa C, se imenuje jedro tipa CD. Pri močnostnih transformatorjih, izdelanih z jedri tipa CD z enakim prečnim prerezom, višje okno omogoča večjo nazivno moč. Ker je mogoče tuljave namestiti ločeno na obeh straneh jedra, se lahko skupni obrati porazdelijo na dva bobina. To zmanjša povprečno dolžino zavoja na bobin in zmanjša izgube bakra. Poleg tega z navijanjem dveh simetričnih tuljav na ločene bobine dosežete popolno simetrijo.

Komplet, sestavljen iz štirih plošč iz silicijevega jekla tipa C, je znan kot jedro tipa ED. Transformatorji, izdelani z jedri tipa ED, imajo krajši in širši profil v primerjavi s transformatorji tipa CD iste nazivne moči. Ker so tuljave nameščene v središču jedra z zunanjo magnetno potjo, imajo transformatorji tipa ED nizko uhajanje magnetnega pretoka in minimalne motnje. Ker pa so vse tuljave navite na en sam, debelejši bobin, je povprečna dolžina zavoja daljša, kar povzroči večje izgube bakra.

Jedra tipa C ponujajo odlično zmogljivost, zaradi česar so nastali transformatorji kompaktni, lahki in zelo učinkoviti. Z vidika sestavljanja jedra tipa C zahtevajo zelo malo komponent in nudijo veliko vsestranskost, kar vodi do visoke proizvodne učinkovitosti. Vendar pa je proizvodni proces za pločevino iz silicijevega jekla tipa C zapleten in zahteva specializirano opremo, zaradi česar so njihovi trenutni proizvodni stroški sorazmerno visoki.

Silikonske jeklene pločevine tipa E, znane tudi kot lupinasta jedra, imajo primarno prednost, da so primarne in sekundarne tuljave nameščene na isti bobin, kar daje visok faktor prostora okna (faktor prostora Km: razmerje med površino neto prečnega prereza bakrene žice in površino okna). Pločevine iz silikonskega jekla tvorijo zaščitno lupino okoli navitij, ki preprečuje mehanske poškodbe. Zagotavljajo tudi večjo površino odvajanja toplote in zmanjšujejo sevanje magnetnega polja. Vendar ima ta zasnova za posledico višjo induktivnost uhajanja iz primarnega v sekundarni in večjo dovzetnost za motnje zunanjega magnetnega polja. Poleg tega transformatorji tipa EI zaradi daljšega povprečnega oboda navitja potrebujejo več bakrene žice za enako število ovojev in površino prečnega prereza jedra.

Najpogostejši debelini pločevine iz silikonskega jekla sta 0,35 mm in 0,5 mm.

Obstajata dve metodi montaže za pločevino iz silicijskega jekla: prepletanje in čeljenje. Metoda prepletanja izmenjuje odprtine listov na obeh straneh. Čeprav je ta metoda okorna, zmanjšuje vrzeli in magnetni odpor med ploščami, kar pomaga povečati magnetni tok; zato se pogosto uporablja v močnostnih transformatorjih. Metoda udarjanja se običajno uporablja v aplikacijah z enosmernim tokom (DC). Da preprečite nasičenost, ki jo povzroči DC, je treba med ploščami pustiti vrzel. Pri tej metodi sta E-kos in I-kos nameščena na nasprotnih straneh, razmik med njima pa je mogoče prilagoditi s papirnatimi podložkami.

3. Vrste tuljav

Jedra v obliki tuljav so razdeljena v tri glavne kategorije:
A. Toroidno jedro: izdelano z zlaganjem laminatov v obliki črke O ali navijanjem trakov iz silicijevega jekla. Navijanje teh jeder je precej zahtevno.
B. Jedro palice: magnetna jedra v obliki palice.
C. Jedro bobna: magnetna jedra v obliki bobna.