Введення в класифікацію сердечника трансформатора

1. Високочастотний тип: феритові сердечники

У високочастотних трансформаторах використовуються феритові сердечники. Це керамічні магніти з кристалічною структурою шпінелі, що складаються з оксиду заліза та інших сполук двовалентного металу, наприклад kFe₂O₄ (де «k» означає інші метали). Метали, які зараз широко використовуються, включають марганець (Mn), цинк (Zn), нікель (Ni), магній (Mg) і мідь (Cu).

Загальні комбінації включають серію марганець-цинк (MnZn), серію нікель-цинк (NiZn) і серію магній-цинк (MgZn). Ці матеріали мають високу магнітну проникність і властивості імпедансу з робочим діапазоном частот від 1 кГц до понад 200 кГц.

2. Низькочастотний тип: шари кремнієвої сталі

Листи кремнієвої сталі використовуються в низькочастотних трансформаторах. Вони бувають різних типів і їх можна класифікувати двома основними способами:

• За процесом виробництва: A: відпалені (чорні аркуші) і N: невідпалені (білі аркуші).

• За формою: серцевини EI-типу, UI-типу, C-типу, квадратні (горлоподібні).

Листи кремнієвої сталі квадратного типу зазвичай використовуються в трансформаторах великої потужності (зазвичай понад 500–1000 Вт). Вони забезпечують чудову ізоляцію, легке розсіювання тепла та короткий магнітний шлях. Набір, що складається з двох листів кремнієвої сталі типу С, називається сердечником типу CD. Для силових трансформаторів, виготовлених із сердечниками типу CD однакової площі поперечного перерізу, більш високе вікно забезпечує більшу номінальну потужність. Оскільки котушки можна встановлювати окремо з обох сторін сердечника, загальну кількість витків можна розподілити між двома котушками. Це зменшує середню довжину витка на бобіну та зменшує втрати міді. Крім того, намотування двох симетричних котушок на окремі бобіни забезпечує ідеальну симетрію.

Набір, що складається з чотирьох листів кремнієвої сталі типу С, відомий як сердечник типу ED. Трансформатори, виготовлені з сердечниками типу ED, мають коротший і ширший профіль порівняно з трансформаторами типу CD тієї ж потужності. Оскільки котушки встановлені в центрі сердечника із зовнішнім магнітним трактом, трансформатори типу ED демонструють низький витік магнітного потоку та мінімальні перешкоди. Однак, оскільки всі котушки намотані на одну товщу бобіну, середня довжина витка більша, що призводить до вищих втрат міді.

Сердечники типу C забезпечують чудову продуктивність, завдяки чому отримані трансформатори є компактними, легкими та високоефективними. З точки зору складання, сердечники типу С вимагають дуже мало компонентів і забезпечують велику універсальність, що забезпечує високу ефективність виробництва. Однак процес виробництва листів із силіконової сталі С-типу є складним і вимагає спеціального обладнання, що робить їх поточні виробничі витрати відносно високими.

Листи кремнієвої сталі Е-типу, також відомі як оболонкові сердечники, мають головну перевагу розміщення як первинної, так і вторинної котушок на одній бобіні, що забезпечує високий коефіцієнт простору вікна (Коефіцієнт простору Км: відношення чистої площі поперечного перерізу мідного дроту до площі вікна). Листи кремнієвої сталі утворюють захисну оболонку навколо обмоток, запобігаючи механічним пошкодженням. Вони також забезпечують більшу площу розсіювання тепла та зменшують випромінювання магнітного поля. Однак така конструкція призводить до вищої індуктивності витоку первинної обмотки до вторинної та більшої сприйнятливості до перешкод зовнішнього магнітного поля. Крім того, через більшу середню довжину обмотки трансформатори типу EI вимагають більше мідного дроту для тієї ж кількості витків і площі поперечного перерізу сердечника.

Найпоширеніші товщини силіконової сталі становлять 0,35 мм і 0,5 мм.

Існує два способи складання листів із кремнієвої сталі: прокладка та стик. Метод прокладки чергує отвори аркушів з обох сторін. Хоча цей метод є громіздким, він мінімізує зазори та магнітне опір між листами, що сприяє збільшенню магнітного потоку; тому він широко використовується в силових трансформаторах. Метод стикання зазвичай використовується в додатках з постійним струмом (DC). Щоб запобігти насиченню, спричиненому постійним струмом, між листами необхідно залишати зазор. У цьому методі Е- та I-деталі розміщуються на протилежних сторонах, а зазор між ними можна регулювати за допомогою паперових прокладок.

3. Типи котушок

Сердечники спірального типу поділяються на три основні категорії:
A. Тороїдальний сердечник: виготовлений шляхом укладання O-подібних шарів або намотування смужок кремнієвої сталі. Намотувати ці сердечники досить складно.
B. Стрижневий сердечник: стрижневі магнітні сердечники.
C. Сердечник барабана: магнітні сердечники барабанної форми.