ٹرانسفارمر کور کے افعال اور درجہ بندی

1. ٹرانسفارمر کور کے افعال

عملی ٹرانسفارمر ہمیشہ متبادل کرنٹ (AC) حالات میں کام کرتے ہیں۔ AC میگنیٹائزیشن کی وجہ سے بجلی کا نقصان نہ صرف وائنڈنگز کی مزاحمت میں ہوتا ہے بلکہ کور میں بھی ہوتا ہے۔ کور کے اندر بجلی کی کمی کو عام طور پر 'آئرن کا نقصان' (یا بنیادی نقصان) کہا جاتا ہے، جو دو اہم عوامل کی وجہ سے ہوتا ہے: 'ہسٹریسس نقصان' اور 'ایڈی کرنٹ نقصان۔' ہسٹریسس کا نقصان ہسٹریسس کے رجحان کی وجہ سے مقناطیسی عمل کے دوران ضائع ہونے والی توانائی ہے۔ اس نقصان کی شدت مواد کے ہسٹریسیس لوپ سے بند علاقے کے متناسب ہے۔ چونکہ سلکان اسٹیل میں ایک تنگ ہسٹریسیس لوپ ہے، اس لیے اسے بنیادی مواد کے طور پر استعمال کرنے سے ہسٹریسس کے نقصان کو نمایاں طور پر کم کیا جاتا ہے اور کافی حد تک گرمی کی پیداوار کو کم کیا جاتا ہے۔

چونکہ سلکان اسٹیل کے یہ فوائد ہیں، اس لیے کور کو سلکان اسٹیل کے ٹھوس بلاک سے کیوں نہیں بنایا جاتا، بلکہ اس کی بجائے پتلی چادروں میں پروسیس کیا جاتا ہے؟ اس کی وجہ یہ ہے کہ لیمینیٹڈ کور ایک اور قسم کے لوہے کے نقصان کو کم کرتا ہے — ایڈی کرنٹ نقصان۔ آپریشن کے دوران، وائنڈنگز میں متبادل کرنٹ ایک متبادل مقناطیسی بہاؤ پیدا کرتا ہے۔ یہ بدلتا ہوا مقناطیسی بہاؤ کور کے اندر کرنٹ کو اکساتا ہے۔ یہ محرک کرنٹ مقناطیسی بہاؤ کی سمت کے لیے کھڑے طیاروں میں گردش کرتے ہیں اور اس لیے انھیں ایڈی کرنٹ کہا جاتا ہے۔ ایڈی کرنٹ کا نقصان بھی کور کو گرم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ اس نقصان کو کم سے کم کرنے کے لیے، ٹرانسفارمر کور کو سلکان اسٹیل کی چادروں کے ڈھیر لگا کر بنایا گیا ہے جو ایک دوسرے سے موصل ہیں۔ یہ ایڈی کرنٹ کو ایک چھوٹے کراس سیکشنل ایریا کے ساتھ تنگ لوپس کے ذریعے بہنے پر مجبور کرتا ہے، اس طرح ایڈی کرنٹ کے راستے کی برقی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔ مزید برآں، سٹیل میں موجود سلیکون مواد کی برقی مزاحمتی صلاحیت کو بڑھاتا ہے، جو ایڈی کرنٹ کو کم کرنے میں مزید مدد کرتا ہے۔ ٹرانسفارمر کور کے لیے، عام طور پر 0.35 ملی میٹر موٹی کولڈ رولڈ سلکان اسٹیل شیٹس کا انتخاب کیا جاتا ہے۔ انہیں مطلوبہ بنیادی طول و عرض کے مطابق مستطیل سٹرپس میں کاٹا جاتا ہے اور پھر 'فگر-آٹھ' یا مستطیل فریم کی شکل بنانے کے لیے اسٹیک کیا جاتا ہے۔ نظریہ میں، سلکان سٹیل کی چادریں جتنی پتلی ہوں گی اور پٹیاں جتنی تنگ ہوں گی، ایڈی کرنٹ کو کم کرنے میں اتنا ہی بہتر اثر پڑے گا۔ یہ نہ صرف ایڈی کرنٹ کے نقصان کو کم کرتا ہے اور درجہ حرارت میں اضافے کو کم کرتا ہے بلکہ مواد کو بھی بچاتا ہے۔ تاہم، اصل مینوفیکچرنگ میں، یہ سازگار عوامل صرف غور و فکر نہیں ہیں۔ چادروں کو بہت پتلی اور تنگ کرنے سے مزدوری کے اوقات میں نمایاں اضافہ ہو گا اور کور کے مؤثر کراس سیکشنل ایریا کو کم کر دیا جائے گا۔ لہذا، سلکان اسٹیل کور تیار کرتے وقت، کسی کو بہترین جہتوں کو منتخب کرنے کے لیے مخصوص حالات کی بنیاد پر فوائد اور نقصانات کا وزن کرنا چاہیے۔

ٹرانسفارمرز برقی مقناطیسی انڈکشن کے اصول کی بنیاد پر تیار کیے جاتے ہیں۔ بند بنیادی اعضاء کے گرد دو وائنڈنگز زخم ہیں: بنیادی وائنڈنگ اور سیکنڈری وائنڈنگ۔ جب ایک AC وولٹیج کو پرائمری وائنڈنگ پر لاگو کیا جاتا ہے، تو ایک متبادل کرنٹ اس کے ذریعے بہتا ہے، جس سے مقناطیسی قوت (MMF) قائم ہوتی ہے۔ اس MMF کے زیر اثر، کور میں ایک متبادل مین مقناطیسی بہاؤ پیدا ہوتا ہے۔ یہ مرکزی مقناطیسی بہاؤ بنیادی اور ثانوی دونوں سمتوں سے گزرتا ہے اور جوڑتا ہے۔ الیکٹرومیگنیٹک انڈکشن کی وجہ سے، دونوں وائنڈنگز میں الیکٹرو موٹیو فورسز (EMF) پیدا ہوتی ہیں۔ وولٹیج کے بڑھنے یا نیچے جانے کی وجہ لینز کے قانون کے ذریعے بیان کی گئی ہے: محرک کرنٹ سے پیدا ہونے والا مقناطیسی بہاؤ ہمیشہ اصل مقناطیسی بہاؤ میں تبدیلی کی مخالفت کرتا ہے۔ جب اصل مقناطیسی بہاؤ بڑھتا ہے، تو حوصلہ افزائی کرنٹ سے پیدا ہونے والا مقناطیسی بہاؤ اس کی مخالفت کرتا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، ثانوی وائنڈنگ میں محرک مقناطیسی بہاؤ بنیادی وائنڈنگ کے ذریعہ تیار کردہ مرکزی مقناطیسی بہاؤ کے مخالف ہے، جس کے نتیجے میں ثانوی وائنڈنگ میں نچلے درجے کا متبادل وولٹیج ہوتا ہے۔ اس طرح، کور ٹرانسفارمر کے مقناطیسی سرکٹ کے طور پر کام کرتا ہے، جبکہ وائنڈنگز اس کے برقی سرکٹ کو تشکیل دیتے ہیں۔

2. ٹرانسفارمر کور کنفیگریشنز کی درجہ بندی

شیل ٹائپ اور کور ٹائپ کور

کور کا وہ حصہ جس کے گرد وائنڈنگز زخم ہوتے ہیں اسے 'بنیادی اعضاء' کہا جاتا ہے، جب کہ وہ حصہ جس میں وائنڈنگ نہیں ہوتی ہے لیکن وہ مکمل طور پر مقناطیسی راستے کے طور پر کام کرتا ہے اسے 'یوک' کہا جاتا ہے۔ ایک کور کو 'شیل ٹائپ' کہا جاتا ہے جب کور وائنڈنگز کو گھیرتا ہے، اور 'کور ٹائپ' جب ونڈنگز کے گرد ہوتا ہے۔ شیل کی قسم اور بنیادی قسم کی کنفیگریشنز میں سے ہر ایک کی اپنی الگ الگ خصوصیات ہیں، لیکن مینوفیکچرنگ کے عمل جن کا وہ حکم دیتے ہیں وہ نمایاں طور پر مختلف ہیں۔ ایک بار جب ایک مخصوص ڈھانچہ منتخب ہو جاتا ہے، تو اسے دوسرے میں تبدیل کرنا مشکل ہوتا ہے۔ چین میں، زیادہ تر ٹرانسفارمر کور اسٹیکڈ کور قسم کے ڈیزائن کا استعمال کرتے ہیں۔

سلیکون سٹیل شیٹس کم تعدد ٹرانسفارمرز کے لیے استعمال ہوتی ہیں اور مختلف اقسام میں آتی ہیں۔ مینوفیکچرنگ کے عمل کی بنیاد پر، انہیں اس میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:
A: اینیلڈ (سیاہ چادریں)
N: غیر اینیلڈ (سفید چادریں)

ان کی شکل کی بنیاد پر، ان کی درجہ بندی کی جا سکتی ہے: EI-type، UI-type، C-type، اور Square (Mouth)-type۔

اسکوائر قسم کے سلکان سٹیل کی چادریں عام طور پر ہائی پاور ٹرانسفارمرز میں استعمال ہوتی ہیں۔ وہ بہترین موصلیت کی کارکردگی، گرمی کی کھپت میں آسانی، اور ایک مختصر مقناطیسی راستہ پیش کرتے ہیں۔ وہ بنیادی طور پر 500-1000 ڈبلیو سے زیادہ پاور ریٹنگ والے ٹرانسفارمرز اور ہائی پاور ٹرانسفارمرز کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ دو سی قسم کی چادروں پر مشتمل سلکان اسٹیل شیٹس کا ایک سیٹ سی ڈی ٹائپ کور کہلاتا ہے۔ CD قسم کی چادروں سے بنائے گئے پاور ٹرانسفارمرز کے لیے، ایک ہی کراس سیکشنل ایریا کے نیچے، ونڈو جتنی اونچی ہوگی، ٹرانسفارمر کی پاور کی گنجائش اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ چونکہ کنڈلی کو کور کے دونوں اطراف میں الگ الگ نصب کیا جا سکتا ہے، اس لیے کوائل موڑ کی تعداد کو دو بوبنز میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جس کے نتیجے میں فی بوبن کی اوسط موڑ کی لمبائی کم ہوتی ہے اور تانبے کا نقصان کم ہوتا ہے۔ مزید برآں، اگر دو متوازی کنڈلیوں کو الگ الگ بوبن پر زخم کیا جائے تو کامل ہم آہنگی حاصل کی جا سکتی ہے۔

چار سی قسم کی چادروں پر مشتمل سلکان اسٹیل شیٹس کے ایک سیٹ کو ای ڈی ٹائپ کور کہا جاتا ہے۔ ED قسم کے کور کے ساتھ بنائے گئے ٹرانسفارمرز کا فلیٹ، وسیع پروفائل ہوتا ہے۔ اسی پاور ریٹنگ کے تحت، ED قسم کے ٹرانسفارمرز CD قسم کے ٹرانسفارمرز سے چھوٹے اور چوڑے ہوتے ہیں۔ چونکہ کنڈلی سلیکون اسٹیل شیٹس کے بیچ میں ایک بیرونی مقناطیسی راستے کے ساتھ نصب ہوتی ہیں، اس لیے وہ کم رساو کی نمائش کرتے ہیں اور ارد گرد کے اجزاء میں کم سے کم مداخلت کرتے ہیں۔ تاہم، تمام کنڈلی ایک ہی موٹی بوبن پر زخم ہیں، جس کے نتیجے میں لمبا اوسط موڑ کی لمبائی اور زیادہ تانبے کا نقصان ہوتا ہے۔

سی قسم کے کور اعلی کارکردگی پیش کرتے ہیں، جس کے نتیجے میں ٹرانسفارمرز کمپیکٹ، ہلکے وزن اور انتہائی موثر ہوتے ہیں۔ اسمبلی کے نقطہ نظر سے، سی قسم کے کور کو بہت کم حصوں کی ضرورت ہوتی ہے اور ان میں اعلی استعداد ہوتی ہے، جس کی وجہ سے اعلی پیداواری کارکردگی ہوتی ہے۔ تاہم، سی قسم کی سلکان اسٹیل شیٹس کے لیے مشینی عمل پیچیدہ ہے اور اس کے لیے خصوصی آلات کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے ان کی موجودہ قیمت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔

ای قسم کی سلکان اسٹیل شیٹس، جسے شیل ٹائپ یا فگر ایٹ شیٹس بھی کہا جاتا ہے، بنیادی اور ثانوی وائنڈنگ دونوں کے لیے ایک ہی بوبن کو بانٹنے کا بنیادی فائدہ رکھتا ہے، جس سے کھڑکی کے زیادہ خلائی عنصر (اسپیس فیکٹر کلومیٹر: کھڑکی کے علاقے سے تانبے کے تار کے خالص کراس سیکشنل علاقے کا تناسب) حاصل ہوتا ہے۔ سلیکون سٹیل کی چادریں وائنڈنگز کے گرد ایک حفاظتی خول بناتی ہیں، جو میکانی نقصان کو روکتی ہیں۔ وہ گرمی کی کھپت کا ایک بڑا علاقہ بھی فراہم کرتے ہیں اور مقناطیسی میدان کی بازی کو کم سے کم کرتے ہیں۔ تاہم، وہ بنیادی اور ثانوی وائنڈنگز کے درمیان زیادہ رساو انڈکٹنس اور بیرونی مقناطیسی مداخلت کے لیے زیادہ حساسیت کی نمائش کرتے ہیں۔ مزید برآں، وائنڈنگز کے لمبے اوسط دائرے کی وجہ سے، E-قسم کے ٹرانسفارمرز کو اتنی ہی تعداد میں موڑ اور کور کراس سیکشنل ایریا کے لیے زیادہ تانبے کے تار کی ضرورت ہوتی ہے۔

سلکان اسٹیل شیٹس کے لیے عام موٹائی 0.35 ملی میٹر اور 0.5 ملی میٹر ہے۔ سلکان اسٹیل شیٹس کے لیے اسمبلی کے دو طریقے ہیں: انٹرلیونگ اور بٹ اسٹیکنگ۔ انٹرلیونگ کا طریقہ شیٹس کے کھلے سروں کو مخالف سمتوں پر تبدیل کرتا ہے۔ یہ طریقہ زیادہ تکلیف دہ ہے لیکن اس کے نتیجے میں ہوا کے چھوٹے خلاء اور کم مقناطیسی ہچکچاہٹ ہوتی ہے، جو مقناطیسی بہاؤ کو بڑھانے کے لیے فائدہ مند ہے۔ لہذا، یہ بڑے پیمانے پر پاور ٹرانسفارمرز میں استعمال کیا جاتا ہے. بٹ اسٹیکنگ کا طریقہ عام طور پر براہ راست کرنٹ (DC) والی ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتا ہے۔ DC کرنٹ کی وجہ سے ہونے والی سنترپتی کو روکنے کے لیے، سلکان سٹیل کی چادروں کے درمیان ہوا کا فرق چھوڑنا ضروری ہے۔ اس طریقہ کار میں، E-sheets اور I-sheets کو مخالف سمتوں پر رکھا جاتا ہے، اور ان کے درمیان ہوا کے فرق کو کاغذی شیمز کے ذریعے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔

3. کوائل کی بنیادی اقسام

ان کو تین اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے:
A. TOROIDAL CORE: O-type laminations کو اسٹیک کرکے یا سلیکون اسٹیل شیٹس کو سمیٹ کر بنایا جاتا ہے۔ اس قسم کے کور پر تار کو سمیٹنا بہت مشکل ہے۔
B. ROD CORE: چھڑی کی شکل کا لوہے کا کور۔
C. ڈرم کور: ڈرم کی شکل کا لوہے کا کور۔

4. ٹرانسفارمر کور مواد کی درجہ بندی

1. ہائی فریکوئنسی کیٹیگری: فیرائٹ کور
فیرائٹ کور ہائی فریکوئنسی ٹرانسفارمرز میں استعمال ہوتے ہیں۔ وہ سیرامک ​​میگنےٹ ہیں جن میں اسپنل کرسٹل کی ساخت ہوتی ہے، جو آئرن آکسائیڈ اور دیگر متضاد دھاتی مرکبات پر مشتمل ہوتے ہیں، جیسے kFe₂O₄ (جہاں k دوسری دھاتوں کی نمائندگی کرتا ہے)۔ فی الحال عام طور پر استعمال ہونے والی دھاتوں میں مینگنیج (Mn)، زنک (Zn)، نکل (Ni)، میگنیشیم (Mg)، اور تانبا (Cu) شامل ہیں۔ عام امتزاج میں مینگنیج-زنک (MnZn) سیریز، Nickel-Zinc (NiZn) سیریز، اور Magnesium-Zinc (MgZn) سیریز شامل ہیں۔ یہ مواد 1 kHz سے 200 kHz سے زیادہ تک آپریٹنگ فریکوئنسی رینج کے ساتھ، اعلی پارگمیتا اور رکاوٹ کی خصوصیات کے مالک ہیں۔
فیرائٹ کور فریکوئنسی رینج: 18 کلو ہرٹز سے 1 میگاہرٹز سے زیادہ۔

2. کم فریکوئنسی کیٹیگری: سلیکون اسٹیل شیٹس اور بے ساختہ مرکب
سلکان اسٹیل کور فریکوئنسی رینج: 5 ہرٹز سے 1 کلو ہرٹز۔
سلیکون سٹیل استعمال کرنے والے ٹرانسفارمرز عام طور پر 50 ہرٹج پر کام کرتے ہیں۔ تاہم، کارکردگی کے لحاظ سے، تھوڑا سا زیادہ فریکوئنسی بہتر نتائج دے سکتی ہے، جو سلیکون اسٹیل شیٹ کی گاس درجہ بندی پر منحصر ہے۔ اگرچہ آڈیو فریکوئنسی 20 کلو ہرٹز سے زیادہ ہو سکتی ہے، یہ عملی نہیں ہے۔ یہ 50–60 ہرٹز پر کام کرنے کی سفارش کی جاتی ہے، حالانکہ وہ عام طور پر 50–200 ہرٹز کی فریکوئنسی رینج میں کام کر سکتے ہیں۔
بے ترتیب کور فریکوئنسی رینج: 2 kHz سے 13 kHz۔