Transformator yadrolarining vazifalari va tasnifi

1. Transformator yadrolarining vazifalari

Amaliy transformatorlar har doim o'zgaruvchan tok (AC) sharoitida ishlaydi. Quvvat yo'qotishlari faqat sariqlarning qarshiligida emas, balki AC magnitlanishi tufayli yadroda ham sodir bo'ladi. Yadro ichidagi quvvat yo'qolishi odatda 'temir yo'qolishi' (yoki yadro yo'qolishi) deb ataladi, bu ikki asosiy omil: 'gisterezis yo'qolishi' va 'girdob oqimining yo'qolishi' bilan bog'liq. Ushbu yo'qotishning kattaligi materialning histerezis halqasi bilan o'ralgan maydonga mutanosibdir. Silikon po'lat tor histerezis halqasiga ega bo'lganligi sababli, uni asosiy material sifatida ishlatish histerezis yo'qotilishini sezilarli darajada kamaytiradi va issiqlik hosil bo'lishini sezilarli darajada kamaytiradi.

Silikon po'latdan bunday afzalliklarga ega ekan, nega yadro kremniy po'latdan yasalgan qattiq blokdan emas, balki yupqa qatlamlarga qayta ishlanadi? Buning sababi shundaki, laminatlangan yadro boshqa turdagi temir yo'qotilishini kamaytiradi - girdob oqimi yo'qolishi. Ish paytida sariqlardagi o'zgaruvchan oqim o'zgaruvchan magnit oqim hosil qiladi. Ushbu o'zgaruvchan magnit oqim yadro ichidagi oqimlarni keltirib chiqaradi. Ushbu induksiyalangan oqimlar magnit oqim yo'nalishiga perpendikulyar tekisliklarda aylanadi va shuning uchun girdab oqimlari deb ataladi. Eddy oqimining yo'qolishi ham yadroning qizib ketishiga olib keladi. Ushbu yo'qotishni minimallashtirish uchun transformator yadrosi bir-biridan izolyatsiya qilingan silikon po'lat plitalarni yig'ish orqali qurilgan. Bu girdab oqimlarini kichikroq tasavvurlar maydoniga ega bo'lgan tor halqalardan oqib o'tishga majbur qiladi va shu bilan girdob oqimi yo'lining elektr qarshiligini oshiradi. Bundan tashqari, po'latdagi kremniy materialning elektr qarshiligini oshiradi, bu esa girdob oqimlarini kamaytirishga yordam beradi. Transformator yadrolari uchun odatda 0,35 mm qalinlikdagi sovuq haddelenmiş silikon po'lat plitalar tanlanadi. Ular kerakli o'lchamlarga ko'ra to'rtburchaklar chiziqlarga kesiladi va keyin 'sakkizinchi raqam' yoki to'rtburchaklar ramka shaklini hosil qilish uchun yig'iladi. Nazariy jihatdan, kremniy po'lat plitalari qanchalik yupqaroq bo'lsa va chiziqlar qanchalik tor bo'lsa, girdob oqimlarini kamaytirish ta'siri shunchalik yaxshi bo'ladi. Bu nafaqat oqim yo'qotilishini kamaytiradi va harorat ko'tarilishini pasaytiradi, balki materialni ham tejaydi. Biroq, haqiqiy ishlab chiqarishda bu qulay omillar yagona e'tiborga loyiq emas. Choyshablarni juda nozik va tor qilish ish vaqtini sezilarli darajada oshiradi va yadroning samarali kesishish maydonini kamaytiradi. Shuning uchun, kremniy po'lat yadrolarni ishlab chiqarishda optimal o'lchamlarni tanlash uchun muayyan holatlarga asoslanib, ijobiy va salbiy tomonlarini tortish kerak.

Transformatorlar elektromagnit induksiya printsipi asosida ishlab chiqariladi. Yopiq yadro a'zosi atrofida ikkita sariq o'ralgan: birlamchi o'rash va ikkilamchi o'rash. Birlamchi o'rashga o'zgaruvchan tok kuchlanishi qo'llanilganda, u orqali o'zgaruvchan tok o'tib, magnit harakatlantiruvchi kuchni (MMF) o'rnatadi. Ushbu MMF ta'siri ostida yadroda o'zgaruvchan asosiy magnit oqim hosil bo'ladi. Ushbu asosiy magnit oqim birlamchi va ikkilamchi o'rashlardan o'tadi va bog'laydi. Elektromagnit induktsiya tufayli ikkala o'rashda elektromotor kuchlar (EMF) hosil bo'ladi. Uning kuchlanishni oshirishi yoki pasaytirishi sababi Lenz qonuni bilan izohlanadi: induksiyalangan oqim tomonidan hosil qilingan magnit oqim har doim dastlabki magnit oqimining o'zgarishiga qarshi turadi. Dastlabki magnit oqim kuchayganda, induksiyalangan oqim tomonidan ishlab chiqarilgan magnit oqim unga qarshi turadi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, ikkilamchi o'rashdagi induktsiyalangan magnit oqim birlamchi o'rash tomonidan ishlab chiqarilgan asosiy magnit oqimga qarama-qarshi bo'lib, ikkinchi darajali o'rashda past darajadagi o'zgaruvchan kuchlanishga olib keladi. Shunday qilib, yadro transformatorning magnit davri bo'lib xizmat qiladi, sariqlar esa uning elektr davrini tashkil qiladi.

2. Transformator yadro konfiguratsiyasining tasnifi

Shell tipidagi va yadro tipidagi yadrolar

Yadroning o'rashlar o'ralgan qismi 'yadro a'zosi' deb ataladi, o'rashlari bo'lmagan, lekin faqat magnit yo'l vazifasini bajaradigan qismi 'bo'yinturuq' deb ataladi. Yadro o'rashlarni o'rab turganda, yadro 'qobiq tipidagi' deb ataladi. Qobiq tipidagi va yadro tipidagi konfiguratsiyalarning har biri o'ziga xos xususiyatlarga ega, ammo ular belgilaydigan ishlab chiqarish jarayonlari sezilarli darajada farq qiladi. Muayyan tuzilma tanlanganidan keyin boshqasiga o'tish qiyin. Xitoyda ko'pchilik transformator yadrolari yig'ilgan yadro tipidagi dizayndan foydalanadi.

Silikon po'lat plitalar past chastotali transformatorlar uchun ishlatiladi va har xil turdagi. Ishlab chiqarish jarayoniga ko'ra ularni quyidagilarga bo'lish mumkin:
A: tavlangan (qora choyshablar)
N: tavlanmagan (oq choyshablar)

Shakliga ko'ra ularni quyidagilarga bo'lish mumkin: EI tipi, UI tipi, C tipi va kvadrat (og'iz) tipi.

Kvadrat tipidagi silikon po'lat plitalar odatda yuqori quvvatli transformatorlarda qo'llaniladi. Ular mukammal izolyatsiya ko'rsatkichlari, issiqlik tarqalishining qulayligi va qisqa magnit yo'lni taklif qiladi. Ular birinchi navbatda quvvati 500-1000 Vt dan yuqori bo'lgan transformatorlar va yuqori quvvatli transformatorlar uchun ishlatiladi. Ikkita C tipidagi varaqlardan tashkil topgan silikon po'lat plitalar to'plami CD tipidagi yadro deb ataladi. CD-tipli varaqlar bilan ishlab chiqarilgan quvvat transformatorlari uchun bir xil tasavvurlar maydoni ostida, deraza qanchalik baland bo'lsa, transformatorning quvvat quvvati shunchalik katta bo'ladi. Bobinlar yadroning har ikki tomoniga alohida o'rnatilishi mumkinligi sababli, g'altakning burilish soni ikkita bobin bo'ylab taqsimlanishi mumkin, bu esa har bir bobinning o'rtacha burilish uzunligini qisqartiradi va mis yo'qotilishini kamaytiradi. Bundan tashqari, agar ikkita nosimmetrik bobin alohida bobinlarga o'ralgan bo'lsa, mukammal simmetriyaga erishish mumkin.

To'rtta C tipidagi varaqlardan tashkil topgan silikon po'lat plitalar to'plamiga ED tipidagi yadro deyiladi. ED tipidagi yadrolar bilan ishlab chiqarilgan transformatorlar tekis, keng profilga ega. Xuddi shu quvvat darajasida ED tipidagi transformatorlar CD tipidagi transformatorlarga qaraganda qisqaroq va kengroqdir. Bobinlar tashqi magnit yo'l bilan silikon po'lat plitalarning markaziga o'rnatilganligi sababli, ular past oqish oqimini va atrofdagi qismlarga minimal shovqinni ko'rsatadi. Shu bilan birga, barcha rulonlar bitta qalin bobinga o'raladi, buning natijasida o'rtacha burilish uzunligi va mis yo'qotilishi yuqori bo'ladi.

C tipidagi yadrolar yuqori ishlashni taklif qiladi, natijada transformatorlar ixcham, engil va yuqori samarali bo'ladi. Yig'ish nuqtai nazaridan, C tipidagi yadrolar juda kam qismlarni talab qiladi va yuqori ko'p qirrali bo'lib, yuqori ishlab chiqarish samaradorligiga olib keladi. Biroq, C tipidagi silikon po'lat plitalar uchun ishlov berish jarayoni murakkab va maxsus jihozlarni talab qiladi, bu ularning joriy narxini nisbatan yuqori qiladi.

E-tipli kremniy po'lat plitalar, shuningdek, qobiq tipidagi yoki sakkizinchi varaqlar sifatida ham tanilgan, birlamchi va ikkilamchi o'rash uchun bitta bobinni bo'lishning asosiy afzalligiga ega bo'lib, yuqori oyna bo'shlig'i koeffitsientini beradi (Space Factor Km: mis simning aniq tasavvurlar maydonining deraza maydoniga nisbati). Silikon po'lat plitalar o'rash atrofida himoya qobig'ini hosil qiladi, bu mexanik shikastlanishning oldini oladi. Ular shuningdek, katta issiqlik tarqalish maydonini ta'minlaydi va magnit maydonning tarqalishini minimallashtiradi. Shu bilan birga, ular birlamchi va ikkilamchi o'rashlar o'rtasida yuqori qochqin indüktansını va tashqi magnit shovqinlarga nisbatan ko'proq sezgirlikni namoyish etadilar. Bundan tashqari, sariqlarning o'rtacha perimetri uzoqroq bo'lganligi sababli, E tipidagi transformatorlar bir xil miqdordagi burilishlar va yadro kesma maydoni uchun ko'proq mis simni talab qiladi.

Silikon po'lat plitalar uchun umumiy qalinligi 0,35 mm va 0,5 mm. Silikon po'lat plitalarni yig'ishning ikkita usuli mavjud: interleaving va dumba-stacking. Interleaving usuli choyshablarning ochiq uchlarini qarama-qarshi tomonlarga almashtiradi. Bu usul ancha zerikarli, lekin kichikroq havo bo'shliqlari va magnit oqimning ko'payishi uchun foydali bo'lgan magnit istamaslikning pastligiga olib keladi; shuning uchun u quvvat transformatorlarida keng qo'llaniladi. Butt-stacking usuli odatda to'g'ridan-to'g'ri oqim (DC) bo'lgan ilovalarda qo'llaniladi. Doimiy oqimdan kelib chiqadigan to'yinganlikni oldini olish uchun silikon po'lat plitalar orasida havo bo'shlig'ini qoldirish kerak. Bu usulda elektron varaqlar va I varaqlar qarama-qarshi tomonlarga joylashtiriladi va ular orasidagi havo bo'shlig'ini qog'oz shimlari yordamida sozlash mumkin.

3. Bobin yadrosi turlari

Ular uch turga bo'linadi:
A. TOROIDAL YARO: O-tipli laminatsiyalarni yig'ish yoki kremniy po'lat plitalarni o'rash orqali amalga oshiriladi. Ushbu turdagi yadroda simni o'rash juda qiyin.
B. ROD OZAGI: novda shaklidagi temir yadro.
C. BARABAN YARAGI: baraban shaklidagi temir yadro.

4. Transformator yadro materiallarining tasnifi

1. Yuqori chastotali toifa: Ferrit yadrolari
Ferrit yadrolari yuqori chastotali transformatorlarda qo'llaniladi. Ular temir oksidi va kFe₂O₄ kabi boshqa ikki valentli metall birikmalardan tashkil topgan shpinel kristalli tuzilishga ega keramik magnitlardir (bu erda k boshqa metallarni ifodalaydi). Hozirgi vaqtda tez-tez ishlatiladigan metallarga marganets (Mn), rux (Zn), nikel (Ni), magniy (Mg) va mis (Cu) kiradi. Umumiy kombinatsiyalarga marganets-sink (MnZn) seriyasi, nikel-sink (NiZn) seriyasi va magniy-sink (MgZn) seriyasi kiradi. Ushbu materiallar yuqori o'tkazuvchanlik va empedans xususiyatlariga ega, ish chastotasi diapazoni 1 kHz dan 200 kHz gacha.
Ferrit yadro chastota diapazoni: 18 kHz dan 1 MGts dan ortiq.

2. Past chastotali toifa: Silikon po'lat plitalar va amorf qotishmalar
Silikon po'latdan yasalgan yadro chastota diapazoni: 5 Hz dan 1 kHz gacha.
Silikon po'latdan foydalanadigan transformatorlar odatda 50 Gts chastotada ishlaydi. Biroq, samaradorlik nuqtai nazaridan, silikon po'latdan yasalgan qatlamning Gauss reytingiga qarab, biroz yuqoriroq chastota yaxshi natijalar berishi mumkin. Ovoz chastotalari 20 kHz dan yuqori bo'lishi mumkin bo'lsa-da, bu amaliy emas. 50-60 Gts chastotada ishlash tavsiya etiladi, ammo ular 50-200 Gts chastota diapazonida normal ishlashi mumkin.
Amorf yadro chastota diapazoni: 2 kHz dan 13 kHz gacha.