دلیل اینکه ترانسفورماتورها از ورق های فولادی سیلیکونی برای هسته خود استفاده می کنند.

برای کاهش نوع دیگری از اتلاف آهن - 'اتلاف جریان گردابی'. وقتی ترانسفورماتور در حال کار است، جریان متناوب در سیم پیچ ها وجود دارد و شار مغناطیسی که تولید می کند، البته متناوب است. این شار مغناطیسی در حال تغییر، جریانی را در هسته آهنی القا می کند. جریان القایی در هسته آهنی در صفحه ای عمود بر جهت شار مغناطیسی گردش می کند، از این رو جریان گردابی نامیده می شود. از دست دادن جریان گردابی نیز باعث گرم شدن هسته آهنی می شود.

چرا از ورق های فولادی سیلیکونی برای هسته های ترانسفورماتور استفاده می شود؟ مزایای آن:

هسته های ترانسفورماتور معمولی معمولاً از ورق های فولادی سیلیکونی ساخته می شوند. فولاد سیلیکونی نوعی فولاد آلیاژ شده با سیلیکون (که سیلیسید نیز نامیده می شود)، با محتوای سیلیکون 0.8-4.8٪ است. فولاد سیلیکونی برای هسته های ترانسفورماتور استفاده می شود زیرا یک ماده مغناطیسی بسیار نفوذپذیر است. در یک سیم‌پیچ پرانرژی، می‌تواند شدت القای مغناطیسی بزرگ‌تری ایجاد کند، بنابراین اجازه می‌دهد تا اندازه ترانسفورماتور کاهش یابد.

می دانیم که ترانسفورماتورهای واقعی همیشه تحت شرایط جریان متناوب کار می کنند. از دست دادن توان نه تنها در مقاومت سیم پیچ ها بلکه در هسته آهنی تحت مغناطیسی شدن توسط جریان متناوب رخ می دهد. اتلاف توان در هسته آهنی معمولاً «اتلاف آهن» نامیده می‌شود که توسط دو عامل ایجاد می‌شود: «افت هیسترزیس» و «افت جریان گردابی».

از دست دادن هیسترزیس اتلاف آهن ناشی از پدیده هیسترزیس در طی فرآیند مغناطیسی هسته آهن است. بزرگی این تلفات با ناحیه محصور شده توسط حلقه پسماند ماده متناسب است. فولاد سیلیکونی دارای یک حلقه پسماند باریک است، بنابراین استفاده از آن برای هسته‌های ترانسفورماتور منجر به از دست دادن پسماند کمتری می‌شود و تولید گرما را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

از آنجایی که فولاد سیلیکونی دارای مزایای فوق است، چرا به جای پردازش آن به ورق از یک بلوک جامد از فولاد سیلیکونی برای هسته استفاده نکنید؟

این به این دلیل است که هسته چند لایه می تواند نوع دیگری از اتلاف آهن را کاهش دهد - 'اتلاف جریان گردابی'. وقتی یک ترانسفورماتور کار می کند، جریان متناوب در سیم پیچ ها وجود دارد و شار مغناطیسی که تولید می کند، البته متناوب است. این شار مغناطیسی در حال تغییر، جریانی را در هسته آهنی القا می کند. جریان القایی در هسته آهنی در صفحه ای عمود بر جهت شار مغناطیسی گردش می کند، از این رو جریان گردابی نامیده می شود. از دست دادن جریان گردابی نیز باعث گرم شدن هسته آهنی می شود. برای کاهش تلفات جریان گردابی، هسته ترانسفورماتور از ورق های فولادی سیلیکونی انباشته شده ساخته شده است که از یکدیگر عایق شده اند. این جریان‌های گردابی را وادار می‌کند تا در مسیرهای باریک و کشیده از میان مقاطع کوچک‌تر عبور کنند و مقاومت در مسیر جریان گردابی را افزایش دهند. به طور همزمان، سیلیکون موجود در فولاد، مقاومت ماده را افزایش می دهد و جریان گردابی را کاهش می دهد.

هسته های ترانسفورماتور معمولاً از ورق های فولادی سیلیکونی نورد سرد با ضخامت 0.35 میلی متر ساخته می شوند. این ورق ها با توجه به ابعاد هسته مورد نیاز به نوارهای مستطیلی بریده می شوند و سپس به شکل 'E' یا 'I' روی هم قرار می گیرند. از نظر تئوری، برای به حداقل رساندن جریان های گردابی، ورق های فولادی سیلیکونی نازک تر و نوارهای باریک تر موثرتر خواهند بود. این نه تنها تلفات جریان گردابی و افزایش دما را کاهش می دهد، بلکه باعث صرفه جویی در مصرف مواد فولادی سیلیکونی می شود. با این حال، در عمل، هنگام ساخت هسته های فولادی سیلیکونی، نمی توان این مزایا را صرفاً در نظر گرفت، زیرا انجام این کار زمان ساخت را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و سطح مقطع موثر هسته را کاهش می دهد. بنابراین هنگام ساخت هسته های ترانسفورماتور از ورق های فولادی سیلیکونی، باید شرایط خاص را در نظر گرفت و برای انتخاب ابعاد مناسب، تعادلی از مزایا و معایب سنجیده شود.