Introduzione ai materiali dei nuclei dei trasformatori

Introduzione ai materiali del nucleo del trasformatore

Il nucleo del trasformatore è composto da lamiere di acciaio al silicio. Per ridurre la perdita di potenza (generazione di calore) all'interno del nucleo, questo è costruito impilando lamiere di acciaio al silicio con uno spessore compreso tra 0,23 e 0,5 mm. Le lamiere di acciaio al silicio utilizzate nei trasformatori hanno un contenuto di silicio molto elevato. Entrambi i lati di ciascun foglio sono rivestiti con vernice isolante, che isola i fogli impilati uno dall'altro. Lo spessore di questa vernice isolante è di pochi micrometri (μm).

Le lamiere di acciaio laminate a freddo sono ora ampiamente utilizzate nei trasformatori di potenza. Rispetto alle lamiere di acciaio laminate a caldo utilizzate in passato, riducono notevolmente il peso e le dimensioni del trasformatore a parità di capacità (potenza). Questo perché le lamiere di acciaio laminate a freddo mostrano una permeabilità magnetica molto elevata quando magnetizzate lungo la direzione di laminazione.

Le lamiere di acciaio al silicio appartengono alla categoria dei materiali magnetici morbidi. I materiali magnetici possiedono anisotropia e varie caratteristiche distinte. Ciò significa che hanno una o più direzioni con proprietà magnetiche superiori. Quando magnetizzato fino alla saturazione lungo queste direzioni, l'energia richiesta è minima; pertanto, queste direzioni sono chiamate 'assi facili di magnetizzazione'. L'energia richiesta per saturare il materiale in altre direzioni supera quella degli assi facili. Di conseguenza, quando si utilizzano diversi materiali magnetici, è fondamentale prestare attenzione al loro specifico orientamento magnetico. Diversi materiali magnetici dimostrano distinti vantaggi nelle loro prestazioni magnetiche.

Le lamiere di acciaio al silicio sono uno dei materiali chiave per la produzione di trasformatori e le loro prestazioni influiscono direttamente sulle prestazioni complessive e sulle dimensioni geometriche del trasformatore. Le proprietà delle lamiere di acciaio al silicio devono essere innanzitutto definite chiaramente, quindi determinare il diametro del lembo del nucleo, l'area della sezione trasversale e l'area della sezione trasversale del giogo. Le specifiche finali del nucleo vengono determinate dopo aver completato i calcoli dell'avvolgimento.

Le lamiere di acciaio al silicio utilizzate nei nuclei includono tipi laminati a caldo (come DR315-50, DR290-50) e tipi laminati a freddo. Il primo ha prestazioni inferiori e perdite specifiche più elevate (perdite per unità), mentre il secondo offre prestazioni migliori e perdite specifiche inferiori, rendendolo la scelta preferita per i trasformatori a basse perdite. I moderni trasformatori a basse perdite utilizzano lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo di alta qualità a grani orientati.