Wprowadzenie do klasyfikacji rdzeni transformatorów

1. Kategoria wysokiej częstotliwości: Rdzenie ferrytowe
Rdzenie ferrytowe są stosowane w transformatorach wysokiej częstotliwości. Są to materiały ceramiczne o strukturze krystalicznej spinelu, składające się z tlenku żelaza i innych związków metali dwuwartościowych (np. kFe₂O₄, gdzie „k” oznacza inny metal). Powszechnie stosowane metale obejmują mangan (Mn), cynk (Zn), nikiel (Ni), magnez (Mg) i miedź (Cu).

Typowe kombinacje obejmują serię manganu i cynku (MnZn), serię niklu i cynku (NiZn) oraz serię magnezu i cynku (MgZn). Materiały te charakteryzują się wysoką przenikalnością magnetyczną i charakterystyką impedancji, dzięki czemu nadają się do pracy w zakresie częstotliwości roboczych od 1 kHz do ponad 200 kHz.

2. Kategoria niskiej częstotliwości: Laminaty stali krzemowej
Laminaty stali krzemowej są stosowane w transformatorach niskiej częstotliwości. W oparciu o procesy produkcyjne dzieli się je na dwa typy: A: wyżarzane (blachy czarne) i N: Niewyżarzane (blachy białe). W zależności od kształtu dzieli się je na typu EI, typu UI, typu C i typu kwadratowego (口).

Stal krzemowa typu kwadratowego jest powszechnie stosowana w transformatorach dużej mocy. Zapewnia doskonałą izolację, łatwe odprowadzanie ciepła i krótką ścieżkę magnetyczną. Stosowany jest głównie w transformatorach o mocy znamionowej większej niż 500–1000 W oraz w zastosowaniach wymagających dużej mocy. Zestaw stali krzemowej utworzony przez połączenie dwóch arkuszy typu C nazywany jest typem CD. W przypadku transformatorów mocy wykonanych z laminatów typu CD, w identycznych warunkach pola przekroju poprzecznego, większa wysokość okna pozwala na większą moc.

W miarę wzrostu mocy transformatora cewki można instalować oddzielnie po obu stronach rdzenia. Umożliwia to rozłożenie całkowitej liczby zwojów na dwie szpule uzwojenia, zmniejszając w ten sposób średnią długość zwoju na szpulę i zmniejszając straty miedzi. Dodatkowo, jeśli na oddzielnych szpulach nawiniemy dwie symetryczne cewki, można uzyskać idealną symetrię. Zestaw utworzony z czterech arkuszy typu C nazywany jest typem ED. Transformatory wykonane z laminatów typu ED posiadają płaski, szeroki profil; przy tej samej mocy transformatory typu ED są krótsze, ale szersze niż transformatory typu CD. Co więcej, ponieważ cewki są zamontowane pośrodku warstw z zewnętrzną ścieżką magnetyczną, strumień upływu jest zminimalizowany, co skutkuje niższymi ogólnymi zakłóceniami elektromagnetycznymi. Ponieważ jednak wszystkie cewki są nawinięte na pojedynczą grubą szpulę, średnia długość zwoju jest dłuższa, co prowadzi do większych strat miedzi.

Rdzenie typu C zapewniają doskonałą wydajność, dzięki czemu transformatory są kompaktowe, lekkie i bardzo wydajne. Z punktu widzenia montażu laminaty typu C wymagają mniejszej liczby części i oferują dużą wszechstronność, co prowadzi do wysokiej wydajności produkcji. Jednakże laminowanie typu C wiąże się z wieloma etapami przetwarzania i złożonymi procedurami produkcyjnymi wymagającymi specjalistycznego sprzętu, co sprawia, że ​​ich obecne koszty są stosunkowo wysokie.

Stal krzemowa typu E, znana również jako laminaty skorupowe lub zgodne ze standardem japońskim (日型), ma główną zaletę polegającą na umieszczeniu zarówno uzwojenia pierwotnego, jak i wtórnego na jednej wspólnej szpulce, co pozwala uzyskać wysoki współczynnik przestrzeni okna (Km: stosunek pola przekroju poprzecznego netto drutu miedzianego do powierzchni okna). Laminacje tworzą powłokę ochronną wokół uzwojeń, zapobiegając uszkodzeniom mechanicznym. Tymczasem duża powierzchnia ułatwia lepsze odprowadzanie ciepła, a rozbieżność pola magnetycznego jest minimalna. Jednakże charakteryzuje się wyższą indukcyjnością rozproszenia pierwotnego do wtórnego i większą podatnością na zewnętrzne zakłócenia magnetyczne. Dodatkowo, ze względu na większy średni obwód uzwojeń, transformatory rdzeniowe typu EI wymagają większej ilości drutu miedzianego przy tej samej liczbie zwojów i polu przekroju poprzecznego rdzenia.

Typowe grubości laminatów ze stali krzemowej wynoszą 0,35 mm i 0,5 mm.

Istnieją dwie główne metody montażu laminatów ze stali krzemowej: przeplatanie i układanie na styk. Przeplatanie polega na naprzemiennym zmienianiu otwartych końców laminatów po przeciwnych stronach, jeden po drugim. Chociaż metoda ta jest pracochłonna, minimalizuje szczeliny powietrzne pomiędzy warstwami i zmniejsza niechęć magnetyczną, co pomaga zwiększyć strumień magnetyczny; dlatego jest szeroko stosowany w transformatorach mocy. Łączenie doczołowe jest zwykle stosowane w zastosowaniach przenoszących prąd stały. Aby zapobiec nasyceniu spowodowanemu prądem stałym, pomiędzy warstwami należy zachować szczelinę powietrzną. W tej metodzie elementy E i I umieszczane są po przeciwnych stronach, a odstęp między nimi można regulować za pomocą podkładek papierowych.

3. Kategoria rdzenia cewki: trzy główne typy

A. Rdzeń toroidalny : uformowany przez ułożenie warstw w kształcie litery O lub przez nawinięcie pasków stali krzemowej. Nawijanie cewek na tego typu rdzeń jest dość trudne.
B. Rdzeń pręta .
C. Rdzeń bębna.