Wprowadzenie do materiałów rdzeni transformatorowych

Wprowadzenie do materiałów na rdzeń transformatora

Rdzeń transformatora składa się z blach ze stali krzemowej. Aby zmniejszyć straty mocy (wytwarzanie ciepła) w rdzeniu, buduje się go poprzez ułożenie arkuszy stali krzemowej o grubości od 0,23 do 0,5 mm. Blachy ze stali krzemowej stosowane w transformatorach mają bardzo wysoką zawartość krzemu. Obie strony każdego arkusza pokryte są lakierem izolacyjnym, który izoluje ułożone w stos arkusze od siebie. Grubość tego lakieru izolacyjnego wynosi zaledwie kilka mikrometrów (μm).

Blachy stalowe walcowane na zimno są obecnie szeroko stosowane w transformatorach mocy. W porównaniu do stosowanych w przeszłości blach stalowych walcowanych na gorąco, znacznie zmniejszają one wagę i wymiary transformatora przy tej samej mocy (moc znamionowa). Dzieje się tak dlatego, że blachy stalowe walcowane na zimno wykazują bardzo wysoką przenikalność magnetyczną, gdy są namagnesowane wzdłuż kierunku walcowania.

Blachy ze stali krzemowej należą do kategorii miękkich materiałów magnetycznych. Materiały magnetyczne charakteryzują się anizotropią i różnymi odrębnymi właściwościami. Oznacza to, że mają jeden lub więcej kierunków o doskonałych właściwościach magnetycznych. Po namagnesowaniu do nasycenia wzdłuż tych kierunków wymagana energia jest minimalna; dlatego te kierunki nazywane są „łatwymi osiami namagnesowania”. Energia potrzebna do nasycenia materiału w innych kierunkach przekracza energię łatwych osi. W związku z tym, stosując różne materiały magnetyczne, należy zwrócić uwagę na ich specyficzną orientację magnetyczną. Różne materiały magnetyczne wykazują wyraźne zalety w zakresie właściwości magnetycznych.

Blachy ze stali krzemowej są jednym z kluczowych materiałów do produkcji transformatorów, a ich właściwości użytkowe bezpośrednio wpływają na ogólną wydajność i wymiary geometryczne transformatora. Najpierw należy jasno określić właściwości arkuszy stali krzemowej, a następnie określić średnicę ramienia rdzenia, pole przekroju poprzecznego i pole przekroju poprzecznego jarzma. Ostateczne specyfikacje rdzenia określane są po zakończeniu obliczeń uzwojenia.

Blachy ze stali krzemowej stosowane w rdzeniach obejmują typy walcowane na gorąco (takie jak DR315-50, DR290-50) i typy walcowane na zimno. Ten pierwszy charakteryzuje się gorszą wydajnością i wyższą stratą właściwą (stratą na jednostkę), podczas gdy drugi oferuje lepszą wydajność i mniejszą stratę właściwą, co czyni go preferowanym wyborem w przypadku transformatorów o niskich stratach. W nowoczesnych transformatorach niskostratnych zastosowano wysokiej jakości blachy ze stali krzemowej walcowanej na zimno o zorientowanym ziarnie.