Główne funkcje rdzeni transformatorowych

Główne funkcje rdzeni transformatorowych:

Ponieważ transformatory zawsze działają pod napięciem prądu przemiennego (AC), straty mocy występują nie tylko w rezystancji uzwojeń, ale także w rdzeniu w wyniku namagnesowania przez prąd przemienny. Rdzeń transformatora składa się z dwóch części: ramion rdzenia (lub kolumn rdzenia) i jarzm. Uzwojenia (cewki) osadzone są na ramionach rdzenia, natomiast jarzma służą do dopełnienia obwodu magnetycznego. Aby zmniejszyć straty histerezy i prądów wirowych w rdzeniu, zwykle montuje się go poprzez układanie arkuszy stali krzemowej zgodnie z określonymi zasadami. Arkusze te zawierają około 5% krzemu, mają grubość od 0,35 do 0,50 mm i są pokryte obustronnie lakierem izolacyjnym o grubości od 0,01 do 0,13 mm.

Strata histerezy to strata żelaza powstająca podczas procesu magnesowania w wyniku zjawiska histerezy magnetycznej. Wielkość tej straty jest proporcjonalna do obszaru zamkniętego przez pętlę histerezy materiału. Ponieważ stal krzemowa ma wąską pętlę histerezy, zastosowanie jej na rdzeń transformatora powoduje stosunkowo niewielką stratę histerezy, co znacznie zmniejsza stopień nagrzania. Dodatkowo laminowana (arkuszowa) struktura rdzenia pomaga zminimalizować inny rodzaj strat żelaza – utratę prądu wirowego. Kiedy transformator pracuje, prąd przemienny w uzwojeniach w naturalny sposób wytwarza zmienny strumień magnetyczny. Ten zmieniający się strumień magnetyczny indukuje prąd w rdzeniu. Indukowany prąd krąży w płaszczyznach prostopadłych do kierunku strumienia magnetycznego, stąd nazwa „prąd wirowy”. Utrata prądu wirowego powoduje również nagrzewanie się rdzenia. Aby zmniejszyć straty prądów wirowych, rdzeń transformatora jest ułożony w stosy przy użyciu wzajemnie izolowanych blach ze stali krzemowej. Zmusza to prądy wirowe do przepływu wąskimi, wydłużonymi ścieżkami o mniejszych polach przekroju poprzecznego, zwiększając w ten sposób opór elektryczny wzdłuż ścieżki prądu wirowego. Jednocześnie zawartość krzemu w stali zwiększa rezystywność materiału, co służy również zmniejszeniu prądów wirowych.