Введение в классификацию сердечников трансформаторов

1. Категория высоких частот: ферритовые сердечники
Ферритовые сердечники используются в высокочастотных трансформаторах. Это керамические материалы с кристаллической структурой шпинели, состоящие из оксида железа и других соединений двухвалентных металлов (например, kFe₂O₄, где «k» означает другой металл). Обычно используемые металлы включают марганец (Mn), цинк (Zn), никель (Ni), магний (Mg) и медь (Cu).

Общие комбинации включают серию марганец-цинк (MnZn), серию никель-цинк (NiZn) и серию магний-цинк (MgZn). Эти материалы обладают высокими характеристиками магнитной проницаемости и импеданса, что делает их пригодными для рабочих частот от 1 кГц до более 200 кГц.

2. Категория низких частот: Пластины из кремниевой стали
Пластины из кремниевой стали используются в низкочастотных трансформаторах. В зависимости от производственного процесса они делятся на два типа: A: отожженные (черные листы) и N: неотожженные (белые листы). В зависимости от формы они подразделяются на тип EI, тип UI, тип C и квадратный (口) тип.

Кремниевая сталь квадратного типа обычно используется в мощных трансформаторах. Он обеспечивает отличную изоляцию, легкий отвод тепла и короткий магнитный путь. В основном он используется для трансформаторов с номинальной мощностью более 500–1000 Вт и в устройствах большой мощности. Совокупность кремнистой стали, полученная путем объединения двух листов С-типа, называется CD-типом. Для силовых трансформаторов, изготовленных с пластинами типа CD, при одинаковых условиях площади поперечного сечения большая высота окна обеспечивает более высокую мощность.

По мере увеличения мощности трансформатора катушки можно устанавливать отдельно с обеих сторон сердечника. Это позволяет распределить общее количество витков по двум катушкам обмотки, тем самым уменьшая среднюю длину витков на катушку и уменьшая потери в меди. Кроме того, если две симметричные катушки намотаны на отдельные бобины, можно достичь идеальной симметрии. Комплект, состоящий из четырех листов типа С, известен как тип ЭД. Трансформаторы, изготовленные из пластин типа ЭД, имеют плоский широкий профиль; При одинаковой мощности трансформаторы типа ЭД короче, но шире, чем трансформаторы типа CD. Кроме того, поскольку катушки установлены в центре пластин с внешним магнитным путем, поток рассеяния сводится к минимуму, что приводит к снижению общих электромагнитных помех. Однако, поскольку все катушки намотаны на одну толстую бобину, средняя длина витка больше, что приводит к более высоким потерям в меди.

Сердечники C-типа обеспечивают превосходные характеристики, в результате чего трансформаторы становятся компактными, легкими и высокоэффективными. С точки зрения сборки, ламинирование типа C требует меньше деталей и обеспечивает высокую универсальность, что приводит к высокой эффективности производства. Однако ламинирование C-типа включает в себя многочисленные этапы обработки и сложные производственные процедуры, требующие специального оборудования, что делает их текущие затраты относительно высокими.

Кремниевая сталь E-типа, также известная как пластины оболочкового типа или японского стандарта (日型), имеет главное преимущество: первичная и вторичная обмотки размещаются на одной общей бобине, что обеспечивает высокий коэффициент пространства окна (Km: отношение чистой площади поперечного сечения медного провода к площади окна). Пластины образуют защитную оболочку вокруг обмоток, предотвращая механические повреждения. Между тем, большая площадь поверхности способствует лучшему рассеиванию тепла, а расходимость магнитного поля минимальна. Однако он страдает от более высокой индуктивности рассеяния между первичной и вторичной обмотками и большей восприимчивости к внешним магнитным помехам. Кроме того, из-за большего среднего периметра обмоток трансформаторам с сердечником типа EI требуется больше медного провода для того же количества витков и площади поперечного сечения сердечника.

Обычная толщина пластин кремнистой стали составляет 0,35 мм и 0,5 мм.

Существует два основных метода сборки пластин кремнистой стали: чередование и укладка встык. Чередование предполагает чередование открытых концов пластин на противоположных сторонах один за другим. Хотя этот метод и трудоемкий, он минимизирует воздушные зазоры между пластинами и уменьшает магнитное сопротивление, что способствует увеличению магнитного потока; поэтому он широко применяется в силовых трансформаторах. Стыковое соединение обычно используется в приложениях, передающих постоянный ток. Чтобы предотвратить насыщение, вызванное постоянным током, между пластинами необходимо сохранять воздушный зазор. В этом методе Е-образные и двутавровые детали размещаются на противоположных сторонах, а зазор между ними можно регулировать с помощью бумажных прокладок.

3. Категория сердечника катушки: три основных типа.

А. Тороидальный сердечник : формируется путем укладки О-образных пластин или намотки полос кремнистой стали. Намотка катушек на сердечник такого типа представляет собой довольно сложную задачу.
B. Сердечник стержня .
C. Сердечник барабана.