De ce sunt stivuite miezurile transformatoarelor în loc de solide

De ce se folosește oțelul siliconic pentru miezurile transformatoarelor

Oțelul siliconic este un material magnetic cu un conținut de siliciu de aproximativ 0,8% până la 4,8%. Are o conductivitate magnetică puternică, astfel încât o bobină alimentată poate produce o densitate mare a fluxului magnetic în miez, ceea ce reduce dimensiunea și greutatea transformatorului. În plus, siliciul crește rezistivitatea electrică a oțelului, ceea ce ajută la limitarea curenților turbionari.

Două surse de pierdere a fierului

Un transformator care funcționează pe curent alternativ suferă pierderi de putere nu numai în rezistența bobinei, ci și în miez, care este magnetizat și demagnetizat continuu. Această pierdere în miez se numește pierdere de fier și are două componente: pierderea prin histerezis și pierderea curenților turbionari.

Pierderea histerezisului

Pierderea de histerezis este cauzată de fenomenul de histerezis în procesul de magnetizare a miezului. Mărimea sa este proporțională cu suprafața închisă de bucla de histerezis a materialului. Oțelul siliconic are o buclă de histerezis îngustă, astfel încât un miez din oțel silicon are pierderi mici de histerezis și generează mai puțină căldură.

Pierderea curentului turbionar

Când transformatorul funcționează, fluxul alternativ induce curenți în miez. Acești curenți induși circulă în planuri perpendiculare pe direcția fluxului și se numesc curenți turbionari. Pierderea curenților turbionari încălzește miezul și trebuie redusă la minimum prin proiectare.

De ce miezul este stivuit din foi subțiri

Pentru a reduce pierderea curenților turbionari, miezul este stivuit din foi subțiri de oțel siliconic care sunt izolate una de cealaltă. Învelișul izolator rupe calea curenților turbionari în secțiuni înguste, crescând rezistența de-a lungul circuitului curenților turbionari și reducând magnitudinea curentului. Conținutul de siliciu crește și mai mult rezistivitatea materialului. Acesta este motivul pentru care miezurile transformatoarelor sunt mai degrabă laminate decât prelucrate din oțel solid.

Grosimea laminarii și schimburile practice{0}}

Pentru transformatoarele de distribuție, se selectează în mod obișnuit foi de oțel siliciu laminat-la rece de 0,35 mm grosime, în timp ce modelele cu eficiență-mai mare folosesc material de 0,23 mm, 0,27 mm sau 0,30 mm. Foile sunt tăiate în benzi conform dimensiunilor miezului și suprapuse pentru a forma miezul. În principiu, foile mai subțiri și benzile mai înguste reduc pierderile curenților turbionari mai eficient, ceea ce scade pierderea și creșterea temperaturii. Cu toate acestea, laminatele foarte subțiri măresc forța de producție și reduc secțiunea transversală efectivă a miezului-din cauza ponderii mai mari a izolației dintre foi. Prin urmare, designerii echilibrează performanța de pierdere, factorul de stivuire și costul de producție pentru a alege dimensiunea optimă de laminare.

Forme de bază și asamblare

Miezurile laminate sunt asamblate în forme precum tipul EI pentru unitățile monofazate și configurația fereastră sau cu trei-ramuri pentru transformatoarele cu trei-fazate. Laminarile sunt intercalate la imbinari pentru a reduce reticenta intrefierului si a mentine circuitul magnetic continuu.

Specificația de construcție de bază

Tabelul de mai jos arată o specificație tipică de construcție a miezului pentru miezurile laminate mici, unde a este grosimea construcției, b este lățimea ferestrei, c este înălțimea miezului, d este lățimea miezului și e este lungimea miezului.

FAQ

Î1: De ce să nu faceți miezul transformatorului dintr-o singură bucată solidă de oțel?

Un miez solid ar permite curenților turbionari mari să circule în oțel, producând pierderi mari de curenți turbionari și încălzire excesivă. Laminarea miezului în foi subțiri izolate rupe căile curenților turbionari și reduce dramatic această pierdere.

Î2: Care este diferența dintre pierderea prin histerezis și pierderea curenților turbionari?

Pierderea de histerezis provine din energia necesară pentru a inversa domeniile magnetice în fiecare ciclu AC și depinde de zona buclei de histerezis. Pierderea curenților turbionari provine de la curenții induși în miez de fluxul alternativ și depinde de rezistivitate și grosimea de laminare.

Î3: De ce se adaugă siliciu la oțelul transformatorului?

Siliciul crește rezistivitatea electrică a oțelului, reduce pierderea prin histerezis prin îngustarea buclei de histerezis și scade magnetostricția, toate acestea îmbunătățesc eficiența transformatorului.

Î4: Ce grosime de laminare este tipică pentru miezurile transformatoarelor?

Grosimile comune sunt 0,35 mm pentru transformatoarele de distribuție standard și 0,23 mm, 0,27 mm sau 0,30 mm pentru proiecte cu eficiență mai mare-.

Î5: Care este factorul de stivuire al unui miez laminat?

Factorul de stivuire este raportul dintre secțiunea transversală reală-oțelului și secțiunea transversală- geometrică a miezului, de obicei 0,95-0,98. Este redusă de stratul de izolație de pe fiecare laminare și de golurile de aer dintre foi.

Î6: Laminările mai subțiri îmbunătățesc întotdeauna performanța transformatorului?

Laminarile mai subtiri reduc pierderile de curent turbionar, dar cresc costul de fabricatie si reduc factorul de stivuire. Grosimea optimă echilibrează reducerea pierderilor cu caracterul practic și costul producției.