Материалы сердечника трансформатора и детали конструкции

Сердечник — это, по сути, сердце любого силового трансформатора -, это магнитная цепь, от которой зависит все остальное. Материалы, которые вы выбираете, и способ их проектирования оказывают огромное влияние на потери холостого хода, общую эффективность, уровень шума, размер и, конечно же, стоимость.

Сегодня большинство сердечников трансформаторов делятся на две большие категории: традиционные кристаллические материалы и новые энергосберегающие-аморфные или нанокристаллические материалы. Выбор обычно сводится к балансу плотности потока насыщения, потерь в сердечнике, простоты изготовления и цены.

Кремниевая сталь (зернистая-ориентированная электротехническая сталь)Это по-прежнему наиболее широко используемый вариант -, на него приходится около 90 % рынка. По сути, это железо с небольшим количеством кремния (обычно около 3–4,5%), раскатанное в тонкие листы, обычно толщиной от 0,23 до 0,35 мм для стандартных трансформаторов 50/60 Гц.

Что в этом хорошего? Он имеет высокую температуру насыщения (около 1,9–2,0 Т), относительно дешев, его легко штамповать и укладывать, он хорошо держит механические свойства. Обратной стороной является то, что он имеет более высокие потери в сердечнике по сравнению с более новыми материалами, особенно в условиях холостого хода, и потери резко возрастают, если вы увеличиваете частоту.

Аморфный сплав (металлическое стекло)Они изготовлены из сплавов-на основе железа, которые очень быстро охлаждаются, образуя не-кристаллическую,-подобную стеклу структуру. Ленты очень тонкие -, всего от 20 до 35 микрометров.

Большим преимуществом являются значительно меньшие потери на холостом ходу--, часто на 60–80 % меньше, чем у кремнистой стали -, и гораздо меньший ток возбуждения. Они также более экологичны и требуют меньше материалов при производстве. С другой стороны, плотность потока насыщения ниже (около 1,5–1,6 Тл), поэтому нужен сердечник немного большего размера. Они также хрупкие, чувствительные к механическим воздействиям и немного дороже. Тем не менее, для распределительных трансформаторов с низкими или переменными нагрузками (например, сельские сети или установки возобновляемой энергетики) экономия энергии обычно со временем окупает дополнительные затраты.

Нанокристаллический сплавЭто вариант с высокой-производительностью. Вы начинаете с аморфного материала, а затем тщательно его отжигаете, чтобы создать крошечные нанокристаллы, смешанные с аморфной фазой.

Он дает вам лучшее из обоих миров: очень низкие потери (особенно на более высоких частотах), высокую проницаемость и приличную насыщенность. Единственными реальными недостатками являются более высокая стоимость и более сложный производственный процесс. Чаще всего их можно увидеть в высокочастотных-переключаемых-блоках питания, среднечастотных-трансформаторах или новейших-полупроводниковых-трансформаторах.

При проектировании сердечника инженеры в основном пытаются создать максимально эффективный магнитный путь, сохраняя при этом потери, воздушные зазоры и шум как можно ниже.

Существует два основных способа его создания:

Ламинированные (сложенные) сердечники– классический подход. Тонкие листы складываются вместе, часто в форме E-I или ступенчатой ​​формы. Изоляция между листами помогает снизить вихревые токи, но в стыках неизбежно образуются небольшие воздушные зазоры.

Раневые ядра– очень часто встречается с аморфной лентой. Материалу непрерывно наматывают тороидальные или трехмерные формы. Это обеспечивает более гладкий магнитный путь с меньшим количеством зазоров, что означает меньшие потери, лучшую симметрию и более тихую работу.

(нажмите на картинку, чтобы узнать больше о нашей продукции)

Несколько ключевых деталей дизайна, которые действительно имеют значение:

Фактор суммирования: показывает, какая часть геометрической площади ядра на самом деле является полезным железом. Хорошие проекты стремятся к 0,93–0,98. Даже небольшие улучшения здесь могут заметно снизить потери.

Совместный дизайн: То, как вы перекрываете или срезаете соединения (популярны ступенчатые соединения-внахлест или соединения под углом 45 градусов), имеет большое значение для уменьшения паразитного потока и локального перегрева. Улучшенные соединения также помогают снизить шум.

Контроль воздушного зазора: Даже крошечные зазоры увеличивают ток намагничивания и потери, поэтому производители прилагают массу усилий, чтобы минимизировать их -, особенно в случае хрупкого аморфного материала, который не любит механических напряжений.

Другие важные вещи включают выбор правильной рабочей плотности магнитного потока (обычно 1,5–1,7 Тл), правильный отжиг для снятия внутренних напряжений и тщательный механический зажим, чтобы все было стабильно и тихо.

В настоящее время нормы энергоэффективности и цели по сокращению выбросов углерода подталкивают все больше производителей к аморфным и изогнутым-конструкциям сердцевины. Кремниевая сталь также становится лучше: постоянно появляются более тонкие марки стали с меньшими-потерями.

Свяжитесь сейчас