Detaillierte Erklärung: Transformatoren-Siliziumstahlbleche

Ein Transformator besteht hauptsächlich aus einem Eisenkern und Leitern. Der Eisenkern wird vorwiegend aus laminierten Siliziumstahlblechen gefertigt. Siliziumstahlbleche sind Stahlbleche mit einem Siliziumgehalt von 0,8 % bis 4,8 % und besitzen eine hohe magnetische Permeabilität. In einem Transformator können Siliziumstahlbleche eine große magnetische Flussdichte erzeugen, und ihre Leistung bestimmt die Größe des Transformators.

Siliziumstahlbleche bestimmen die Verlustleistung eines Transformators.

Während des Betriebs eines Transformators entstehen Verlustleistungen. Es gibt zwei Hauptarten von Verlusten: Kupferverluste aufgrund des Widerstands der Spulen und Eisenverluste in den Siliziumstahlblechen, kurz „Eisenverluste“ genannt. Die Eisenverluste in Siliziumstahlblechen haben zwei Ursachen: „Hystereseverluste“ und „Wirbelstromverluste“.

Hystereseverluste sind die Eisenverluste, die während des Magnetisierungsprozesses des Eisenkerns aufgrund der Hysterese entstehen. Die Höhe dieses Verlustes ist direkt proportional zur Fläche, die von der Hystereseschleife des Materials eingeschlossen wird. Siliziumstahl hat eine schmale Hystereseschleife, was zu geringeren Hystereseverlusten im Transformatorkern führt und die Wärmeentwicklung deutlich reduziert.

Hysteresekurve eines Transformators (Abbildung 1)

Wirbelstromverluste entstehen durch induzierte Ströme im Eisenkern, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses zirkulieren. Sie sind ebenfalls eine Ursache für die Erwärmung des Kerns. Um diesen Verlust zu reduzieren, werden Siliziumstahlbleche laminiert, um den Widerstand im Wirbelstrompfad zu erhöhen.

Wirbelstromverlust im Transformator (Abbildung 2)

Wie Siliziumstahlbleche magnetischen Fluss erzeugen und die Spannungsumwandlung beeinflussen

Die Siliziumstahlbleche bestimmen die Verlustleistung des Transformators. Wie oben erwähnt, sind ihre Größe und Form wichtige Faktoren, die die Verlustleistung beeinflussen. Theoretisch gilt: Je dünner die Siliziumstahlbleche und je schmaler die gestoßenen Streifen, desto besser die Wirkung. Allerdings müssen auch die Effizienz und der effektive Querschnitt der Laminierung berücksichtigt werden. Im Allgemeinen werden für Transformatorkerne 0,35 mm dicke kaltgewalzte Siliziumstahlbleche in „E“- oder „O“-Form verwendet.

Laminierung des Transformatorkerns (Abbildung 3)

Transformatoren werden nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion hergestellt. Auf einen geschlossenen Eisenkern werden zwei Wicklungen, eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, gewickelt. Wenn die Primärwicklung an eine Wechselstromquelle angeschlossen wird, fließt ein Wechselstrom durch sie, wodurch eine magnetomotorische Kraft (MMK) entsteht. Unter dem Einfluss dieser MMK wird im Eisenkern ein magnetischer Wechselfluss erzeugt.

Gemäß der Lenzschen Regel wirkt der durch den induzierten Strom erzeugte magnetische Fluss der Änderung des ursprünglichen magnetischen Flusses entgegen. Mit zunehmendem induzierten Strom ist der erzeugte magnetische Fluss entgegengesetzt zum ursprünglichen magnetischen Fluss, was zu einer niedrigeren Wechselspannung in der Sekundärwicklung führt. Daher ist der Eisenkern der magnetische Kreisteil des Transformators, was sein Prinzip der Spannungsumwandlung erklärt.

Leistungsindikatoren für die Auswahl von Siliziumstahlblechen:

A. Niedriger Eisenverlust: Das wichtigste Qualitätsmerkmal. Weltweit werden die Güteklassen anhand der Eisenverlustwerte eingestuft; je niedriger der Eisenverlust, desto höher die Güteklasse und desto höher die Qualität.

B. Hohe magnetische Flussdichte: Siliziumstahlbleche, die im gleichen Magnetfeld eine höhere magnetische Flussdichte erreichen, führen zu kleineren und leichteren Motor- oder Transformatorkernen und sparen Siliziumstahlbleche, Kupferdraht und Isoliermaterialien.

C. Hoher Stapelfaktor. Siliziumstahlbleche haben eine glatte, ebene und gleichmäßige Dicke, was den Stapelfaktor für die Kernherstellung verbessert.

D. Gute Stanzbarkeit. Dies ist für die Herstellung von Kernen für Klein- und Kleinstmotoren noch wichtiger.

E. Gute Haftung und Schweißbarkeit der Oberfläche auf dem Isolierfilm.

F. Magnetische Alterung.
G. Siliziumstahlbleche müssen nach dem Glühen und Beizen ausgeliefert werden.