Szczegółowe wyjaśnienie: Blachy ze stali krzemowej transformatora

Transformator składa się głównie z rdzenia żelaznego i przewodników. Rdzeń żelazny jest wykonany przede wszystkim z laminowanych blach ze stali krzemowej. Blachy ze stali krzemowej to blachy stalowe o zawartości krzemu od 0,8% do 4,8%, charakteryzujące się silną przenikalnością magnetyczną. W transformatorze blachy ze stali krzemowej mogą wytwarzać dużą indukcję magnetyczną, a ich wydajność decyduje o rozmiarze transformatora.

Blachy ze stali krzemowej decydują o stratach mocy transformatora.

Podczas pracy transformatora powstają straty mocy. Istnieją dwa główne rodzaje strat: straty miedziowe spowodowane rezystancją uzwojeń oraz straty żelazne w blachach ze stali krzemowej, nazywane po prostu „stratami żelaznymi”. Istnieją dwie przyczyny strat żelaznych w blachach ze stali krzemowej: „straty histerezowe” i „straty prądów wirowych”.

Straty histerezowe to straty żelazne powstające podczas procesu magnesowania rdzenia z powodu występowania histerezy magnetycznej. Wielkość tych strat jest wprost proporcjonalna do pola powierzchni objętej pętlą histerezy materiału. Stal krzemowa ma wąską pętlę histerezy, co skutkuje niższymi stratami histerezowymi w rdzeniu transformatora, co znacznie zmniejsza wydzielanie ciepła.

Krzywa histerezy transformatora (Rysunek 1)

Straty prądów wirowych są spowodowane prądami indukowanymi w rdzeniu, krążącymi w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku strumienia magnetycznego. Są one również przyczyną nagrzewania się rdzenia. Aby zmniejszyć te straty, blachy ze stali krzemowej są laminowane, co zwiększa rezystancję na drodze prądów wirowych.

Straty prądów wirowych transformatora (Rysunek 2)

Jak blachy ze stali krzemowej wytwarzają strumień magnetyczny i wpływają na podwyższanie i obniżanie napięcia

Blachy ze stali krzemowej decydują o stratach mocy transformatora. Jak wspomniano powyżej, ich rozmiar i kształt są ważnymi czynnikami wpływającymi na straty mocy. Teoretycznie im cieńsze blachy ze stali krzemowej i im węższe łączone paski, tym lepszy efekt. Należy jednak również uwzględnić wydajność i efektywny przekrój poprzeczny laminacji. Zazwyczaj rdzenie transformatorów wykorzystują blachy ze stali krzemowej walcowanej na zimno o grubości 0,35 mm w kształcie „日” lub „口”.

Laminacja rdzenia transformatora (Rysunek 3)

Transformatory są wykonane w oparciu o zasadę indukcji elektromagnetycznej. Dwa uzwojenia, uzwojenie pierwotne i wtórne, są nawinięte na zamkniętym rdzeniu żelaznym. Gdy uzwojenie pierwotne zostanie podłączone do źródła prądu przemiennego, przepływa przez nie prąd przemienny, tworząc siłę magnetomotoryczną (SMM). Pod wpływem tej SMM w rdzeniu powstaje przemienny strumień magnetyczny.

Zgodnie z prawem Lenza, strumień magnetyczny wytwarzany przez prąd indukowany przeciwdziała zmianie pierwotnego strumienia magnetycznego. Wraz ze wzrostem prądu indukowanego, wytwarzany strumień magnetyczny jest przeciwny do pierwotnego strumienia magnetycznego, co skutkuje niższym napięciem przemiennym w uzwojeniu wtórnym. Dlatego rdzeń jest częścią obwodu magnetycznego transformatora, co wyjaśnia zasadę podwyższania i obniżania napięcia.

Wskaźniki wydajności przy wyborze blach ze stali krzemowej:

A. Niskie straty żelazne: Najważniejszy wskaźnik jakości. Kraje na całym świecie używają wartości strat żelaznych do klasyfikacji gatunków; im niższe straty żelazne, tym wyższy gatunek i wyższa jakość.

B. Wysoka indukcja magnetyczna: Blachy ze stali krzemowej, które osiągają wyższą indukcję magnetyczną w tym samym polu magnetycznym, skutkują mniejszymi i lżejszymi rdzeniami silników lub transformatorów, oszczędzając blachy ze stali krzemowej, drut miedziany i materiały izolacyjne.

C. Wysoki współczynnik wypełnienia. Blachy ze stali krzemowej mają gładką, płaską i jednolitą grubość, co poprawia współczynnik wypełnienia przy produkcji rdzeni.

D. Dobre właściwości wykrawania. Jest to jeszcze ważniejsze przy produkcji rdzeni do małych i mikro silników.

E. Dobra przyczepność i spawalność powierzchni do folii izolacyjnej.

F. Starzenie magnetyczne.
G. Blachy ze stali krzemowej muszą być dostarczane po wyżarzaniu i trawieniu.