هسته ترانسفورماتور از ورق‌های نازک که لمینیت نامیده می‌شود ساخته شده است. انواع هسته ترانسفورماتور وجود دارد که هر کدام ویژگی‌های مخصوصی دارند. با استفاده از هسته ترانسفورماتور می‌توان قدرت میدان مغناطیسی را چند صد برابر کرد. در این مقاله قصد داریم شما را با هسته ترانسفورماتور و انواع آن آشنا کنیم پس تا پایان مطلب با ما همراه باشید.
یک هسته ترانسفورماتور سه هدف مهم زیر را دنبال می‌کند
– پشتیبانی مکانیکی از سیم پیچ ها را فراهم می‌کند.
– یک مسیر فرومغناطیسی بسته با رلکتانس کم به شار مغناطیسی را فراهم می‌کند.
– تلفات ناشی از نشت شار را کاهش می‌دهد.
سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور روی هسته پیچیده می‌شوند اما از نظر فیزیکی از یکدیگر جدا می‌شوند. هسته ترانسفورماتور به گونه‌ای طراحی شده است که سیم پیچ‌ها را به صورت مغناطیسی پیوند دهد و همچنین مسیری با رلکتانس کم برای میدان مغناطیسی فراهم کند. هسته باید تلفات جریان گردابی و تلفات هیسترزیس تا حد ممکن کم کند. در مقابل، هسته به عنوان یک جفت بین سیم پیچ ها عمل می‌کند.
اگر بخواهیم هسته ترانسفورماتور را در یک عبارت تعریف کنیم باید گفت :
ترانسفورماتورها تحت اصل القای متقابل کار می‌کنند. اندوکتانس متقابل چیزی نیست جز یک اتصال شار بین دو سیم پیچ. شار مغناطیسی از ساختاری عبور می‌کند که به آن هسته ترانسفورماتور می‌گویند.
هسته‌های ترانسفورماتور مسیر اصلی مدار مغناطیسی هستند. به سادگی در مقایسه با مدار الکتریکی، می‌توان آن را به عنوان رسانا در نظر گرفت.
هسته ترانسفورماتور ریلیت کمتری دارد که با جریان شار مغناطیسی مخالف است. بنابراین هسته ترانسفورماتور باید ریلیت کمتری داشته باشد.
مقدار بالای رلوکتانس دمای هسته ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد.
مواد هسته ترانسفورماتور
عوامل زیر بر انتخاب مواد اصلی هسته ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد:
-حداکثر القای مغناطیسی
– حداقل تلفات هسته ویژه برای تلفات کم بدون بار.
-عدم تمایل کم به شار مغناطیسی.
– ورودی قدرت ظاهری کم
– مغناطیسی کم برای حداقل نویز.
– استحکام مکانیکی خوب برای نگه داشتن سیم پیچ ها.
هسته ترانسفورماتور از ورقه‌های نازک فولاد سیلیکونی دانه گرا (CRGOS )که معمولاً به عنوان فولاد هسته شناخته می‌شود، ساخته شده است. فولاد هسته از آلیاژ سیلیکون با فولاد کم کربن ساخته شده است. هسته‌های ترانسفورماتور ساخته شده از CRGOS دارای نفوذپذیری بالایی هستند. نفوذپذیری بالا متعاقباً جریانهای مغناطیسی و تلفات هسته را کاهش می دهد. علاوه بر این، فولاد سیلیکونی در مقایسه با فولاد غیرسیلیکونی اثرات پیری دارد.
علاوه بر موارد فوق، هسته‌های CRGOS با نورد سرد تولید می‌شوند که جهت گیری دانه را در جهت نورد تغییر می‌دهد. جریان شار مغناطیسی در جهت دانه، تلفات شار در هسته را کاهش می‌دهد و در نتیجه تلفات آهن نیز کمتر می‌شود.
مشکل نورد سرد این است که وقتی جریان شار غیر از جهت دانه باشد، منجر به افزایش تلفات هسته می‌شود. علاوه بر این، تنش‌های مکانیکی، اتصالات اندام و سوراخ‌های پیچ نیز بر تلفات هسته تأثیر می‌گذارد.
لمینیت ترانسفورماتور از فولاد نورد سرد دانه گرا با ضخامت بین 0.18 میلی متر تا 0.35 میلی متر ساخته شده است. بر اساس جهت گیری دانه، ورقه ورقه به فولادهای دانه گرا و HI-B طبقه بندی می‌شود. علاوه بر این، فولاد HI-B در مقایسه با فولاد CGO، وات بر کیلوگرم کمی دارد. از آنجایی که جریانهای گردابی به شدت به ضخامت ورق ها و فرکانس جریان متناوب بستگی دارد، ورق‌های نازک‌تر همیشه برای ساخت هسته ترانسفورماتور ترجیح داده می‌شوند.
از طرفی کاهش ضخامت ورق‌ها باعث کاهش ضریب انباشتگی می‌شود. سوراخ کردن ورق ها و بازپخت آنها در دمای 800-900 درجه سانتیگراد در محیط گاز طبیعی باعث بهبود ضریب انباشتگی و کاهش تلفات جریان گردابی می‌شود. لمینیت‌ها معمولاً از دال‌های فولادی داغ عبور می‌کنند که آنها را به ورقه‌های نازک فشرده می‌کند. همچنین دو طرف ورق‌ها با کارلیت پوشش داده می‌شوند تا از ورق‌های مجاور عایق شوند.
ترانسفورماتورهای نوع هسته ای
در ساختار نوع هسته، سیم پیچ اولیه و ثانویه در اطراف اندام‌های ترانسفورماتور پیچیده می‌شود. سیم پیچ‌های ولتاژ پایین نزدیک‌تر به هسته قرار می‌گیرند و سیم پیچ‌های ولتاژ بالا آنها را احاطه می‌کنند.
ترانسفورماتورهای نوع تک فاز
این نوع ترانسفورماتور از یک هسته مستطیل شکل با دو اندام و دو یوغ تشکیل شده است. سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه به دو قسمت تقسیم می‌شوند و در اطراف هر یک از اندام‌ها قرار می‌گیرند. سطح مقطع اندام‌ها و یوغ‌ها یکسان نگه داشته می‌شوند. شار نشتی در این نوع هسته‌ها به دلیل ماهیت پراکنده سیم پیچ‌ها بیشتر است.
ترانسفورماتورهای نوع سه فاز
این نوع ترانسفورماتورها دارای سه اندام و دو یوغ در هسته خود هستند. آنها عموماً برای ترانسفورماتورهای سه فاز با توان کوچک و متوسط استفاده می‌شوند. هر فاز به دور هر پایه ترانسفورماتور پیچیده می‌شود. مجموع جبری شارهای مغناطیسی القا شده توسط فازها در هر لحظه از زمان صفر باقی می‌ماند.
هسته های ترانسفورماتور از نوع پوسته
در ترانسفورماتورهای پوسته، سیم‌پیچ‌ها اندام میانی را احاطه می‌کنند و اندام بیرونی سیم‌پیچ‌ها را احاطه می‌کند تا جریان بهتر شار مغناطیسی را تضمین کند.
· ترانسفورماتورهای پوسته تک فاز
ترانسفورماتور پوسته‌ای تک فاز سیم پیچ‌ها در اطراف اندام مرکزی هسته پیچیده می‌شوند. شار مغناطیسی از طریق اندام‌های کمکی جریان می‌یابد. اندام‌های کمکی و یوغ باید نیمی از سطح مقطع اندام مرکزی باشد. این نوع ساخت و ساز نسبت به ساختار هسته‌ای ترجیح داده می‌شود، زیرا نسبت به دیگری مقرون به صرفه‌تر است.
· ترانسفورماتورهای پوسته سه فاز
هسته ترانسفورماتور پوسته‌ای سه فاز دارای 5 اندام است. سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه به دور سه اندام داخلی، یک مجموعه سیم پیچ اولیه و ثانویه در هر فاز در هر اندام پیچیده می‌شوند. این نوع ساختار می‌تواند به کاهش ارتفاع هسته کمک کند. قطر اندام و یوغ می‌تواند چندین پیکربندی داشته باشد. متداول‌ترین ترتیبات یافت شده به شرح زیر است:
- سطح مقطع همه یوک‌ها می‌تواند برابر با 50 درصد سطح مقطع اندام‌ها باشد.
- سطح مقطع همه یوک‌های داخلی 58 درصد اندام‌های داخلی و یوک‌های بیرونی 45 درصد اندام‌های داخلی خواهد بود.
- سطح مقطع یوک‌ها و اندام‌های بیرونی به 40 درصد سطح مقطع اندام‌ها کاهش می‌یابد.
نتیجه گیری
در این مقاله شما را با هسته ترانسفورماتور وکاربرد آن آشنا کردیم و ترانسفورماتورهای هسته‌ای معمولاً می‌توانند لایه‌ای (E-I یا U-I ) یا ترکیبی یا حلقوی یا حلقه‌ای باشند. امروزه از یک لایه هسته فولادی سیلیکونی یا یک ورق فولادی نازک که با عایق پوشانده شده و روی هم لمینت می‌شوند ساخته می‌شوند.
مقالات پیشنهادی
