Сердечник трансформатора представляет собой конструкцию из тонких многослойных листов черного металла (чаще всего кремниевой стали), уложенных вместе, вокруг которых обернуты первичная и вторичная обмотки трансформатора.
В производстве трансформаторов одной из главной составляющей состоит сердечник трансформатора из ответвлений и хомутов, которые соединены вместе, образуя единую конструкцию, вокруг которой размещены катушки. Способ соединения соответствующих хомутов и ответвлений будет зависеть от типа и конструкции сердечника.
Что делает сердечник трансформатора?
Сердечник трансформатора обеспечивает эффективную магнитную связь между обмотками, облегчая передачу электрической энергии с первичной стороны на вторичную.
Когда у вас есть две катушки провода рядом и вы пропускаете электрический ток через одну из них, во второй катушке индуцируется электромагнитное поле, которое может быть представлено несколькими симметричными линиями с направлением, исходящим от северного полюса к южному, – так называемыми линиями магнитного потока. При использовании только катушек траектория потока будет несфокусированной, а плотность потока будет низкой.
Добавление железного сердечника внутрь катушек фокусирует и увеличивает поток, обеспечивая более эффективную передачу энергии от первичной обмотки ко вторичной. Это связано с тем, что проницаемость железа намного выше, чем у воздуха. Если мы представим электромагнитный поток как поток машин, движущихся из одного места в другое, обмотать катушку вокруг железного сердечника - все равно что заменить извилистую грунтовую дорогу шоссе между городами. Это намного эффективнее.
Конструкция сердечника
Плотно уложенные ламинированные листы, из которых изготовлены сердечники, уменьшают перегрев и циркулирующие токи в сердечнике, а также снижают потери энергии. Устранение любых воздушных зазоров между слоями приведет к снижению потерь в сердечнике и повышению эффективности. Конструкция сердечника с большими зазорами между ламинированными листами приведет к более высоким потерям холостого хода или железа и более низкой эффективности.
Тип материала, из которого изготавливаются сердечники
В самых ранних сердечниках трансформаторов использовалось твердое железо, однако с годами были разработаны методы переработки железной руды в более проницаемые материалы, такие как кремниевая сталь, которая сегодня используется для изготовления сердечников трансформаторов из-за ее более высокой проницаемости. Кроме того, использование большого количества плотно упакованных ламинированных листов снижает проблемы циркулирующих токов и перегрева, вызванные конструкциями из цельного железного сердечника. Дальнейшее совершенствование конструкции сердечника достигается за счет холодной прокатки, отжига и использования стали с ориентированным зерном.
Холодная прокатка
Кремниевая сталь - более мягкий металл. Холодная прокатка кремниевой стали повышает ее прочность, что делает ее более долговечной при сборке сердечника и рулонов вместе.
Отжиг
Процесс отжига включает нагрев стержневой стали до высокой температуры для удаления примесей. Этот процесс повысит мягкость и пластичность металла.
Сталь с ориентированным зерном
Кремниевая сталь уже обладает очень высокой проницаемостью, но ее можно увеличить еще больше, ориентируя зерна стали в том же направлении. Сталь с ориентированным зерном может увеличить плотность потока на 30%.
Конфигурации сердечника и катушки в сбореЕще один важный момент, который следует учитывать, - это то, как сердечник сформирован вокруг обмоток. Сердечник и катушки могут быть выполнены либо с типом оболочки, либо с типом сердечника.
Оболочечный тип
При конфигурации оболочечного типа сердечник окружает обмотки. Это создает замкнутый канал, окружающий обмотки, для прохождения магнитного потока. Такая конструкция также обычно приводит к меньшим потерям энергии, чем конструкция сердечникового типа. Конструкция корпусного типа является классификацией для большинства распределительных устройств и подстанций с обернутым 5-ножным сердечником.
Тип сердечника
Конструкция сердечникового типа - это когда обмотки окружают стальной сердечник. В этой конструкции нет обратного пути (или замкнутого контура) для магнитного потока вокруг катушек. Такая конструкция обычно приводит к большим потерям энергии и требует большего количества медного или алюминиевого материала для обмотки, чем конфигурация оболочечного типа.