نقش هسته ترانسفورماتور

ترانسفورماتورنوعی تجهیزات است که به طور گسترده در سیستم قدرت استفاده می شود. وظیفه اصلی آن افزایش یا کاهش ولتاژ از طریق اصل القای الکترومغناطیسی است. در عملیات واقعی، ترانسفورماتور همیشه در حالت AC است. از دست دادن توان نه تنها در مقاومت سیم پیچ، بلکه در مقاومت سیم پیچ نیز رخ می دهدهسته آهنیتحت مغناطش جریان متناوب. اتلاف توان در هسته آهنی را معمولاً "اتلاف آهن" می نامند. از دست دادن آهن عمدتاً توسط دو عامل ایجاد می شود: یکی «افت هیسترزیس» و دیگری «افت جریان گردابی».

**از دست دادن هیسترزیس** به تلفات ناشی از هیسترزیس در طی فرآیند مغناطیسی هسته آهن اشاره دارد. اندازه این تلفات متناسب با ناحیه ای است که توسط حلقه پسماند ماده احاطه شده است. حلقه هیسترزیس فولاد سیلیکونی نسبتاً کوچک است، بنابراین از دست دادن پسماند هسته ترانسفورماتور ساخته شده از فولاد سیلیکونی کم است، که به طور موثر گرم شدن هسته آهنی را کاهش می دهد.

با این حال، از آنجایی که فولاد سیلیکونی دارای مزایای فوق است، چرا مستقیماً از یک قطعه کامل فولاد سیلیکونی به عنوان هسته استفاده نکنید، بلکه آن را به ورق تبدیل کنید؟

این به این دلیل است که ورقهسته آهنیمی تواند به طور موثر نوع دیگری از اتلاف آهن - "اتلاف جریان گردابی" را کاهش دهد. هنگامی که ترانسفورماتور کار می کند، جریان متناوب در سیم پیچ یک شار مغناطیسی متناوب ایجاد می کند و این شار مغناطیسی در حال تغییر یک جریان القایی در هسته آهنی ایجاد می کند. جریان القایی در یک صفحه عمود بر جهت شار مغناطیسی در گردش است، بنابراین جریان گردابی نامیده می شود. از دست دادن جریان گردابی نیز باعث گرم شدن هسته آهنی می شود. به منظور کاهش تلفات جریان گردابی، هسته آهنی ترانسفورماتور معمولاً از ورق های فولادی سیلیکونی عایق بندی شده ساخته می شود که در کنار هم قرار گرفته اند، به طوری که جریان گردابی می تواند در یک حلقه باریک جریان یابد و در نتیجه مقاومت در مسیر جریان گردابی را از طریق مقطع کوچکتر افزایش می دهد. در عین حال، عنصر سیلیکونی در فولاد سیلیکونی نیز مقاومت ماده را افزایش می دهد و در نتیجه تولید جریان های گردابی را کاهش می دهد.

در ساخت هسته های ترانسفورماتور معمولا از ورق های فولادی سیلیکونی نورد سرد با ضخامت 0.35 میلی متر استفاده می شود. با توجه به اندازه هسته مورد نیاز، آنها را به ورقه های بلند برش می دهند و سپس به شکل "日" یا "口" روی هم قرار می گیرند. از نظر تئوری، به منظور کاهش تلفات جریان گردابی، هرچه ورق فولاد سیلیکونی نازک‌تر باشد، نوارهای باریک‌تر باید باشد، که می‌تواند به طور موثرتری تلفات جریان گردابی و افزایش دما را کاهش دهد و در عین حال باعث صرفه‌جویی در مواد ورق فولاد سیلیکونی شود. با این حال، هنگام ساخت هسته‌های ورق فولادی سیلیکونی، صرفاً بر اساس فاکتورهای مطلوب بالا نیست، زیرا ورق‌های خیلی نازک ساعات کار را افزایش می‌دهند و ممکن است سطح مقطع هسته را کاهش دهند. بنابراین، هنگام انتخاب ورق های فولادی سیلیکونی برای ساخت هسته ترانسفورماتور، باید شرایط خاص را به طور جامع در نظر گرفت، مزایا و معایب را وزن کرد و اندازه مناسب را انتخاب کرد.

اصل کار ترانسفورماتور بر اساس القای الکترومغناطیسی است. دو سیم پیچ روی ستون هسته بسته پیچیده می شود: یکی سیم پیچ اولیه و دیگری سیم پیچ ثانویه است. هنگامی که سیم پیچ اولیه به ولتاژ منبع تغذیه AC متصل می شود، جریان متناوب در سیم پیچ اولیه یک پتانسیل مغناطیسی ایجاد می کند که سپس یک شار مغناطیسی اصلی متناوب در هسته ایجاد می کند. شار مغناطیسی اصلی به طور همزمان از سیم پیچ های اولیه و ثانویه عبور کرده و بسته می شود. با توجه به اصل القای الکترومغناطیسی، تغییر شار مغناطیسی اصلی به ترتیب در سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه نیروی محرکه الکتریکی القایی ایجاد می‌کند. در مورد اینکه چرا ترانسفورماتور می تواند به افزایش ولتاژ و کاهش ولتاژ دست یابد، باید با کمک قانون لنز توضیح داده شود. شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان القایی از تغییر شار مغناطیسی اولیه جلوگیری می کند. هنگامی که شار مغناطیسی اولیه افزایش می یابد، جهت شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان القایی برخلاف شار مغناطیسی اولیه است. بنابراین، شار مغناطیسی القایی ایجاد شده توسط سیم پیچ ثانویه مخالف شار مغناطیسی اصلی سیم پیچ اولیه است و در نتیجه ولتاژ متناوب کمتری در سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود. بنابراین، هسته به عنوان بخش مدار مغناطیسی در ترانسفورماتور عمل می کند و سیم پیچ قسمت مدار را تشکیل می دهد.

به طور خلاصه، طراحی و انتخاب مواد ازهسته ترانسفورماتوربرای بهبود راندمان ترانسفورماتور و کاهش اتلاف انرژی بسیار مهم هستند. از طریق طراحی معقول و کاربرد مواد، عملکرد ترانسفورماتور می تواند به طور موثر بهبود یابد تا از عملکرد پایدار آن در سیستم قدرت اطمینان حاصل شود.