Tại sao lõi máy biến áp được ép nhiều lớp?

Vấn đề: Dòng điện xoáy trong lõi rắn

Khi một từ thông xen kẽ đi qua lõi sắt rắn, nó sẽ tạo ra dòng điện tuần hoàn bên trong kim loại. Các dòng điện xoáy này chạy thành vòng khép kín vuông góc với từ thông, làm nóng lõi bằng sự tiêu tán I2R và lãng phí một phần năng lượng truyền đi. Do điện áp cảm ứng tỷ lệ với diện tích được bao quanh bởi đường dẫn dòng điện nên tổn thất dòng điện xoáy của lõi rắn tăng theo bình phương độ dày lõi và bình phương tần số hoạt động. Do đó, một lõi lớn{4}}một mảnh sẽ nóng và hoạt động kém hiệu quả, đồng thời nhiệt độ tăng sẽ nhanh chóng làm suy giảm khả năng cách điện của các cuộn dây xung quanh nó.

Làm thế nào cán ngăn chặn dòng điện xoáy

Cán màng giải quyết vấn đề bằng cách cắt lõi thành các tấm mỏng. Mỗi lớp cán được phủ một lớp cách điện mỏng, thường là sơn bóng hoặc lớp phủ vô cơ, và các tấm được xếp chồng lên nhau và kẹp vào một lõi. Lớp cách điện giữa các lớp chặn các vòng dòng điện xoáy, do đó dòng điện bị giới hạn trong tiết diện{2}}mỏng của từng tấm riêng lẻ. Hạn chế này làm tăng điện trở hiệu dụng của đường dẫn dòng điện và hạn chế dòng điện xoáy ở một giá trị rất nhỏ. Lớp cán càng mỏng thì tổn thất dòng điện xoáy càng thấp, đó là lý do tại sao các lõi ở tần số cao hơn sử dụng các tấm mỏng dần.

Độ dày cán và hệ số xếp chồng

Độ dày thực tế của các lớp biến áp là sự cân bằng-giữa tổn thất và chi phí sản xuất. Lõi tần số nguồn- thường sử dụng các tấm có kích thước từ 0,23 mm đến 0,50 mm, trong đó 0,30 mm và 0,35 mm là loại phổ biến nhất đối với thép silicon định hướng dạng hạt. Khi bao gồm lớp phủ, vật liệu từ tính có thể sử dụng sẽ nhỏ hơn một chút so với thể tích hình học; tỷ lệ giữa mặt cắt-từ tính hiệu quả và mặt cắt ngang hình học{10}}được gọi là hệ số xếp chồng, thường là 0,95 đến 0,97 đối với các lớp phủ phủ hiện đại. Hệ số xếp chồng phải được xem xét khi người thiết kế tính toán mật độ từ thông và số vòng dây.

Tại sao thép silicon là vật liệu lõi tiêu chuẩn

Thép silicon được sử dụng vì việc bổ sung silicon vào sắt làm tăng điện trở suất của vật liệu, trực tiếp làm giảm thành phần dòng điện xoáy của tổn thất lõi. Thép silicon định hướng dạng hạt (GO) được xử lý để căn chỉnh các miền từ tính theo hướng cán, tạo ra tổn hao lõi rất thấp và độ thấm cao dọc theo đường từ thông và là vật liệu tiêu chuẩn cho lõi máy biến áp điện. Các tiêu chuẩn kiểm tra và thông số kỹ thuật có liên quan bao gồm GB/T 2522 để kiểm tra đặc tính từ tính, IEC 60404 cho vật liệu từ tính và ASTM A876 cho thép điện định hướng dạng hạt.

Lợi ích chính của lõi nhiều lớp

Tổn thất dòng điện xoáy thấp hơn: các tấm mỏng cách điện phá vỡ đường dẫn dòng điện và giảm tổn thất lõi và sinh nhiệt

Giảm trọng lượng và vật liệu: các lớp cách nhiệt mỏng cho phép lõi nhỏ gọn hơn so với vật liệu rắn tương đương

Hiệu suất cao hơn: ít năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt hơn, do đó công suất truyền tải đạt tới tải nhiều hơn

Đường từ thông được kiểm soát: ngăn xếp nhiều lớp tập trung từ thông từ cuộn sơ cấp đến cuộn thứ cấp với độ phân tán ít hơn

Ví dụ cán màng EI

Lõi EI là một cấu trúc nhiều lớp phổ biến trong đó các chày hình chữ E{0}} và hình chữ I- được xen kẽ để tạo thành mạch từ. Các mối nối giữa các mảnh E và I được đặt so le từ lớp này sang lớp khác, giúp phân bổ các khe hở không khí và độ trở kháng ở mức thấp. Lõi EI được sử dụng rộng rãi trong các máy biến áp, cuộn cảm và thiết bị điện từ từ máy biến áp điều khiển nhỏ đến các thiết bị phân phối trung bình, vì quy trình đột lỗ tiết kiệm và hình dạng dễ quấn.

Câu hỏi thường gặp

Điều gì sẽ xảy ra nếu lõi máy biến áp ở dạng rắn thay vì nhiều lớp?

Dòng điện xoáy sẽ rất lớn vì các vòng dòng điện có thể bao quanh toàn bộ mặt cắt-lõi. Lõi sẽ nóng lên nhanh chóng, hiệu suất sẽ giảm và khả năng cách điện của cuộn dây sẽ bị phá hủy do nhiệt độ tăng.

Tại sao tổn thất dòng điện xoáy tăng theo tần số?

Điện áp cảm ứng trong lõi tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ thông, do đó, việc tăng gấp đôi tần số sẽ làm tăng gấp đôi điện áp cảm ứng và tăng gần gấp bốn lần tổn thất dòng điện xoáy đối với cùng một mật độ từ thông. Đây là lý do tại sao các thành phần từ tính-tần số cao yêu cầu các lớp hoặc lõi bột rất mỏng.

Độ dày điển hình của các lớp biến áp là gì?

Đối với máy biến áp điện 50/60 Hz, các tấm định hướng hạt 0,30 mm và 0,35 mm-là phổ biến nhất; 0,23 mm và 0,27 mm được sử dụng trong các thiết kế-hiệu suất cao hơn, trong khi các dải rất mỏng dưới 0,1 mm chỉ xuất hiện trong các lõi tinh thể nano và vô định hình-tần số cao.

Hệ số xếp chồng của lõi nhiều lớp là gì?

Đó là tỷ lệ giữa tiết diện từ tính hiệu dụng{0}}và tiết diện hình học-của ngăn xếp, thường là 0,95 đến 0,97, vì lớp phủ cách nhiệt và độ nhám bề mặt chiếm một phần nhỏ thể tích.

Cán màng có làm giảm hiện tượng mất trễ không?

Không. Suy hao từ trễ phụ thuộc vào bản thân vật liệu từ tính và mật độ từ thông cực đại chứ không phụ thuộc vào độ dày. Cán màng làm giảm tổn thất dòng điện xoáy; Mất trễ được giảm thiểu bằng cách lựa chọn vật liệu và bằng cách giữ mật độ từ thông trong phạm vi thiết kế.

Các lớp cách nhiệt với nhau như thế nào?

Thép silicon định hướng dạng hạt-được cung cấp một lớp phủ cách nhiệt mỏng bán{1}}hữu cơ hoặc vô cơ do nhà máy thép áp dụng. Sau khi dán tem, các tấm được xếp chồng lên nhau và kẹp lại để lớp phủ giữ cho các lớp cách điện.