Powszechnie stosowane rdzenie transformatorów są zwykle wykonane z blach ze stali krzemowej. Stal krzemowa jest rodzajem stali zawierającej krzem (krzem jest również nazywany krzemem), a jej zawartość krzemu waha się od 0,8 do 4,8%. Jako rdzeń transformatora zastosowano stal krzemową, ponieważ sama stal krzemowa jest materiałem magnetycznym o dużej przenikalności magnetycznej. W cewce pod napięciem może wytworzyć większą intensywność indukcji magnetycznej, zmniejszając w ten sposób rozmiar transformatora.
|
|
|
Wiemy, że rzeczywisty transformator zawsze pracuje w stanie prądu przemiennego, a straty mocy wynikają nie tylko z rezystancji cewki, ale także z żelaznego rdzenia namagnesowanego prądem przemiennym. Stratę mocy w żelaznym rdzeniu nazywa się zwykle „stratą żelaza”. Utrata żelaza jest spowodowana dwoma przyczynami, jednym jest „utrata histerezy”, a drugim „utrata prądu wirowego”.
Strata histerezy to utrata żelaza spowodowana zjawiskiem histerezy podczas procesu magnesowania żelaznego rdzenia. Wielkość tej straty jest proporcjonalna do obszaru otoczonego pętlą histerezy materiału. Pętla histerezy stali krzemowej jest wąska, a strata histerezy rdzenia transformatora wykonanego ze stali krzemowej jest niewielka, co może znacznie zmniejszyć wytwarzanie ciepła. Ponieważ stal krzemowa ma powyższe zalety, dlaczego nie użyć całego kawałka stali krzemowej jako żelaznego rdzenia, ale przetworzyć go na arkusze?
Dzieje się tak, ponieważ rdzeń płatkowy może zmniejszyć inny rodzaj utraty żelaza - „utratę prądów wirowych”. Kiedy transformator pracuje, w cewce występuje prąd przemienny, a strumień magnetyczny, który wytwarza, jest oczywiście zmienny. Ten zmienny strumień magnetyczny wytwarza prąd indukowany w żelaznym rdzeniu. Indukowany prąd wytwarzany w żelaznym rdzeniu krąży w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku strumienia magnetycznego, dlatego nazywa się go prądem wirowym. Straty wiroprądowe również nagrzewają rdzeń. Aby zmniejszyć straty prądu wirowego, rdzeń transformatora jest ułożony w stos izolowanych od siebie arkuszami stali krzemowej, dzięki czemu prąd wirowy przepływa przez mniejszy przekrój poprzeczny w długiej i wąskiej pętli, zwiększając w ten sposób rezystancję ścieżka prądów wirowych; jednocześnie krzem zawarty w stali krzemowej powoduje, że zwiększona rezystywność materiału odgrywa również rolę w ograniczaniu prądów wirowych.
Jako żelazny rdzeń transformatora powszechnie stosuje się blachę ze stali krzemowej walcowanej na zimno o grubości 0.35 mm. Jest cięty na długie kawałki w zależności od wymaganej wielkości żelaznego rdzenia. Logicznie rzecz biorąc, aby zmniejszyć prądy wirowe, im cieńsze blachy ze stali krzemowej i im węższe łączone paski, tym lepszy efekt. To nie tylko zmniejsza straty prądu wirowego i wzrost temperatury, ale także oszczędza materiały na blachy ze stali krzemowej. Ale kiedy faktycznie produkujemy rdzenie ze stali krzemowej. Nie opiera się to tylko na wyżej wymienionych korzystnych czynnikach, ponieważ wykonanie żelaznego rdzenia w ten sposób znacznie zwiększy roboczogodziny, a także zmniejszy efektywny przekrój żelaznego rdzenia. Dlatego też, stosując blachy ze stali krzemowej do produkcji rdzeni transformatorów, należy zacząć od konkretnej sytuacji, rozważyć zalety i wady i wybrać najlepszy rozmiar.
