Transformatorkernen zorgen voor een efficiënte magnetische koppeling tussen de wikkelingen. Leer alles over de typen transformatorkernen, hoe ze zijn opgebouwd en wat ze doen.
Een transformatorkern is een structuur van dunne gelamineerde platen van ferrometaal (meestal siliciumstaal) die op elkaar zijn gestapeld, waar de primaire en secundaire wikkelingen van de transformator omheen zijn gewikkeld.
Delen van de kern
Een transformatorkern is een structuur van dunne gelamineerde platen van ferrometaal (meestal siliciumstaal) die op elkaar zijn gestapeld, waar de primaire en secundaire wikkelingen van de transformator omheen zijn gewikkeld.
Ledematen
In het bovenstaande voorbeeld zijn de ledematen van de kern de verticale secties waarrond de spoelen zijn gevormd. Bij sommige kernontwerpen kunnen de ledematen ook aan de buitenkant van de buitenste spoelen worden geplaatst. De ledematen op een transformatorkern worden ook wel poten genoemd.
Juk
Het juk is het horizontale gedeelte van de kern dat de ledematen met elkaar verbindt. Het juk en de ledematen vormen een pad waar de magnetische flux vrijelijk kan stromen.
Functie van transformatorkern
De transformatorkern zorgt voor een efficiënte magnetische koppeling tussen de wikkelingen, waardoor de overdracht van elektrische energie van de primaire zijde naar de secundaire zijde wordt vergemakkelijkt.
Wanneer je twee draadspoelen naast elkaar hebt en je laat een elektrische stroom door één ervan lopen, wordt er een elektromagnetisch veld geïnduceerd in de tweede spoel, dat kan worden weergegeven door verschillende symmetrische lijnen met een richting die uitgaat van de noord- naar de zuidpool, zogenaamde lijnen. van flux. Met alleen de spoelen zal het pad van de flux onscherp zijn en zal de dichtheid van de flux laag zijn.
Door een ijzeren kern in de spoelen toe te voegen, wordt de flux gefocusseerd en vergroot, wat zorgt voor een efficiëntere overdracht van energie van primair naar secundair. Dit komt omdat de permeabiliteit van ijzer veel hoger is dan die van lucht. Als we denken aan elektromagnetische flux zoals een stel auto's die van de ene plaats naar de andere gaan, is het wikkelen van een spoel rond een ijzeren kern hetzelfde als het vervangen van een kronkelende onverharde weg door een snelweg. Het is veel efficiënter.
Type kernmateriaal
De vroegste transformatorkernen maakten gebruik van massief ijzer, maar methoden die in de loop der jaren zijn ontwikkeld om ruw ijzererts te raffineren tot meer permeabele materialen zoals siliciumstaal, dat tegenwoordig wordt gebruikt voor transformatorkernontwerpen vanwege de hogere permeabiliteit. Bovendien vermindert het gebruik van veel dicht opeengepakte gelamineerde platen de problemen van circulatiestromen en oververhitting veroorzaakt door massieve ijzeren kernontwerpen. Verdere verbeteringen in het kernontwerp worden bereikt door koudwalsen, gloeien en het gebruik van korrelgeoriënteerd staal.
1. Koudwalsen
Siliciumstaal is een zachter metaal. Koudgewalst siliciumstaal vergroot de sterkte ervan, waardoor het duurzamer wordt bij het samenvoegen van de kern en de spoelen.
2. Gloeien
Het gloeiproces omvat het verwarmen van het kernstaal tot een hoge temperatuur om onzuiverheden te verwijderen. Dit proces zal de zachtheid en taaiheid van het metaal vergroten.
3. Korrelgeoriënteerd staal
Siliciumstaal heeft al een zeer hoge permeabiliteit, maar deze kan nog verder vergroot worden door de korrel van het staal in dezelfde richting te richten. Korrelgeoriënteerd staal kan de fluxdichtheid met 30% verhogen.
Kernen met drie, vier en vijf ledematen
Kern met drie ledematen
Kernen met drie ledematen (of pootjes) worden vaak gebruikt voor droge transformatoren van distributieklasse, zowel laag- als middenspanningstypen. Het gestapelde kernontwerp met drie ledematen wordt ook gebruikt voor grotere met olie gevulde transformatoren uit de vermogensklasse. Het is minder gebruikelijk om een kern met drie ledematen te zien die wordt gebruikt voor met olie gevulde distributietransformatoren.
Vanwege de afwezigheid van (een) buitenste ledematen is de driepotige kern alleen niet geschikt voor Y-Y-transformatorconfiguraties. Zoals de onderstaande afbeelding laat zien, is er geen retourpad voor de nulsequentieflux die aanwezig is in y-y-transformatorontwerpen. De nulsequentiestroom, zonder voldoende retourpad, zal proberen een alternatief pad te creëren, hetzij door gebruik te maken van luchtspleten of door de transformatortank zelf, wat uiteindelijk kan leiden tot oververhitting en mogelijk transformatorstoringen.
(Leer hoe transformatoren omgaan met warmte via hun koelklasse)
Kern met vier ledematen
In plaats van gebruik te maken van een begraven delta-tertiaire wikkeling, biedt een kernontwerp met vier ledematen één buitenste ledemaat voor retourflux. Dit type kernontwerp lijkt qua functionaliteit ook sterk op een ontwerp met vijf ledematen, wat helpt oververhitting en extra transformatorgeluid te verminderen.
Kern met vijf ledematen
Vijfpotige gewikkelde kernontwerpen zijn tegenwoordig de standaard voor alle toepassingen van distributietransformatoren (ongeacht of de eenheid al dan niet y-y-ye is). Omdat het dwarsdoorsnedeoppervlak van de drie binnenste ledematen omgeven door de spoelen tweemaal zo groot is als het ontwerp met drie ledematen, kan het dwarsdoorsnedeoppervlak van het juk en de buitenste ledematen de helft zijn van dat van de binnenste ledematen. Dit helpt materiaal te besparen en de productiekosten te verlagen.
Posttijd: 05-aug-2024