Rdzeń transformatora

Kiedy umieścisz obok siebie dwie cewki drutu i przepuścisz prąd elektryczny przez jedną z nich, w drugiej cewce indukuje się pole elektromagnetyczne, które można przedstawić za pomocą kilku symetrycznych linii o kierunku wychodzącym z bieguna północnego na południowy – zwanych liniami strumienia. W przypadku samych cewek ścieżka strumienia będzie nieostra, a gęstość strumienia będzie niska.
Dodanie żelaznego rdzenia wewnątrz cewek skupia i zwiększa strumień, aby zapewnić bardziej efektywny transfer energii z pierwotnego do wtórnego. Dzieje się tak dlatego, że przepuszczalność żelaza jest znacznie większa niż przepuszczalność powietrza. Jeśli pomyślimy o strumieniu elektromagnetycznym jak o grupie samochodów jadących z jednego miejsca do drugiego, owinięcie cewki wokół żelaznego rdzenia przypomina zastąpienie krętej gruntowej drogi autostradą międzystanową. Jest dużo wydajniejszy.

Rodzaj materiału rdzenia
W najwcześniejszych rdzeniach transformatorów wykorzystywano żelazo stałe, jednak przez lata opracowano metody rafinacji surowej rudy żelaza na bardziej przepuszczalne materiały, takie jak stal krzemowa, która jest obecnie stosowana w konstrukcjach rdzeni transformatorów ze względu na jej wyższą przepuszczalność. Ponadto zastosowanie wielu gęsto upakowanych laminowanych arkuszy zmniejsza problemy związane z prądami krążącymi i przegrzaniem powodowanymi przez konstrukcje z solidnym żelaznym rdzeniem. Dalszy rozwój konstrukcji rdzenia następuje poprzez walcowanie na zimno, wyżarzanie i stosowanie stali o ziarnie zorientowanym.

1. Walcowanie na zimno
Stal krzemowa jest bardziej miękkim metalem. Stal krzemowa walcowana na zimno zwiększy jej wytrzymałość, dzięki czemu będzie trwalsza podczas montażu rdzenia i cewek.

2.Wyżarzanie
Proces wyżarzania polega na podgrzaniu stali rdzenia do wysokiej temperatury w celu usunięcia zanieczyszczeń. Proces ten zwiększy miękkość i plastyczność metalu.

3. Stal zorientowana na ziarno
Stal krzemowa ma już bardzo wysoką przepuszczalność, ale można ją jeszcze zwiększyć, ustawiając ziarno stali w tym samym kierunku. Stal o ziarnie zorientowanym może zwiększyć gęstość strumienia o 30%.

Trzy, cztery i pięć rdzeni kończynowych

Rdzeń trójramienny
W transformatorach suchych klasy dystrybucyjnej – zarówno niskiego, jak i średniego napięcia, często stosuje się rdzenie trójramienne (lub odgałęzione). Trójramienna konstrukcja rdzenia piętrowego jest również stosowana w większych transformatorach klasy mocy wypełnionych olejem. Rzadziej spotyka się trójramienny rdzeń stosowany w olejowych transformatorach dystrybucyjnych.

Ze względu na brak ramion zewnętrznych, sam rdzeń trójramienny nie nadaje się do konfiguracji transformatorów typu gwiazda-gwiazda. Jak pokazuje poniższy rysunek, nie ma ścieżki powrotnej dla strumienia składowej zerowej, który występuje w konstrukcjach transformatorów typu gwiazda-gwiazda. Prąd składowej zerowej, bez odpowiedniej ścieżki powrotnej, będzie próbował utworzyć alternatywną ścieżkę, wykorzystując szczeliny powietrzne lub samą kadź transformatora, co może ostatecznie doprowadzić do przegrzania i możliwej awarii transformatora.

(Dowiedz się, jak transformatory radzą sobie z ciepłem dzięki klasie chłodzenia)