Transformatorkärnor säkerställer effektiv magnetisk koppling mellan lindningarna. Lär dig allt om transformatorkärntyper, hur de är konstruerade och vad de gör.
En transformatorkärna är en struktur av tunna laminerade plåtar av järnmetall (oftast kiselstål) staplade ihop, som transformatorns primära och sekundära lindningar lindas runt.
Delar av kärnan
En transformatorkärna är en struktur av tunna laminerade plåtar av järnmetall (oftast kiselstål) staplade ihop, som transformatorns primära och sekundära lindningar lindas runt.
Lemmer
I exemplet ovan är kärnans lemmar de vertikala sektionerna som spolarna är formade runt. Lemmarna kan också placeras på utsidan av de yttersta spolarna i fallet med vissa kärnkonstruktioner. Lemmarna på en transformatorkärna kan också kallas ben.
Ok
Oket är den horisontella delen av kärnan som förenar lemmarna. Oket och extremiteterna bildar en väg för magnetiskt flöde att flöda fritt.
Transformatorkärnas funktion
Transformatorkärnan säkerställer effektiv magnetisk koppling mellan lindningarna, vilket underlättar överföringen av elektrisk energi från primärsidan till sekundärsidan.
När du har två trådspolar sida vid sida och du för en elektrisk ström genom en av dem, induceras ett elektromagnetiskt fält i den andra spolen, vilket kan representeras av flera symmetriska linjer med riktning från nord till sydpol – så kallade linjer av flöde. Med enbart spolarna kommer flödets väg att vara ofokuserad och flödesdensiteten blir låg.
Att lägga till en järnkärna inuti spolarna fokuserar och förstorar flödet för att göra en mer effektiv överföring av energi från primär till sekundär. Detta beror på att permeabiliteten för järn är mycket högre än för luft. Om vi tänker på elektromagnetiskt flöde som ett gäng bilar som går från en plats till en annan, är att linda en spole runt en järnkärna som att ersätta en slingrande grusväg med en mellanstatlig motorväg. Det är mycket mer effektivt.
Typ av kärnans material
De tidigaste transformatorkärnorna använde massivt järn, men metoder som utvecklats under åren för att förädla rå järnmalm till mer permeabla material som kiselstål, som idag används för transformatorkärnkonstruktioner på grund av dess högre permeabilitet. Användningen av många tätt packade laminerade ark minskar också problem med cirkulerande strömmar och överhettning orsakad av solida järnkärnor. Ytterligare ökningar av kärnkonstruktionen görs genom kallvalsning, glödgning och användning av kornorienterat stål.
1.Kallvalsning
Kiselstål är en mjukare metall. Kallvalsande kiselstål ökar dess hållfasthet – vilket gör det mer hållbart när man sätter ihop kärnan och spolarna.
2.Glödgning
Glödgningsprocessen innebär att kärnstålet värms upp till en hög temperatur för att avlägsna föroreningar. Denna process kommer att öka metallens mjukhet och duktilitet.
3. Kornorienterat stål
Kiselstål har redan en mycket hög permeabilitet, men denna kan ökas ytterligare genom att orientera stålets fibrer i samma riktning. Kornorienterat stål kan öka flödestätheten med 30 %.
Tre, fyra och fem benkärnor
Kärna med tre ben
Tre ben (eller ben) kärnor används ofta för transformatorer av torrtyp i distributionsklass – både låg- och medelspänningstyper. Designen med tre ben staplade kärnor används också för större oljefyllda kraftklasstransformatorer. Det är mindre vanligt att se en kärna med tre ben som används för oljefyllda distributionstransformatorer.
På grund av frånvaron av en eller flera yttre extremiteter, är den trebenta kärnan ensam inte lämplig för wye-wye-transformatorkonfigurationer. Som bilden nedan visar finns det ingen returväg för nollsekvensflödet som finns i wye-wye-transformatorkonstruktioner. Nollsekvensströmmen, utan tillräcklig returväg, kommer att försöka skapa en alternativ väg, antingen med hjälp av luftgap eller själva transformatortanken, vilket så småningom kan leda till överhettning och eventuellt transformatorfel.
(Lär dig hur transformatorer hanterar värme genom sin kylningsklass)
Kärna med fyra ben
Istället för att använda en nedgrävd delta-tertiärlindning, ger en kärna med fyra grenar en yttre lem för returflöde. Denna typ av kärndesign är mycket lik en design med fem ben också i sin funktionalitet, vilket hjälper till att minska överhettning och ytterligare transformatorljud.
Fem lemmar kärna
Fembens lindade kärnkonstruktioner är standarden för alla distributionstransformatorapplikationer idag (oavsett om enheten är wye-wye eller inte). Eftersom tvärsnittsarean för de tre inre extremiteterna som omges av spolarna är dubbelt så stor som trebensdesignen, kan tvärsnittsarean för oket och de yttre lemmarna vara hälften av de inre extremiteterna. Detta hjälper till att spara material och minska produktionskostnaderna.
Posttid: 2024-05-05