هسته ترانسفورماتور یک قطعه از مواد مغناطیسی با نفوذ پذیری مغناطیسی بالا است که برای محدود کردن و هدایت میدان مغناطیسی در دستگاه های الکتریکی، الکترومکانیکی و مغناطیسی مانند الکترومغناطیسی، ترانسفورماتور، موتور الکتریکی، ژنراتور، القایی، مغناطیسی ضبط مغناطیسی و مغناطیسی استفاده می شود. از فلز فرومغناطیسی مانند آهن و یا ترکیبات فرمی مگنت مانند فریت ها ساخته شده است. نفوذ پذیری بالا نسبت به هوا اطراف باعث می شود خطوط میدان مغناطیسی در مواد هسته ترانسفورماتور متمرکز شوند. میدان مغناطیسی اغلب توسط یک سیم پیچ جریان در اطراف هسته ایجاد می شود.

استفاده از هسته ترانسفورماتور می تواند قدرت میدان مغناطیسی در یک سیم پیچ الکترومغناطیسی را با چند صد برابر بیشتر از هسته ترانسفورماتور بدون هسته افزایش دهد. با این حال هسته های ترانسفورماتور عوارض جانبی دارند که باید در نظر گرفته شود. در دستگاه های متناوب (AC) آنها باعث تلفات انرژی می شوند، به علت هیسترزیزه و جریان های پیچشی در برنامه های کاربردی مانند ترانسفورماتور و سلف ها، خسارات هسته ای نامیده می شود. مواد مغناطیسی “نرم” با کمرنگ بودن و هیسترزیس کم، مانند فولاد سیلیکون یا فریت، معمولا در هسته استفاده می شود.

هسته ترانس از نوارهای نازک از ورق سیلیس دانه گرا ساخته شده است که لمینیت نامیده می شود که با پوشش های نازک مواد عایق الکتریکی جدا شده (با این حال هنوز هم از نظر مغناطیسی) یکدیگر هستند. این امر برای کاهش ضررهای بدون بار ترانسفورماتور مهم است. هسته ترانس منبع گرما در ترانسفورماتور است و به عنوان یک هسته در اندازه افزایش می یابد، کانال های خنک کننده در داخل هسته ممکن است لازم باشد. مشکلات مانند لمینیت هسته ای کوتاه مدت منجر به افزایش ضرر و احتمالا گرمای بیش از حد هسته ترانسفورماتور خواهد شد.

این هسته ترانس از ساختارهای مکانیکی متخلخل است که آن را نگه می دارد و از آن حمایت می کند و سپس عمدا به یک نقطه متصل می شود. هسته ترانسفورماتور بزرگ تر که دارای بخش های اصلی هسته ای است که از کانال های خنک کننده جدا شده اند، می توانند جفرسون های هسته ای را به هم متصل کنند تا بخش های هسته را به هم متصل کنند و یک سرب واحد را به طور جامد به گروه متصل شده به زمین وصل کنند. هسته ترانس، که به طور مؤثر یک هادی است که به عنوان مسیر انتقال جریان در نظر گرفته نمی شود، ممکن است از طریق اتصال کوپلینگ با سیم پیچ های بیرونی زمانی که ترانسفورماتور به انرژی (منجر به تخلیه جزئی است که ممکن است به ترانسفورماتور آسیب برساند) ترانسفورماتور بار را حمل می کند مگر اینکه هسته به طور جامد به زمین متصل شود. زمین هسته نیز عملیات حفاظت از دستگاه را در صورت وقوع شکستن عایق هسته اطمینان می دهد.

مواد اصلی هسته ترانسفورماتور

هسته ترانس آلیاژ آهن است که ممکن است از صفر تا ۶.۵ درصد سیلیکون (Si: 5Fe) داشته باشد. ورق سیلیس به طور قابل توجهی مقاومت الکتریکی فولاد را افزایش می دهد، که جریان های پیچشی منجر شده را کاهش می دهد و بنابراین کاهش خزش هسته ترانس را کاهش می دهد. منگنز و آلومینیوم می تواند تا ۰.۵٪ اضافه شود. افزایش میزان سیلیس مانع جریان های پیچشی و چرخاندن حلقه هیسترزیس مواد می شود، بنابراین باعث کاهش ضربان های هسته ترانس می شود. با این حال، ساختار دانه سخت و خرد می شود فلز، که به طور قابل توجهی کارایی مواد، به ویژه هنگامی که آن را نورد. هنگام آلیاژ کردن هسته ترانس، سطح غلظت کربن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن باید کم باشد، زیرا این عناصر حضور کربید، سولفید، اکسید و نیتریت را نشان می دهد. این ترکیبات هسته ترانس، حتی در ذرات کوچک به عنوان یک میکرومتر قطر، افزایش هیسترزیز را افزایش می دهد در حالی که همچنین کاهش نفوذپذیری مغناطیسی هسته ترانس. حضور کربن اثرات مخرب بیشتری نسبت به گوگرد و اکسیژن دارد. کربن نیز باعث می شود که پیری هسته ترانس مغناطیسی به آرامی محلول جامد را ترک کند و به عنوان کاربید رسوب کند و در نتیجه باعث کاهش قدرت در طول زمان شود. به همین علت، سطح کربن تا ۰.۰۰۵٪ یا پایین تر نگه داشته می شود. هسته ترانس سطح کربن را می توان با خنک کردن ورق سیلیس در فضای نابود کننده مانند هیدروژن کاهش داد.

هسته ترانس، ورق سیلیس خاصی است که برای تولید خواص مغناطیسی خاصی مانند یک منطقه کوچک هیسترزیزه (انحلال کم انرژی انرژی در هر چرخه یا از دست دادن هسته کم) و نفوذ پذیری بالا است. هسته ترانس نیز می تواند به عنوان ورق سیلیس، آهن هسته، رل سیلیکون استیل یا ورق الکتریکی نامیده می شود. هسته ترانس معمولا به صورت نوار سرد ورق کمتر از ۰.۲۳ تا .۰۳۵ میلی متر ضخامت برای جهت گندم ۰.۵ میلی متر ورق سیلیس. این نوارها زمانی که با هم تشکیل می شوند، تشکیل لایه می شوند. پس از جمع آوری، آنها از هسته ترانس لمینیت ترانسفورماتور یا اجزای استاتور و روتور موتورهای الکتریکی تشکیل می شوند. لمینیت ها ممکن است به شکل کامل خود را با خطوط برش هسته ترانس برش داده و از بین بروند.

ساختار هسته ترانس چیست ؟

هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه در اطراف یک هسته ترانس نرم آهن معمولی ساخته شده از لمینیت های فردی برای کاهش جریان ویرچ و تلفات قدرت پیچیده شده است. سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به منبع تغذیه AC وصل می شود که باید در طبیعت هسته ترانس سینوسی باشد، در حالی که سیم پیچ ثانویه برق را به بار تحمیل می کند. با این توضیح، ترانسفورماتور می تواند در مقایسه با منبع متصل هسته ترانس به سیم پیچ ثانویه مورد استفاده قرار گیرد، در صورتی که ولتاژ و امتیاز فعلی مشاهده می شود.

میدان مغناطیسی هسته ترانس

ترانسفورماتور ولتاژ می تواند به عنوان یک جزء الکتریکی به جای یک مولفه الکترونیکی مورد توجه قرار گیرد. ترانسفورماتور اساسا دستگاه الکتریکی منفعل الکترومغناطیسی استاتیک (یا ثابت) است که بر اساس قانون القای فارادی با تبدیل انرژی الکتریکی از یک مقدار به دیگری کار می کند. هسته ترانس این را با اتصال دو یا چند مدار الکتریکی به یکدیگر با استفاده از یک مدار مغناطیسی معمولی که توسط ترانسفورماتور تولید می شود، انجام می دهد. ترانسفورماتور بر اساس دستورالعمل “القای الکترومغناطیسی” عمل می کند، به شکل القاء متقابل. القاء متقابل فرایندی است که توسط آن یک سیم پیچ مغناطیسی هسته ترانس ولتاژ را به یک کویل دیگری که در مجاورت آن قرار دارد القا می کند. سپس می توانیم بگوییم که هسته ترانس در “میدان مغناطیسی” کار می کنند و هسته ترانس از این واقعیت که “یک” ولتاژ یا سطح فعلی را به دیگری تبدیل می کنند، نام خود را می گیرند.

هسته ترانس در ترانسفورماتور قادر به افزایش و یا کاهش ولتاژ و جریان فعلی عرضه خود، بدون تغییر فرکانس خود، و یا میزان برق از طریق یک سیم پیچ به دیگری از طریق مدار مغناطیسی هسته ترانس است. یک ترانسفورماتور ولتاژ تک فاز اساسا شامل دو کویل الکتریکی سیم است، یکی از آن ها «سیم پیچ اولیه» نامیده می شود و دیگری سیم پیچ ثانویه نامیده می شود. برای این آموزش، قسمت “اولیه” ترانسفورماتور را به عنوان طرفی که معمولا قدرت را به دست می گیرد، تعریف می کنیم و “ثانویه” به عنوان طرفی است که معمولا قدرت را ارائه می دهد. در یک ترانسفورماتور ولتاژ تک فاز، هسته ترانس ابتدا معمولا با ولتاژ بالاتر است.

هسته ترانس چگونه کار می کند؟

هسته ترانس برای سطح بالای نفوذ پذیری آن ها شناخته شده است، و آن ها را انتخاب خوبی برای انتقال ولتاژ در سطح فرکانس صوتی می کند، به عنوان هسته ترانس نفوذ کننده جریان جریان مغناطیسی را کاهش می دهد. با این حال، هسته ترانس بدون سر و صدا دارای سطح بالایی از افت جریان جریان الکتریکی هستند که زمانی اتفاق می افتد که یک ماده هدایت کننده در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر قرار بگیرد و می تواند به گرمایش هسته ترانس منجر شود. به علت حضور چندین ورق سیلیس، که توسط مواد عایق غیر مستقیم بین لایه ها محافظت می شود، این جریان های گردابی در آن قرار دارند و اثرات مغناطیسی کاهش می یابد. اگرچه لمینیت نازک برای تولید سخت تر است و گران تر است، آنها در ترانسفورماتورهای با فرکانس بالا کارایی دارند.

برای کسب اطلاعات محصولات گروه بازرگانی نوید  با شماره های مندرج در وب سایت تماس بگیرید.

ترانس های تغذیه و قدرت مانند ترانس اصلی نیروگاه ترانس توزیع و اتو ترانسفورماتور، ترانسفورماتورهای قدرت معمولا سه فاز هستند، اما گاهی ممکن است در قدرت های بالا به دلیل حجم و وزن زیاد و مشکل حمل و نقل از سه عدد ترانس تک فازاستفاده کنند. ترانس های صنعتی مانند ترانس های جوشکاری، ترانس های راه اندازی و ترانس های مبدل ترانس برای سیستم های کشش و جذب که در راه آهن و قطارهای الکتریکی بکار می ‌رود. ترانسفورماتور های مخصوص آزمایش اندازه گیری، حفاظت مصارف الکتریکی و غیره. نوع جدیدی از ترانسفورماتورهای تقویت جریان موسوم به بوسترفورمر عرضه کرده است که در سیستم تغذیه راه آهن استفاده می گردد. در این نوع تراسفورماتورها از روغن استفاده نشده و سیستم عایقی ساده‌ای به کار رفته است. استفاده از بوسترفورمر از لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و برای محیط زیست نیز مضرات کمتری دارد. تکنولوژی به کار رفته در بوسترفورمر، همانند پاورفرمرها و دیفورمرها ( ترانسفورماتورهای خشک ) مبتنی بر استفاده از کابل ها می باشد. این ترانسفورماتورها از یک کابل فشار قوی تشکیل شده که به صورت یک سیم پیچ به دور یک هسته آهنی پیچانده شده است. در بوسترفورمر از روغن استفاده نشده است.

به این ترتیب نیاز به بازرسی مداوم روغن ( دمای روغن، اندازه‌گیری و تجزیه گاز متصاعد شده از روغن و … ) از بین رفته و هزینه‌های سرویس ونگهداری پایین آمده است. به علت زمین شدنِ کل ترانسفورماتور، ضریب ایمنی این نوع ترانسفورماتور بسیار بالاست.  بوسترفورمر به علت استفاده از تجهیزات اتصال دهنده استاندارد، از ضریب اطمینان بالایی نیز برخوردار است ترانس های تقویت جریان با فواصل ۵ کیلومتر از یکدیگر، در مسیر خطوط راه آهن و بر روی فیدر نصب می ‌گردند. این نوع ترانسفورماتورها را می‌ توان هم بر روی تیر و هم بر روی زمین نصب کرد. از بوستر فورمر ممکن است در کشورهای زیادی برای منابع تغذیه مختلف استفاده گردد.  اکنون تعدادی از این نوع تراسفورماتورها برای منابع تغذیه راه آهن کشورهای اروپای شمالی در حال ساختند.

ترانسفورماتور جریان

ترانس های جریان برای نمونه گیری جریان به نسبت گذر جریان از سیم پیچ اولیه خود و القای آن در سیم پیچ ثانویه کاربرد دارند. این ترانسفورماتورها برای حفاظت و اندازه گیری در ابتدای توانراه های ورودی به پست ها و همچنین در ورودی ترانس توان و ورودی ثانویه ترانس و همچنین در خروجی های پست و نقاط کلیدی دیگر که نیاز است جریان در آن نقطه تحت نظر باشد به کار گرفته می شود که هر کدام از این نقاط با ترانس ویژه به خود چه از نظر جداگری و ساختمان و چه از دید نیرو و دقت (ریزسنجی) ، نصب و به کار برده می شوند.

ترانسفورماتور جریان از دو سیم پیچ اولیه و ثانویه پدید آمده که جریان واقعی در پست از اولیه گذر نموده و در پی گذر این جریان و فراخور آن، جریان کمی (نزدیک به چند آمپر) در ثانویه پدید می‌آید. ثانویه این ترانس ها با اندازه کمتری از اولیه خود که تا حد بسیار بالایی همه ویژگیهای جریان در سیم پیچ اولیه خود را دارد به ابزار فشار ضعیف پست و رله ها و نشان دهنده ها متصل می شوند. ثانویه این ترانس ها دارای سیم پیچ با دورهای بیشتری نسبت به اولیه است که اغلب تنها شامل یک شمش و یا چند دور از شمش است ساخته می شود.

نکته ای که قابل ملاحظه و چشمگیر است، اندازه در تعداد دور سیم پیچ است که باید به نسبت خواسته شده رسید. در ثانویه سیم های دور هسته سیم های لاکی هستند. هسته های حفاظتی بدون در نظر داشتن تصحیح دور ساخته می شوند ولی در هسته های اندازه گیری برای رسیدن به بارها و دقت های مورد نیاز تصحیح دور انجام میشود .اندازه بار در ثانویه ، از نکته های دیگر است که در طراحی برینه(سطح مقطع) سیم پیچ سودمند است .این ترانسها هم باید در حالت و شرایط عادی و هم در شرایط اضطراری مانند جریان زیاد و یا هر خطایی که ممکن است پدید آید توانایی اندازه گیری ونمونه گیری جریان را داشته باشد. یکی ازمهم ترین نمونه ها در ساختمان یک ترانس جریان، تفاوت ولتاژ بسیار بالا بین اولیه و ثانویه می‌باشد زیرا ولتاژ اولیه همان ولتاژ نامی پست است، با اینکه ولتاژ ثانویه خیلی پایین می‌باشد که با توجه به این مورد بایستی بین اولیه و ثانویه ایزولاسیون کافی وجود داشته باشد. ترانسفورماتورهای جریانی که در پست‌های فشارقوی به کار گرفته می‌شوند، دارای جداساز کاغذ و روغن (همزمان) می‌باشند. 

ترانسفورماتور ولتاژ

ترانسفورماتور ولتاژ یا اصطلاحاً (VT ( PT ترانسفورماتور خاصی است که اولیهﺍی با ولتاژ زیاد و ثانویهﺍی با ولتاژ کم دارد. توان نامی این ترانس بسیار کم است، و تنها هدف آن فراهم کردن نمونهﺍی از ولتاژ سیستم قدرت برای دستگاﻩهای اندازﻩگیری و کنترل است. چون ترانسفورماتور ولتاژ به منظور نموﻧﻪگیری ولتاژ به کار می‌رود، باید بسیار دقیق باشد تاموجب اعوجاج ولتاژهای واقعی نشود. ترانسفورماتورهای ولتاژ از لحاظ دقت در کلاسهای مختلفی ساخته می‌شوند و هنگام خرید باید با توجه به دقت مورد نیاز در اندازﻩگیری به این کلاس ها توجه کرد. دو سر خروجی ترانس ولتاژ برخلاف ترانس جریان هیچ گاه نباید اتصال کوتاه شود.

ترانسفورماتور ولتاژ خازنی (CVT)

ترانسفورماتور ولتاژ خازنی یا (CVT) نوعی ترانسفورماتور ولتاژ است که برای تبدیل ولتاژهای بالای سامانه انتقال انرژی به مقادیر قابل اندازه‌گیری و استفاده‌ پذیر برای حفاظت و کنترل سامانه ولتاژ بالا استفاده می‌شود. مبدل‌های پتانسیل (پی‌تی) که دارای دو سیم‌پیچ اولیه و ثانویه هستند و اولیه آن‌ها یک ‌راست به ولتاژ بالا متصل می‌شود، تا سطح ولتاژ ۱۳۲ کیلو ولت کاربرد دارند، در حالی که سی‌وی‌تی‌ها در ولتاژهای بالاتر به کار می‌روند. در ترانس ولتاژ خازنی از خازن به عنوان مقسم ولتاژ استفاده می‌شود و بخش مقسم ولتاژ بین فاز و زمین شبکه قدرت متصل می‌شود. سی‌وی‌تی نقش خازن جفت‌شدگی را نیز بازی می‌کند و سیگنال‌های فرکانس‌بالای حامل خط نیرو را به خط انتقال جفت می‌کند.

هسته ترانس یکی از کالا های بسيار اساسی در صنعت برق کشور به حساب می آید، چرا که ورق هسته ی سيليس دار به عنوان یكی از قطعات اصلی ترانس های قدرت وتوزیع می باشد، که این ترانس ها نقش اساسی در شبكه های انتقال برق در کشور را بر عهده دارند، از طرف دیگر ورق هسته ی سيليس دار در ترانس ها و ترانسفورماتورهای کوچک و خانگی نيز کار می رود و نقش اساسی را در تنظيم ولتاژ وسایل برقی خانگی به عهده دارد. نزدیک به ۱۵ کشور در جهان تكنولوژی توليد این محصول را دارند.

]]> https://ng-groups.com/trans-core/%d8%a7%d9%87%d9%85%db%8c%d8%aa-%d8%a7%d8%b3%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d8%aa%da%98%db%8c%da%a9%db%8c-%d9%87%d8%b3%d8%aa%d9%87-%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b3-%d8%af%d8%b1-%d8%af%d9%86%db%8c%d8%a7%db%8c-%d8%a7/feed/ 0 https://ng-groups.com/trans-core/%d8%b1%d9%88%da%a9%d8%b4-%d9%84%d9%85%db%8c%d9%86%db%8c%d8%aa-%d9%87%d8%b3%d8%aa%d9%87-%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b3/ https://ng-groups.com/trans-core/%d8%b1%d9%88%da%a9%d8%b4-%d9%84%d9%85%db%8c%d9%86%db%8c%d8%aa-%d9%87%d8%b3%d8%aa%d9%87-%d8%aa%d8%b1%d8%a7%d9%86%d8%b3/#respond Fri, 16 Apr 2021 12:27:14 +0000 https://ng-groups.com/?p=1928

هسته ترانس ساخته شده بدون پردازش خاص برای کنترل جهت گیری کریستالی، هسته ترانس معمولا دارای سطح سیلیکون ۲ تا ۳.۵٪ است و خواص مغناطیسی مشابهی در همه جهات دارد، به عنوان مثال، ایزوتروپیک است. هسته ترانس سرد غلتکی اغلب به CRNGO کمکی می کند. هسته ترانس گرانشی معمولا دارای سطح سیلیکون ۳٪ است. به طوری که خواص بهینه هسته ترانس در جهت نورد، به علت کنترل شدید از جهت گیری کریستال نسبت به ورق سیلیس ، پردازش شده است. چگالی شار مغناطیسی هسته ترانس در جهت نورد کویل ۳۰٪ افزایش می یابد، اگرچه اشباع مغناطیسی هسته ترانس ۵٪ کاهش می یابد. این برای هسته ترانس با کارایی بالا، موتور الکتریکی و ژنراتور استفاده می شود. هسته ترانس سرد فولادی اغلب به CRGO کمکی می کند. هسته ترانس زمانی استفاده می شود که هزینه از کارایی مهم تر باشد و برای برنامه های کاربردی که جهت شار مغناطیسی ثابت نیست، همان طور که در موتورهای الکتریکی و ژنراتور با قطعات متحرک. هسته ترانس می تواند مورد استفاده قرار گیرد زمانی که فضای کم برای تعیین اجزای سازنده برای استفاده از خواص ورق سیلیس وجود دارد. بهترین ترانسفورماتور خروجی برای تقویت کننده های صوتی سوپاپ، از هسته ترانس استفاده می شود. 

هسته ترانس می توانند از یک سوم ورق سیلیس خسارت داشته باشند. هسته ترانس ماده یک شیشه فلزی تهیه شده توسط ریختن هسته ترانس مذاب بر روی چرخ چرخشی دوار است که فلز را با سرعت حدود یک مگاکلویین در ثانیه سرد می کند، به طوری که سرعت کریستال ها هسته ترانس تشکیل نمی شود. هسته ترانس دارای خواص مکانیکی ضعیف تر است و از سال ۲۰۱۰ حدود دو برابر بیشتر از ورق سیلیس هزینه می کند و تنها برای برخی از ترانسفورماتورهای بزرگ مانند توزیع قابل استفاده است.

پوشش لمینیت هسته ترانس

هسته ترانس معمولا برای افزایش مقاومت الکتریکی بین لمینیت ها، کاهش جریان های چرخشی، ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی، و همچنین در طول هسته ترانس برش خوردن به عنوان یک روان کننده عمل می کند. در هسته ترانس پوشش های مختلفی وجود دارد، آلی و معدنی، و پوشش استفاده شده بستگی به کاربرد ورق سیلیس دارد. نوع پوشش انتخاب شده بستگی به عملیات حرارتی لمینیت دارد، اینکه آیا هسته ترانس با لمینیت به پایان می رسد در روغن غوطه ور شده و دمای کار دستگاه به پایان رسید. عمل بسیار اولیه این بود که هر لایه بندی هسته ترانس را با یک لایه کاغذ یا پوشش لایه ای عایق بندی کنیم، اما این عامل عامل انباشت هسته ترانس را کاهش داد و حداکثر دمای هسته ترانس را محدود کرد.

برای کسب اطلاعات محصولات گروه بازرگانی نوید  با شماره های مندرج در وب سایت تماس بگیرید.

جنس انواع هسته ترانس

هسته ترانسفورماتورها بسته به کاربرد ترانسفورماتور از جنس‌های مختلف ساخته می‌شود. یک دسته‌بندی از جنس هسته ترانس در ادامه آمده است.

• فلزات جامد

هسته ترانس ، به ویژه هسته های ورق سیلیس که در مدار استفاده می شوند، دارای نفوذپذیری بالا مغناطیسی و همچنین مقاومت الکتریکی هستند. هنگامی که در مدار استفاده می شود، آن ها تمایل دارند برای سطوح انتقال بالاتر از فرکانس های اصلی کار کنند. برای فرکانس هایی که تمایل دارند حتی بالاتر از حد مجاز، از جمله فرکانس های فرکانس VHF (فرکانس بسیار بالا)، ورق سیلیس توسط فریت ها جایگزین شود که مواد سرامیکی مغناطیسی غیر مغناطیسی هستند.

• • آهن

از هسته آهنی در آهن رباهای الکتریکی جریان مستقیم و برخی موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. در عمل برای کاهش مقاومت آهن در برابر مغناطیسی شدن، آن را گرمادیده می‌کنند که به آن آهن نرم می‌گوییم. آهن می‌تواند تا ۲ تسلا میدان مغناطیسی را بدون اشباع شدن تحمل کند. از آنجایی که آهن یک رسانای الکتریکی است، در کاربردهای AC مانند ترانسفورماتورها، سلف‌ها و موتورهای AC اگر از آهن “یک تکه” استفاده شود، تلفات زیادی به واسطه جریان‌های گردابی در آن ایجاد می‌شود. برای جلوگیری از این تلفات، در این کاربردها از آهن ورقه ورقه شده یا پودر آهن و یا مواد نارسانا مانند فریت‌ها استفاده می‌شود.

• • آهن ورقه ورقه شده

همان‌طور که گفته شد برای کاهش تلفات ناشی از جریان‌های گردابی در کاربردهای AC به‌جای آهن یک تکه از آهن ورقه ورقه شده استفاده می‌گردد. با اضافه کردن کمی سیلیکون به آهن، مقاومت آن در برابر جریان‌های گردابی بیشتر نیز می‌شود. بر روی ورقه‌ها نیز یک لایه نازک عایق الکتریکی وجود دارد. این ورقه ورقه کردن باعث می‌شود که جریان گردابی مجبور به عبور از سطح مقطع نازک یک ورقه باشد که مقاومت بالایی دارد و چون تلفات جریان گردابی با مجذور جریان آن رابطه مستقیم دارد، مقدار این تلفات بسیار کاهش می‌یابد.

• • آلیاژهای آهن

از آلیاژهای دیگر آهن که ترکیبات مختلفی از آهن و نیکل هستند نیز برای ساخت هسته‌های مغناطیسی استفاده می‌شود. هرکدام از این آلیاژها ویژگی‌های خاصی دارد که در کاربردی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلزات شیشه ای (glassy metal) که به آن‌ها non-crystalline هم گفته می‌شود، ظاهری شبیه شیشه دارند و ترکیبی از فلزاتی مانند آهن، نیکل و کبالت هستند که به‌خاطر تلفات جریان گردابی کم و هسته هیسترزیس کوچک در ساخت ترانس های فرکانس بالا با بازده زیاد مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در شکل زیر نمونه‌ای از این آلیاژ را مشاهده می‌ کنید.

• • پودر فلزات

این نوع هسته‌ها از خرده‌های فلزات تشکیل می‌شوند که با چسب به هم متصل و فشرده شده‌اند. هرچه این خرده‌ها فشرده‌تر باشند، ضریب نفوذپذیری و جریان گردابی هسته بیشتر است. برای کاهش جریان گردابی، سطح خرده‌های فلزات را با یک عایق الکتریکی می‌پوشانند تا جریان گردابی به یک ذره فلز محدود شود. چسب بین ذرات در دمای بالا تخریب شده و باعث تغییر در مشخصات هسته می‌شود. دمایی که چسب تحمل می‌کند به جنس آن بستگی دارد، به عنوان مثال چسب از نوع اپوکسی تحمل دمای ۱۲۵ درجه سانتی گراد را دارد. جنس خرده‌های فلز، مشخصات مغناطیسی هسته را مشخص می‌کند. در ادامه برخی از مواد تشکیل دهنده خرده‌ها و مشخصات آن‌ها را بررسی می‌کنیم. این هسته‌ها معمولاً به شکل ترویید در بازار موجود هستند. رنگ این هسته‌ها معرف نوع ماده به‌کار رفته در آن‌ها است.

• • آهن

ارزان‌ترین نوع هسته پودر فلز، هسته‌های پودر آهن هستند که نسبت به هسته‌های دیگر ابعاد بزرگ تری دارند. این هسته‌ها در چگالی شاری بین ۱ تا ۱.۵ تسلا به اشباع می‌روند. به‌خاطر تلفات بالای هیسترزیس و جریان گردابی، از هسته‌های پودر آهن در فرکانس‌های پایین‌تر استفاده می‌شوند (زیر ۱۰۰۰kHz). سلف فیلتر خروجی، چک‌های مد دیفرانسلی و اصلاح ضریب توان و ترانسفورماتورهای پالس و ضریب توان از نمونه کاربرهای این هسته‌ها هستند.

• هسته های ترودیکال

طیف وسیعی از مواد برای استفاده در هسته ترانس از جمله ورق سیلیس ، پرمالوئید پیچ خورده، آهن پودر یا فریت ها در دسترس هستند. این هسته ترانس می توانند در ساختار دایره ای باشند، بقیه ترانسفورماتور در اطراف حلقه هسته ترانس ساخته شده است؛ فقدان باز شدن در حلقه هسته ترانس به معنای عدم شکاف هوا است یا می تواند نوار طولی مواد باشد. مزیت استفاده از یک نوار به عنوان یک نتیجه از مرزهای دانه مناسب به درستی کاهش می یابد. با هسته ترانس، سیم پیچ ها عموما در اطراف هسته ترانس به هم متصل می شوند و سطح را به طور کامل پوشش می دهند. هسته های ترودیکال در کار با همان نوع بار انرژی از هسته ترانس ورق سیلیس کارآیی بیش تری دارند و می توانند کوچ کتر، سبک تر و با یک میدان مغناطیسی پایین تر ساخته شوند. با این حال، سیم پیچ ها برای گره های توریدی گران تر هستند.

فریت‌ها ترکیباتی از اکسید آهن، روی، منگنز (یا نیکل) هستند. این مواد ضریب نفوذپذیری بالایی دارند. از آنجایی‌که از نظر الکتریکی تقریباً نارسانا هستند، تلفات جریان گردابی آن‌ها ناچیز است و در نتیجه در کاربردهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. چگالی شار اشباع این هسته‌ها حدود ۰.۳ تسلا است. در سلف‌ها و ترانسورماتورهای RF و منابع تغذیه سوئیچینگ از این نوع هسته‌ها استفاده می‌شود. هسته‌های فریت در اشکال مختلف در بازار موجود است.

• هسته های هوا

در برخی از برنامه های کاربردی، می توان بدون ایجاد یک هسته ترانس به راحتی با قرار دادن پیچ در محدوده مناسب، امکان پذیر شد. هوايي که فضا را پر مي کند که هسته ترانس آن مي شود، مدار مغناطيسي اصلي است که از دست دادن رنج نمي برد. ویژگی اصلی این هسته‌ها نبود تلفات هسته و پدیده اشباع است. بنابراین در کاربردهایی که نیاز به بالا رفتن چگالی شار است یا فرکانس بسیار بالا می‌باشد از هسته هوا استفاده می‌شود. مقدار اندکتانس ساخته شده توسط سیم‌پیچ با هسته هوا بسیار کمتر از سیم‌پیچ با هسته مغناطیسی است.

انواع هسته ترانس از نظر شکل

هسته‌های از جنس ورقه آهن معمولاً به شکل UI، EI و EE موجود هستند. هسته‌های پودر فلزات به شکل ترویید(حلقوی) یافت می‌شوند. هسته‌های فریت اشکال متنوع‌تری دارند که شامل EE، UU، RM، ETD، EFD، پلانار و … می‌شوند.

انواع هسته ترانس از نظر ابعاد

هرچه توان انتقالی هسته بزرگتر باشد، ابعاد آن نیز باید بزرگتر باشد. بنابراین هسته‌ها را علاوه بر اشکال مختلف، در ابعاد مختلف نیز می‌سازند. به عنوان مثال هسته فریت UU در سایزهای U۱۲۰، U۹۳، U۸۰ و … موجود است. عددی که جلوی نام هسته وجود دارد معمولا به اندازه یکی از ابعاد آن هسته اشاره می‌کند. مثلاً هسته U۱۲۰ دارای پهنایی به اندازه ۱۲۰ میلیمتر است.

برای کسب اطلاعات محصولات گروه بازرگانی نوید  با شماره های مندرج در وب سایت تماس بگیرید.

انواع ترانسفورماتور بر اساس فرکانس

فرکانس یکی از عوامل مهم در تعیین جنس و ابعاد هسته است. از فرکانس برق شهر که ۵۰ یا ۶۰ هرتز است تا فرکانس های کلیدزنی که تا چندصد کیلو هرتز هم میرسد از ترانسفورماتورها با هسته های متفاوتی استفاده می شود. در فرکانس برق شهر از هسته های آهنی و ورقه آهن استفاده می شود. به این ترانسفورماتورها ترانسفورماتور فرکانس پایین (یا برق شهر یا شبکه قدرت) گفته می شود. در فرکانس های بالاتر از پودر آهن و در فرکانس های سوئیچینگ از فریت استفاده می شود که به آن‌ها ترانسفورماتور فرکانس بالا یا ترانسفورماتور سوئیچینگ می‌گویند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس توان

توان عبوری از یک ترانسفورماتور می تواند از چند میلی وات تا چند مگاوات باشد. در نتیجه ترانسفورماتور را براساس حداکثر توان عبوری از آن به ترانسفورماتورهای توان پایین، توان متوسط و توان بالا دسته‌بندی می‌کنند.

انواع ترانسفورماتور بر اساس ساختار هسته و سیم پیچی

ساختار هسته و سیم پیچ ها انواع متفاوتی دارد که بسته به نوع کاربرد از ساختارهای متفاوت استفاده می گردد. هسته ترانسفورماتور می تواند شامل یک یا چند ساق، حلقوی، پلانار و … باشد. سیم پیچ ها ممکن است بر روی یک ساق و درکنار هم یا روی هم، بر روی ساق های جداگانه، درلابه لای یکدیگر (interleaved) در بوبین های دارای چند شیار (slot)، به صورت صفحات PCB و … باشند. 

انواع ترانسفورماتور بر اساس جنس عایق

در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا، سیم پیچی که ولتاژ بالایی دارد باید از نقاط دیگر ترانسفورماتور و حتی از نقاط دیگر خود آن سیم پیچ عایق شود. در ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا از عایق هایی با جنس های متفاوت استفاده می شود. هوا، گاز SF6، روغن و انواع عایق های جامد نمونه هایی از این عایق ها هستند.

ترانسفورماتور چیست؟

ترانسفورماتور یا ترانسْفُورمر وسیله‌ای است که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم پیچ و از طریق القای الکترومغناطیسی منتقل می ‌کند، به این صورت که یک جریان متغیر در سیم‌ پیچ اولیه ترانس، موجب تولید میدان مغناطیسی متغیر می ‌شود که این میدان منجر به ایجاد ولتاژ در سیم ‌پیچ ثانویه می ‌شود. قدرت را می‌توان بین دو سیم ‌پیچ (کویل و یا کوئل) بدون اتصال فلزی بین دو مدار از طریق میدان‌ مغناطیسی منتقل کرد. قانون القای فارادی در سال ۱۸۳۱ این اثر را توصیف کرد. ترانس ها، برای افزایش یا کاهش ولتاژ متناوب در پروژه ‌های برق مورد استفاده قرار می ‌گیرند. از زمان اختراع اولین ترانسفورماتور پایدارِ ثابت در سال ۱۸۸۵، ترانسفورماتورها برای انتقال، توزیع و بهره ‌برداری از انرژی الکتریکی جریان متناوب مورد استفاده قرار می‌گیرند. طیف ترانسفورماتورها از نظر اندازه از ترانسفورماتورهای کم تر از یک سانتی متر مکعب تا واحدهای اتصال شبکه برق که صدها تن وزن دارند گسترش می یابد.

کاربرد ترانسفورماتورها

یکی از کاربردهای بسیار مهم ترانسفورماتورها، کاهش جریان در خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که همه ی هادی‌ های الکتریکی دارای میزان مشخصی مقاومت الکتریکی هستند، این مقاومت می‌تواند موجب اتلاف انرژی در طول مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در یک هادی با مجذور جریان عبوری از هادی رابطه مستقیم دارد و بنابراین با کاهش جریان می‌توان تلفات را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال به همان نسبت جریان خطوط کاهش می ‌یابد و به این ترتیب هزینه‌های انتقال انرژی نیز کاهش می‌ یابد، البته با نزدیک شدن خطوط انتقال به مراکز مصرف برای بالا بردن ایمنی ولتاژ خطوط در چند مرحله و باز به وسیله ترانسفورماتورها کاهش می‌یابد تا به میزان استاندارد مصرف برسد. به این ترتیب بدون استفاده از ترانس ها امکان استفاده از منابع دوردست انرژی وجود ندارد. ترانسفورماتورها یکی از پربازده‌ترین تجهیزات الکتریکی هستند به طوری که در برخی ترانس های بزرگ بازده به ۹۹/۷۵٪ نیز می‌رسد. امروزه از ترانسفورماتورها در اندازه‌ها و توان‌های مختلفی استفاده می ‌شود، از یک ترانسفورماتور بند انگشتی که در یک میکروفون قرار دارد تا ترانسفورماتورهای غول‌ پیکر چند گیگا ولت-آمپری. همه این ترانسفورماتورها اصول کار یکسانی دارند اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند. 

به‌طور کلی یک ترانسفورماتور بر دو اصل استوار است

•  جریان الکتریکی متناوب می‌ تواند یک میدان مغناطیسی متغیر پدیدآورد.(الکترومغناطیس)
• یک میدان مغناطیسی متغیر در داخل یک حلقه سیم‌ پیچ می ‌تواند یک جریان الکتریکی متناوب در سیم پیج بوجود آورد.

برای کسب اطلاعات محصولات گروه بازرگانی نوید  با شماره های مندرج در وب سایت تماس بگیرید.

ورق سیلیس در حال حاضر به طور کلی برای ساخت هسته ترانس استفاده می شود. اگر چه هسته ترانس از دست دادن آهن سیلیس کم است اما هنوز؛ آن دارای برخی از معایب، مانند، آن است که حساس به افزایش از دست دادن با توجه به جریان شار در جهت به غیر از جهت گیری دانه و همچنین حساس به عملکرد ضعیف با توجه به اثر خم شدن و خالی کردن ورق سیلیس برش و هر دو سطح ورق با عایق پوشش اکسید ارائه شده است.

طراحی مطلوب بخش متقاطع هسته ترانس

حداکثر چگالی جریان رل سیلیکون استیل حدود ۱.۹ تسلا است. به این معنی است که هسته ترانس در چگالی شار ۱.۹ تسلا اشباع می شود. یک معیار مهم برای طراحی هسته ترانس این است که در حالت کارکرد عادی ترانسفورماتور نباید اشباع شود. ولتاژ ترانسفورماتور بستگی به شار مغناطیسی کل آن دارد. جریان شار مغناطیسی از طریق هسته ترانس چیزی جز محصول تراکم شار و سطح مقطعی هسته نیست. بنابراین، چگالی شار هسته ترانس را می توان با تنظیم مقطع عرضی هسته در طول طراحی آن کنترل کرد شکل ایده آل مقطع هسته ترانس دایره ای است. برای ساخت مقط دایره ای کامل، هر ورق سیلیس پیوندی باید در ابعاد مختلف برش داده شود. این برای تولید عملی هسته ترانس بی اهمیت است. در حقیقت، تولید کنندگان هسته ترانس از گروه های مختلف یا بسته های تعداد پیش تعیین شده ورق سیلیس مشابه استفاده می کنند. گروه یا بسته یک بلوک از ورق های چند لایه با ارتفاع مطلوب پیش تعیین شده (ضخامت) است. هسته ترانس مجموعه ای از این بلوک ها به گونه ای به صورت پیوسته است که در اندازه آن ها از خط مرکزی اصلی است، که به شکل دایره ای بهینه از مقطع می دهد.

هسته ترانس ایده آل

یک هسته ترانس ایده آل ۱۰۰٪ کارآمد است زیرا تمام انرژی دریافتی هسته ترانس را ارائه می دهد. از سوی دیگر، هسته ترانس واقعی ۱۰۰٪ کارآمد نیست و در بار کامل، کارایی ترانسفورماتور بین ۹۴٪ تا ۹۶٪ است که آرام است. برای یک ترانسفورماتور که با ولتاژ و فرکانس ثابت با ظرفیت بسیار بالایی عمل می کند، بهره وری هسته ترانس ممکن است تا ۹۸ درصد باشد.

طراحی هسته ترانس

نرم افزار مهندسی (INTEGRATED) (IES) از ویژگی های عالی ایده آل برای تولید هسته ترانس و بهینه سازی طراحی برخوردار است. تجزیه و تحلیل ترانسفورماتور یکی از برنامه های به طور گسترده ای برای نرم افزار شبیه سازی الکترومغناطیسی ما است، و مشتریان ما به نتایج دقیق و قابل اعتماد بستگی دارد. IES در طول دهه ها به قدرت و توزیع و صنایع تولید هسته ترانس کمک کرده است و چالش های طراحی پیچیده را در تلاش برای ایجاد سیستم های قدرت و اجزای سازنده آن ها، کارایی هسته ترانس، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست سازد. برنامه های ما در مورد بنیادی ترین جنبه های عمل کرد هسته ترانس متوسط و با ولتاژ بالا، با ارائه پاسخ به متغیرهای طراحی ترانسفورماتور مانند:

محاسبات الکتریکی: قدرت الکتریکی هسته ترانس، پارامترهای خط انتقال، خازن، تجزیه و تحلیل حلقه کورونا، تجزیه و تحلیل تخلیه جزئی (PDI)، ضرر امپدانس، قدرت دی الکتریک ساختارهای عایق بین سیم پیچ ها، منجر، دم حفره ها و برج های مخزن.

برای تولید هسته ترانس به چه چیز هایی نیاز داریم؟

همان طور که در مقالات پیشین اشاره شد، کانال های خنک سازی در هسته ترانس ضروری هستند چرا که دمای نقطه حرارت ممکن است خطرناک باشد و تعداد آن ها بستگی به قطر هسته ترانس و مواد مورد استفاده برای هسته ترانس دارد. علاوه بر این، ورق های محکم ساخته شده از ورق سیلیس در هر دو طرف هسته ترانس برای چسباندن لمینیت مورد نیاز است. بلوک های ورق سیلیس، مجرای روغن، و صفحات گیره؛ همه باید در محدوده دایره هسته ترانس بهینه قرار بگیرند. مساحت بخش خالص از ابعاد بسته های مختلف محاسبه شده در هسته ترانس و برای فضای گم شده بین لایه سازی (که به عنوان عامل انباشته شناخته می شود) محاسبه می شود که ورق سیلیس با ضخامت ۰.۰۲۸ میلی متر با پوشش عایق حدود ۰.۹۶ است. مساحت نیز برای هسته ترانس در کانال های نفتی کسر می شود. نسبت مقطع عرضی خالص هسته ترانس به ناحیه مقطع عرضی درون دایره محیطی خیالی، به عنوان عامل تخریب هسته ترانس شناخته می شود. افزایش تعداد مراحل بهبود فاکتور استفاده، اما در همان زمان، هزینه تولید را افزایش می دهد. تعداد مطلوب مراحل بین ۶ (برای قطر کوچکتر) تا ۱۵ (قطر بزرگتر) است.

ساخت هسته ترانس

 ساختن هسته ترانس از آلیاژهای فولادی مخصوص کاهش می یابد. شدت از دست دادن قدرت هسته ترانس در یک ترانسفورماتور، کارایی هسته ترانس را تعیین می کند. کارایی یک هسته ترانس در از بین رفتن توان (وات) بین مدارهای اولیه (ورودی) و ثانویه (خروجی) منعکس شده است. سپس بازدهی حاصل از یک ترانسفورماتور برابر با نسبت توان خروجی سیم پیچ ثانویه، به ولتاژ اولیه سیم پیچ اولیه است.

به طور کلی، نام مربوط به ساخت یک هسته ترانس بستگی دارد به اینکه چگونه سیم پیچ های اولیه و ثانویه در اطراف هسته فولادی لمینیت مرکزی زخم می شود. دو شایع ترین و اساسی ترین ساختار ترانس عبارتند از ترانسفورماتور بسته به هسته و ترانسفورماتور شل هسته. در شکل “هسته بسته” ترانسفورماتور، سیم های اولیه و ثانویه در خارج زخمی می شوند و حلقه هسته را محاصره می کنند. در شکل “shell type” (شکل پوسته) ترانسفورماتور ، سیم پیچ های اولیه و ثانویه داخل مدار مغناطیسی فولادی (هسته) عبور می کند که یک پوسته را در اطراف سیم پیچ ها تشکیل می دهد، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

در هر دو نوع طراحی هسته ترانس، جریان مغناطیسی اتصال سیم های اولیه و ثانویه به طور کامل در هسته حرکت می کند بدون اینکه از طریق جریان شار مغناطیسی از بین برود. در ساخت هسته ترانسفورماتور، نیمی از هر سیم پیچ اطراف هر پایه مدار مغناطیسی ترانس پیچیده شده است که در بالا نشان داده شده است. کویل ها با سیم پیچ اولیه در یک پا و ثانویه از طرف دیگر تنظیم نشده اند، اما به جای اینکه نیمی از سیم پیچ اولیه و نیمی از سیم پیچ ثانویه بر روی هر پایه تمرکز دارد، به منظور افزایش اتصال مغناطیسی به طور عمدی تمام می شود از خطوط مغناطیسی نیروی در همان زمان از سیم پیچ اولیه و ثانویه عبور می کند. با این وجود، با ساخت این ترانسفورماتور، درصد کمی از خطوط مغناطیسی نیروی جریان خارج از هسته ترانس، و این “جریان نشت” نامیده می شود.

هسته ترانس نوع شل بر این جریان نشت غلبه می کنند؛ زیرا هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه بر پایه یا اندام مرکز مشابه زخمی شده اند که دو برابر سطح مقطع عرضی دو اندام بیرونی است. مزیت اینجا این است که شار مغناطیسی دارای دو مسیر مغناطیسی بسته است تا جریان را به سمت خارجی به کوئل در دو طرف سمت چپ و راست قبل از بازگشت به کویل های مرکزی جریان دهد. این بدان معنی است که جریان مغناطیسی در اطراف اندام های بیرونی ساخت این ترانس برابر است با Φ / ۲٫ به عنوان شار مغناطیسی در اطراف کویل بسته شده است، این مزیت را دارد که کاهش ضربان قلب و افزایش بهره وری کلی را داشته باشد.

معیار های ارزیابی در تولید هسته ترانس

در طول تولید هسته ترانس در کارخانه، برخی عوامل مورد توجه قرار می گیرند

• قابلیت اطمینان بیشتر
• کاهش اتلاف آهن در جریان ترانسفورماتور و مغناطیس
• کاهش هزینه مواد و هزینه کار
• کاهش سطوح سر و صدا

چک کردن کیفیت در هر مرحله از تولید هسته ترانس برای اطمینان از کیفیت و قابلیت اطمینان ضروری است. ورق سیلیس باید برای اطمینان از ضرر خاص هسته ترانس یا مقدار از دست دادن آهن سیلیس مورد آزمایش قرار گیرد. لمینیت هسته ترانس باید به درستی بررسی و بازبینی شود، لمینیت زنگ زده و خم شود باید رد شود. برای کاهش صداهای ترانسفورماتور، لمینیت باید با هم محکم شود و از سوراخ های پانچ هسته ترانس باید تا آنجا که ممکن است اجتناب شود، به حداقل رساندن تلفات آهن سیلیس نیز ضروری است. شکاف هوا در مفصل اندام ها و یوها در هسته ترانس باید تا حد ممکن کاهش یابد تا مسیرهای هدایت حداکثر صاف برای جریان جوش داده شود.

برای کسب اطلاعات محصولات گروه بازرگانی نوید  با شماره های مندرج در وب سایت تماس بگیرید.