A transzformátor vasmagja

 

A mag a transzformátor mágneses áramkörének fő része. Általában melegen hengerelt vagy hidegen hengerelt szilícium acéllemezekből áll, magas szilíciumtartalommal és szigetelő festékkel bevont felülettel. A vasmag és a körülötte lévő tekercsek egy teljes elektromágneses indukciós rendszert alkotnak. A transzformátor által továbbított teljesítmény nagysága a vasmag anyagától és keresztmetszeti területétől függ.

 

 

2.1 Sebmag és laminált mag

2.1.1 tekercselt vasmag

A tekercsmagot általában kis és közepes méretű transzformátorokban (1000 kVA alatt), transzformátorokban, mágneses erősítőkben és nulla sorrendű szivárgásvédő áramváltókban használják.

 

A tekercsmaghoz használt anyagok ultravékony, hidegen hengerelt szilícium acéllemezek, amelyek nagy permeabilitással és lágy mágnesszalaggal rendelkeznek, például permalloy. A szilíciumacél lemez vastagsága 0,18~0,30; A Permalloy szalag vastagsága 0,03-0,10 mm. A kis és közepes méretű transzformátorokat példaként véve a tekercsmag használatának a következő előnyei vannak:

1) Ugyanilyen körülmények között a sebmag üresjárati vesztesége 7-10%-kal csökken a laminált maghoz képest; Az üresjárati áram 50-75%-kal csökkenthető.

2) A tekercsmag nagyon vékony, nagy áteresztőképességű hidegen hengerelt szilícium acéllemezből készülhet, amely kisebb veszteséggel képes transzformátorokat előállítani.

3) A sebmag jó feldolgozhatósággal rendelkezik, nincs nyírási hulladék, és a felhasználási arány majdnem 100%. Gépesített működést is alkalmazhat, kiküszöbölve a halmozási folyamatot, és a gyártási hatékonyság 5-10-szer magasabb, mint a laminált magé.

4) Maga a tekercsmag egy egész, nem kell rögzíteni a tartóelemek befogásával, és nincs csatlakozása, így a laminált maggal megegyező feltételek mellett a transzformátor zaja 5 ~ 10 dB-lel csökkenthető.

5) A tekercsmagos egyfázisú transzformátor folyamati együtthatója körülbelül 1,1; Háromfázisú 1,15 alatt; A laminált vasmagok esetében a kis kapacitású folyamat együtthatója körülbelül 1,45, a nagy kapacitású folyamat együtthatója pedig körülbelül 1,15. Ezért a tekercsmag különösen alkalmas kis és közepes méretű transzformátorokhoz.

 

 

2.1.2 laminált vasmag

Meghatározás

A laminált vasmag az erősáramú transzformátorok, induktorok, transzformátorok és egyéb erőátviteli berendezések kulcsfontosságú eleme. Több lapból áll, nagy permeabilitással és alacsony hiszterézis veszteséggel, ami hatékonyan javíthatja a berendezés munkahatékonyságát és teljesítménystabilitását.

 

A laminált vasmag felépítése

A laminált mag több lapból áll, amelyek mindegyike nagy áteresztőképességű anyagból, például szilíciumacélból készül. Ezeket a lemezeket szigetelőanyag választja el egymástól, így egyetlen szerkezetet alkotnak. A laminált vasmagok általában téglalap vagy kör alakúak, hogy alkalmazkodjanak a különböző berendezések követelményeihez. A laminált vasmag gyártási folyamata során olyan tényezőket is figyelembe kell venni, mint a lemez vastagsága, a szigetelőanyagok kiválasztása és a feldolgozási folyamat a teljesítmény és a megbízhatóság biztosítása érdekében. A vasmag egy zárt mágneses áramkört alkot a transzformátorban, és egyben a szerelőtekercs váza is, amely nagyon fontos része a transzformátor elektromágneses teljesítményének és mechanikai szilárdságának. A vasmag a transzformátor mágneses áramköri része, amely egy vasmagos oszlopból (az oszlopon elhelyezett tekercselés) és egy vasjárból (a vasmagot összekapcsolva zárt mágneses áramkört alkotva) áll. Az örvényáram- és hiszterézisveszteség csökkentése, valamint a mágneses áramkör mágneses vezetőképességének javítása érdekében a vasmag {{0}},35 mm ~ 0,5 mm vastag, szigetelőfestékkel bevont szilíciumacél lemezből készül. A transzformátor kis része téglalap vagy négyzet alakú, a nagy transzformátormag pedig lépcsős, ami a hely teljes kihasználását szolgálja.

 

Laminált alapjellemzők

Mivel a laminált magos transzformátor magját és tekercsét külön gyártják, először a magot rakják egymásra, majd eltávolítják a felső járomot, majd szerelik fel a magszigetelést és a tekercset, a tekercset és a magoszlopot pedig merevítővel támasztják alá, végül pedig behelyezik a vasigát, hogy befejezze a test összeszerelését.

 

A laminált mag transzformátor szerkezete a következő jellemzőkkel rendelkezik:

1. A mag befogási iránya a maglemez vastagsági iránya, amely jól meg tudja szorítani a magot;

2. A kétrétegű hengeres tekercs esetében a tekercs belső rétegében nincs tekercsváz;

3. Mivel a felső vaskeretet a beszerelés során eltávolítják, a magoszlop és a tekercs könnyen meghúzható tartóval;

4. A tekercset külön tekercseljük, és a tekercset a tekercselés után külön márthatjuk.

 

 

2.1.3 A háromdimenziós háromszög alakú tekercsmag, a laminált mag és a lapos tekercsmag összehasonlítása

1) Háromdimenziós háromszög alakú tekercsvas mag

Háromdimenziós tekercsmag: Egy vasmag háromszög alakú, háromdimenziós elrendezése, amely három azonos geometriai méretű egykeretes tekercsmagból áll.

Háromdimenziós tekercsmagos transzformátor: elosztó transzformátor háromdimenziós tekercsmaggal, mint mágneses áramkör.

A folyamat jellemzői: A teljes vasmag három egyforma külön keretből áll, és a vasmag három magoszlopa egyenlő oldalú háromszögben van elrendezve. Minden egyes keret számos trapéz alakú anyagból készült szalagból készül, amelyeket egymás után feltekernek. Az egyetlen keret keresztmetszete a tekercselés után közel félkör alakú, a felosztás utáni keresztmetszete pedig nagyon közel van a teljes kör kvázi-sokszögéhez. Az egykeret különböző méretű trapéz alakú anyagszíjait a speciális hajtogatóvonalas vágógép tekercseli fel. Ez a fajta forgácsolási feldolgozás anyagfeldolgozás nélkül is elvégezhető, azaz forgácsoláskor 100%-os az anyagfelhasználás.

 

2) Laminált vasmag

Laminált vasmag: Hosszanti nyírási gyártósorból és keresztirányú nyírási gyártósorból áll, és a szilíciumacél szalagot egy bizonyos alakú szilícium acéllemezké dolgozzák fel, majd a szilíciumacél lemezt egy bizonyos módon halmozzák fel.

A laminált magnak három hátránya van:

A mágneses körben számos kötés alkotja a légréseket, ami növeli a mágneses áramkör mágneses ellenállását, ezáltal növeli a veszteséget és az üresjárati áramot.

A mágneses áramkör iránya helyenként nem egyeztethető össze a szilíciumacél szalag nagy mágneses permeabilitásának irányával.

A szeletek közötti szorosság hiánya nemcsak a laminálási együtthatót csökkenti, hanem ami még fontosabb, növeli a zajt.

A folyamat hatása a veszteségre

A hosszanti nyírás és a keresztirányú nyírás fokozott mechanikai feszültségveszteséget okoz

A mágneses áramkör iránya a sarokban nem egyeztethető össze a mágneses vezetőképesség irányával, ami nagymértékben növeli a veszteséget

Az ízületek növelik a veszteséget, különösen az üresjárati áram növekedését

A folyamat együtthatója 1,15 ~ 1,3

 

3) A szerkezet hatása a mágneses áramkörre

A hagyományos légrés kötegmagban az AC fázis közötti csatoló mágneses áramkör nyilvánvalóan 1/2-rel hosszabb, mint az AB fázis és a BC fázis mágneses áramköre, így a mágneses áramkör kiegyensúlyozatlan, és az AC mágneses ellenállása fázis nagyobb. Ha háromfázisú feszültséget kapcsolunk a transzformátorra, a mag háromfázisú kiegyensúlyozott mágneses fluxust hoz létre φA, φB és φC.

Amikor a háromfázisú mérleg mágneses fluxusa áthalad a kiegyensúlyozatlan mágneses áramkörön, az A és C fázis mágneses feszültségesése nagy, ami befolyásolja a háromfázisú feszültségegyensúlyt. A mágneses áramkör ezen kiegyensúlyozatlansága a síktranszformátorok áthidalhatatlan szerkezeti hibája.

 

4) Lapos tekercselt vasmag

Lapos tekercsmag: Lapos elrendezésű vasmag, amely egy vagy több feltekercselt maggal ellátott egyedi keretből áll.

Az eljárás jellemzői: A lapos tekercsmagot először két kisebb belső keret feltekercseljük, majd két feltekercselt belső keret kombinációja után egy nagyobb külső keretet külső összetételében feltekerünk, a lapos tekercsmag három magoszlopát elrendezzük. egy repülőben.

Lapos seb magszerkezeti hibái

Ugyanúgy, mint a lapos tekercs és a laminált mag, a három magoszlop egy síkban van elrendezve, így a három magoszlop mágneses áramkörének hossza inkonzisztens: a középső oszlop mágneses áramkörének hossza rövid, a mágneses áramkör a két oldalsó oszlop hossza hosszabb, és az átlagos mágneses áramkör hossza körülbelül 20%, ami nagy különbséget eredményez a három magoszlop üresjárati veszteségében, a középső oszlop üresjárati vesztesége alacsony, és a két oldalsó oszlop üresjárati vesztesége nagy, ami háromfázisú kiegyensúlyozatlanságot eredményez.

 

 

2.2 Egyfázisú és háromfázisú magok

Az egyfázisú mag egyetlen kétoszlopos laminált maggal rendelkezik. Ötféle egyfázisú egyoszlopos oldalsó járom típusú négyoszlopos mag, egyfázisú kétoszlopos típusú laminált mag és egyfázisú sugárzó típusú laminált mag létezik. Négyféle háromfázisú mag létezik: háromfázisú oszlopos laminált mag, háromfázisú oldaljármos ötoszlopos mag, háromfázisú kétkeretes laminált mag és háromfázisú reaktor laminált mag.

A vasmag két részből áll: egy vasmagoszlopból és egy vasigából. A magoszlopot tekercs borítja, és a vasjárom összekapcsolja a magoszlopot, így zárt mágneses áramkört alkot. A transzformátor magrajza az 1. ábrán látható, az 1a ábra egyfázisú transzformátor, az 1b ábra egy háromfázisú transzformátor, a mag felépítése két részre osztható, C a tekercs része, az ún. magoszlop. Az Y a mágneses áramkör azon részének lezárására szolgál, amelyet járomnak neveznek. Az egyfázisú transzformátornak két, a háromfázisú transzformátornak három magoszlopa van.

 

 

Mivel a transzformátormagban lévő mágneses fluxus váltakozó mágneses fluxus, az örvényáram-veszteség csökkentése érdekében a transzformátormag általában nagy ellenállású szilícium acéllemezekből készül egy bizonyos méretű vasforgácsba, a szilíciumacél lemezek a vasmagot a kívánt formára és méretre vágják, majd a lyukasztólapot átfedő módon kombinálják. A 2a. ábra egy egyfázisú transzformátor vasmagját mutatja, mindegyik réteg 4 lyukasztódarabból áll. A 2b. ábra a háromfázisú transzformátor vasmagját mutatja, minden réteg 6 darabból áll, és a chip mindkét rétegének kombinációja eltérő elrendezést alkalmaz a mágneses áramkör egyes rétegeinek csatlakozásainak eltolására. Ezt az összeszerelési módszert átfedő összeállításnak nevezik, és ezzel az összeállítással elkerülhető az örvényáram áramlása az acéllemez és az acéllemez között. És mivel minden egyes lyukasztási réteg össze van szőve, kevesebb rögzítőelem használható a szerkezet egyszerűsítésére a vasmag préselésekor. Az összeszerelés során a lyukasztólemezeket először egymásra rakják, hogy egy egész vasmagot képezzenek, majd az alsó vasjármot befogják, a felső vasigát lyukasztólemezt eltávolítják a magoszlop szabaddá tétele érdekében, az előregyártott tekercset ráhelyezik a magoszlopra, és végül behelyezzük a kihúzott felső vas iga-lyukasztólemezt.

 

 

2.3 Shell és mag magok

A burkolt tekercsnek a vasmagban lévő részét "magoszlopnak", a nem burkolt tekercsnek azt a részét, amely csak a mágneses áramkör szerepét tölti be, "vas iga"-nak nevezik. Ahol a vasmag körülveszi a tekercset, azt héjtípusnak nevezik; Ahol a tekercs körülveszi a magoszlopot, azt magtípusnak nevezzük. A héjtípusnak és a magtípusnak megvannak a sajátosságai, de a transzformátor vasmag által meghatározott gyártási folyamata nagyon eltérő, és nehéz egy szerkezethez fordulni, ha egy bizonyos szerkezetet kiválasztottak. Hazánkban a transzformátormag nagy része halmozott magtípust alkalmaz.

A vasmagban lévő tekercs elrendezése szerint a transzformátort magtípusra és héjtípusra osztják. A különbség elsősorban a mágneses áramkör eloszlásában van, a héjtranszformátor mag járma körülveszi a tekercset, a mag transzformátor magja többnyire a tekercsben van, a tekercsen kívül csak a vasjár egy része, ami a mágneses kialakítására szolgál. áramkör.

 

 

 

Amikor a transzformátor normál üzemben van, a vasmag hőt termel a vasveszteség miatt, és minél nagyobb a vasmag tömege és térfogata, annál több hő keletkezik. A 95 fok feletti transzformátorolaj-hőmérséklet könnyen öregíthető, ezért a mag felületének hőmérsékletét lehetőség szerint ez alatt a hőmérséklet alatt kell szabályozni, ami megköveteli a mag hőleadó szerkezetétől a mag hőjének gyors elvezetését. A hőelvezető szerkezet főként a vasmag hőelvezető felületének növelését szolgálja. A vasmag hőleadása elsősorban a vasmag olajcsatorna hőelvezetését és a vasmag légutak hőelvezetését foglalja magában.

 

A nagy kapacitású olajbemerített transzformátorokban gyakran olajrések vannak elrendezve a vasmag rétegei között, hogy fokozzák a hőelvezetési hatást. Az olajtartály két típusra oszlik, az egyik párhuzamos a szilícium acéllemezzel, a másik pedig függőleges az acéllemezre, amint az a 4. ábrán látható. Ez utóbbi elrendezésnek jobb a hőelvezetése, de a szerkezet összetettebb.

 

A száraz transzformátor magjában léghűtés van, annak érdekében, hogy a maghőmérséklet ne haladja meg a megengedett értéket, gyakran a magoszlopba és a vasjáros légcsatornába szerelik be.

 

 

 

A transzformátor működés közben zajt kelt. A transzformátortest zajának forrása a vasmag szilícium acéllemezének magnetostrikciója, vagy a transzformátor mag zaját alapvetően a magnetostrikció okozza. Az úgynevezett magnetostrikció a szilíciumacél lemez méretének növekedését jelenti a mágneses indukciós vonal irányában, amikor a vasmagot gerjesztik; A szilícium acéllemez mérete a mágneses induktivitás vonalára merőleges irányban csökken, és ezt a méretváltozást nevezzük magnetostrikciónak. Ezenkívül a vasmag szerkezete és geometriai mérete, valamint a vasmag feldolgozási és gyártási folyamata bizonyos fokú hatással lesz a zajszintre.

 

A vasmag zajszintje az alábbi műszaki intézkedésekkel csökkenthető:(1) Kiváló minőségű, kis ε magnetostrikciós arányú szilikon acéllemezek használata. (2) Csökkentse a mag mágneses fluxussűrűségét. (3) Javítsa a vasmag szerkezetét. (4) Válasszon egy ésszerű magméretet. (5) Használjon fejlett feldolgozási technológiát.

 

 

A transzformátor normál működése során a feltöltött tekercs és az ólomhuzal, valamint az üzemanyagtartály között kialakuló elektromos tér egyenetlen elektromos tér, a vasmag és fém részei pedig az elektromos térben vannak. Mivel az elektrosztatikus indukció potenciálja eltérő, a vasmag és fémrészeinek felfüggesztési potenciálja nem azonos, és amikor a két pont közötti potenciálkülönbség képes lebontani a köztük lévő szigetelést, szikrakisülés keletkezik. Ez a kisülés lebonthatja a transzformátor olaját és károsíthatja a szilárd szigetelést. Ennek elkerülése érdekében mind a magot, mind a fém alkatrészeket megbízhatóan földelni kell.

 

A magnak enyhén földeltnek kell lennie. Ha a vasmagot vagy más fém alkatrészeket két vagy több ponton földeljük, a földelési pontok között zárt hurok képződik, amely keringést hoz létre, az áramerősség néha akár több tíz amper is lehet, helyi túlmelegedést okoz, ami olajbomlás, a földszalag biztosítékot is okozhat, égetheti a magot, ezek nem megengedettek. Ezért a magot földelni kell, és egy kicsit földelni kell.

 

 

A nanokristályos és amorf vasmagok megjelenése ideális anyagokat biztosít a közép- és nagyfrekvenciás transzformátorokhoz. Az ipar fejlődésével a tápegység üzemi frekvenciája 20kHz-re nőtt, a kimenő teljesítmény pedig meghaladta a 30kW-ot. A hagyományos maganyagok, például a szilícium acéllemez nagy veszteséggel rendelkeznek, és nem felelnek meg az új tápellátási követelményeknek.

 

Az amorf és vasalapú nanokristályos mag a nagy telítettségű mágneses indukció, a nagy permeabilitás, az alacsony veszteség, a jó hőmérsékleti stabilitás, a környezetvédelem stb. jellemzőivel rendelkezik, és fontos alkalmazási értékkel rendelkezik a nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás transzformátorokban.

 

 

 

6.1 Nanokristályos mag

A nanokristályos anyagok főként vasból, krómból, rézből, szilíciumból, bórból és más elemekből állnak, és ezeket a speciális ötvözetkomponenseket gyors kioltási technológiával amorf állapotba hozzák, majd hőkezeléssel nanoméretű szemcséket képeznek.

A nanokristályos mag kiváló mágneses tulajdonságokkal és hőmérsékleti stabilitással rendelkezik, és különösen alkalmas a ferrit cseréjére a 20 kHz és 50 kHz közötti frekvenciatartomány alatti transzformátorokban.

A nanokristályos anyag ellenállása 90 μ Ω.cm (hőkezelés után), és nanoszerkezetének köszönhetően egyesíti a szilíciumacél, a permalloy és a ferrit előnyeit.

 

 

 

A közönséges vas nanokristályos lágy mágneses anyagok vastagsága körülbelül 30 μm. Törékenységének és feszültségérzékenységének köszönhetően a mágneses tulajdonságok jelentősen csökkennek, ha a feldolgozás és a használat során külső erőhatásoknak van kitéve. Ezért a nanokristály magból általában gyűrű vagy patkó alakút készítenek, és védőhéjba helyezik. A védőburkolat anyaga befolyásolja a nanokristályos mag hőelvezetési teljesítményét.

Az új nanokristályos magot transzformátorokon alkalmazták, a nanokristályos anyag vastagsága mindössze 24 μm, és a hőkezelés után kikeményedett mag jelentős előnyökkel rendelkezik a hagyományos transzformátormaggal szemben:

Az új nanokristályos mag szigetelő fóliával van bevonva, amely eléri a tekercseléshez szükséges szilárdságot, és közvetlenül transzformátorba tekerhető.

A kikeményedett nanokristályos mag eltávolítja a védőburkolatot, így több helyet biztosít a hőelvezetésnek és javítja a transzformátor üzembiztonságát.

Ez a kialakítás csökkenti a védőhéj anyagának a nanokristályos magra gyakorolt ​​hatását, és megtakarítja a szerkezeti kialakítást és a védőhéj kialakításának idejét.

A nanokristályos mag kialakítása rugalmasabb lehet, különféle formákat kínálva, például gyűrűt, téglalap alakú és C alakú magot, így több lehetőséget biztosít a transzformátor tervezésére és az azt követő tekercselési folyamatra.

 

6.2 Amorf mágneses mag

Az amorf anyagot ultragyors kioltási technológiával állítják elő, körülbelül egymillió fokos hűtési sebességgel másodpercenként. Ez a technológia az olvadt acélt egyetlen hűtéssel 30 mikron vastagságú ötvözetszalaggá szilárdítja. A gyors hűtési sebesség miatt a fémnek nincs ideje kikristályosodni, így az ötvözetben nincsenek szemcsék vagy szemcsehatárok, így úgynevezett amorf ötvözetek képződnek.

Az amorf fém egyedi mikroszerkezettel rendelkezik, amely eltér a hagyományos fémtől, és összetétele és rendezetlen szerkezete számos egyedi tulajdonságot ad neki, mint például kiváló mágnesesség, korrózióállóság, kopásállóság, nagy szilárdság, keménység, szívósság, nagy ellenállás, magas elektromechanikus csatolási együttható stb.

 

 

 

A vasalapú amorf mag fő alkotóelemei a vas, a szilícium és a bór, amelyek szilíciumtartalma eléri az 5,3%-ot, valamint az amorf állapot egyedi szerkezete, fajlagos ellenállása 130 μΩ.cm, ami ennek kétszerese. a szilícium acéllemezből (47 μΩ.cm).

Az amorf magban használt ferroalapú amorf anyag vastagsága körülbelül 30 nm, ami sokkal vékonyabb, mint a szilícium acéllemez vastagsága, így az örvényáram-veszteség kicsi a nagyfrekvenciás működésnél. A 400Hz-10kHz frekvenciatartományban a veszteség csak a szilícium acéllemez 1/3-1/7-e. Ugyanakkor a vasalapú amorf vasmag permeabilitása jóval magasabb, mint a hagyományos vasmagé.

Ezen előnyöknek köszönhetően az amorf mag több mint 50%-kal csökkentheti a transzformátor tömegét és 50%-kal a hőmérséklet-emelkedést.

Több éves fejlesztés után az amorf és nanokristályos vasmagokat széles körben használták nagyfrekvenciás transzformátorokban, áramváltókban, kapcsolóüzemű tápegységekben, elektromágneses kompatibilitási berendezésekben és egyéb alkalmazásokban.