Rdzenie transformatorów elektrycznych niskiego napięcia

Transformatory to urządzenia elektryczne, które zmieniają napięcie prądu z jednego obwodu na drugi. Są wykorzystywane w różnych zastosowaniach przemysłowych, komercyjnych i mieszkaniowych.

Można je podzielić na kilka różnych typów w zależności od materiałów rdzenia i konfiguracji połączeń. Najpopularniejszym typem jest transformator z rdzeniem ferrytowym. Można go zaprojektować w różnych kształtach, rozmiarach i typach, aby dopasować je do wymagań aplikacji.

Przepuszczalność magnetyczna jest kluczowym czynnikiem przy projektowaniu transformatora i ma wpływ na straty energii lub prądu, które mogą wystąpić w rdzeniu. Na przykład rdzeń z litego żelaza ma bardzo wysoką przepuszczalność. Często łączy się go z innymi elementami, aby zmniejszyć straty w rdzeniu i zapewnić dobrą wydajność.

Gęstość pola elektromagnetycznego jest również głównym czynnikiem wpływającym na konstrukcję transformatora. Zależy to od rodzaju materiału rdzenia, którym może być stal amorficzna lub żelazo.

Rdzenie amorficzne mają bardzo małe straty, co czyni je idealnymi do wydajnych zasilaczy. Oferują również bardzo dobrą wydajność i bezpieczeństwo w wysokich temperaturach.

Prądy magnesujące są głównym źródłem strat w rdzeniu transformatora i można je dodatkowo ograniczyć poprzez ulepszenie jego konstrukcji. Najczęstszymi sposobami osiągnięcia tego jest zmniejszenie ilości prądów krążących (prądów wirowych) w samym żelaznym rdzeniu i poprawa sprzężenia magnetycznego pomiędzy dwoma uzwojeniami.

Straty wiroprądowe

Najważniejszym sposobem ograniczenia prądów wirowych jest bardzo ścisłe zbliżenie dwóch uzwojeń i zwiększenie ich sprzężenia magnetycznego. Ten typ konstrukcji, znany jako konstrukcja cewki koncentrycznej, ma tę zaletę, że pozwala na jednoczesne przejście prawie wszystkich linii siły magnetycznej przez dwa uzwojenia.

Ma to jednak również tę wadę, że powoduje znaczny wzrost strat magnetycznych. Dzieje się tak, ponieważ zwiększony kontakt pomiędzy dwoma uzwojeniami skutkuje wyższą ścieżką reluktancji dla pola magnetycznego.

Straty te można dodatkowo zmniejszyć, upewniając się, że ścieżka reluktancji strumienia magnetycznego nie jest zasłonięta przez żaden materiał zewnętrzny. Można to osiągnąć poprzez zbudowanie rdzenia płaszczowego, w którym uzwojenia pierwotne i wtórne są nawinięte na tej samej środkowej kończynie lub odnodze transformatora, która ma dwukrotnie większą powierzchnię przekroju poprzecznego niż zewnętrzne ramiona tej samej konstrukcji.

Strumień upływu to kolejna ważna cecha tego typu rdzenia i można go przezwyciężyć, układając uzwojenia na każdej nodze tak, aby strumień magnetyczny krążący wokół nóg każdej nogi miał zamkniętą ścieżkę, aby przepływać po obu stronach na zewnątrz cewek przed powrotem do cewek środkowych. Dzięki temu strumień magnetyczny może być znacznie wydajniejszy i może skutkować lepszą ogólną wydajnością w porównaniu z innymi typami konstrukcji transformatorów.

Oprócz zmniejszenia strumienia upływu, rdzeń płaszczowy może również pomóc poprawić ogólną wydajność transformatora, umożliwiając cyrkulację potrójnych harmonicznych w ramionach uzwojenia z efektywną ścieżką o niskiej reluktancji, jak pokazano powyżej. Umożliwia to absorpcję zniekształceń napięcia między linią a punktem neutralnym, które występują w niektórych innych typach konstrukcji transformatorów.