لماذا يتم تغليف قلب المحول؟

المشكلة: تيارات إيدي في قلب صلب

عندما يمر تدفق مغناطيسي متناوب عبر قلب حديدي صلب، فإنه يحفز تيارات متداولة داخل المعدن. تتدفق هذه التيارات الدوامة في حلقات مغلقة متعامدة مع التدفق، وتسخن القلب عن طريق تبديد I2R وتضيع جزءًا من الطاقة المرسلة. نظرًا لأن الجهد المستحث يتناسب مع المنطقة المحاطة بمسار التيار، فإن فقدان التيار الدوامي للنواة الصلبة ينمو مع مربع سمك النواة ومع مربع تردد التشغيل. ومن ثم، فإن النواة الضخمة المكونة من -قطعة واحدة ستصبح ساخنة وغير فعالة، كما أن ارتفاع درجة الحرارة سيؤدي بسرعة إلى تدهور عزل اللفات المحيطة بها.

كيف يقمع التصفيح التيارات الدوامة

التصفيح يحل المشكلة عن طريق تقطيع القلب إلى صفائح رقيقة. يتم تغليف كل تصفيح بطبقة عازلة كهربائية رقيقة، عادةً ما تكون ورنيش أو طلاء غير عضوي، ويتم تكديس الصفائح وتثبيتها في قلب واحد. يحجب العزل بين الطبقات حلقات التيار الدوامي، وبالتالي يقتصر التيار على المقطع العرضي الرقيق - لكل ورقة على حدة. يزيد هذا التقييد من المقاومة الفعالة للمسار الحالي ويحد من التيار الدوامي إلى قيمة صغيرة جدًا. كلما كانت التصفيح أرق، انخفض فقدان التيار الدوامي، ولهذا السبب تستخدم النوى ذات الترددات الأعلى صفائح أرق بشكل تدريجي.

سمك التصفيح وعامل التراص

إن السُمك العملي لصفائح المحولات هو عبارة عن مقايضة-بين الخسارة وتكلفة التصنيع. تستخدم نوى تردد الطاقة- عادةً صفائح من 0.23 مم إلى 0.50 مم، مع كون 0.30 مم و0.35 مم هي الأكثر شيوعًا للفولاذ السليكوني الموجه بالحبيبات-. عندما يتم تضمين الطلاء، تكون المادة المغناطيسية القابلة للاستخدام أقل قليلاً من الحجم الهندسي؛ تُسمى نسبة المقطع العرضي المغناطيسي الفعال- إلى المقطع العرضي الهندسي- بعامل التراص، وعادة ما يكون من 0.95 إلى 0.97 للتصفيحات المطلية الحديثة. يجب أخذ عامل التراص بعين الاعتبار عندما يقوم المصمم بحساب كثافة التدفق وعدد اللفات.

لماذا يعتبر السيليكون الصلب هو المادة الأساسية القياسية

يتم استخدام فولاذ السيليكون لأن إضافة السيليكون إلى الحديد يزيد من المقاومة الكهربائية للمادة، مما يقلل بشكل مباشر من مكون التيار الدوامي في فقدان النواة. تتم معالجة الفولاذ السليكوني الموجه بالحبيبات (GO) لمحاذاة المجالات المغناطيسية في اتجاه التدحرج، مما يوفر فقدًا منخفضًا جدًا للنواة ونفاذية عالية على طول مسار التدفق، وهي المادة القياسية لقلوب محولات الطاقة. تشتمل معايير الاختبار والمواصفات ذات الصلة على GB/T 2522 لاختبار الخصائص المغناطيسية، وIEC 60404 للمواد المغناطيسية وASTM A876 للفولاذ الكهربائي الموجه نحو الحبيبات.

الفوائد الرئيسية للنواة مغلفة

انخفاض فقدان التيار الدوامي: تعمل الصفائح الرقيقة المعزولة على كسر المسار الحالي وتقليل فقدان القلب وتوليد الحرارة الناتج

انخفاض الوزن والمواد: تسمح طبقات العزل الرقيقة بنواة أكثر إحكاما من نظيرتها الصلبة

كفاءة أعلى: يتم إهدار طاقة أقل على شكل حرارة، وبالتالي تصل كمية أكبر من الطاقة المنقولة إلى الحمل

مسار التدفق المتحكم فيه: تقوم المكدس الرقائقي بتركيز التدفق المغناطيسي من الملف الأولي إلى الملف الثانوي مع تشتت أقل

مثال التصفيح EI

إن قلب EI عبارة عن بنية مصفحة شائعة يتم فيها تشذير التثقيب على شكل E و- على شكل E وI- لتكوين الدائرة المغناطيسية. يتم ترتيب المفاصل بين القطعتين E وI من طبقة إلى أخرى، مما يحافظ على توزيع فجوات الهواء وانخفاض الممانعة. تُستخدم نوى EI على نطاق واسع في المحولات والملفات الاختناقية والأجهزة الكهرومغناطيسية بدءًا من محولات التحكم الصغيرة وحتى وحدات التوزيع المتوسطة، نظرًا لأن عملية التثقيب اقتصادية والهندسة سهلة اللف.

الأسئلة المتداولة

ماذا سيحدث إذا كان قلب المحول صلبًا وليس مصفحًا؟

ستكون التيارات الدوامة كبيرة جدًا لأن حلقات التيار يمكن أن تحيط بالمقطع العرضي الكامل-. سوف يسخن القلب بسرعة، وسوف تنهار الكفاءة، وسوف يتم تدمير عزل اللفات بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

لماذا يزداد فقدان التيار الدوامي مع التردد؟

يتناسب الجهد المستحث في القلب مع معدل تغير التدفق، لذا فإن مضاعفة التردد يضاعف الجهد المستحث ويضاعف فقدان التيار الدوامي إلى أربعة أضعاف تقريبًا لنفس كثافة التدفق. ولهذا السبب-تتطلب المكونات المغناطيسية عالية التردد طبقات رقيقة جدًا أو قلوب مسحوقة.

ما هو سمك نموذجي لتصفيحات المحولات؟

بالنسبة لمحولات الطاقة 50/60 هرتز، تعد الصفائح الموجهة بقطر 0.30 مم و0.35 مم - الأكثر شيوعًا؛ يتم استخدام 0.23 مم و0.27 مم في التصميمات ذات الكفاءة الأعلى-، بينما تظهر الشرائط الرفيعة جدًا التي يقل حجمها عن 0.1 مم فقط في النوى غير المتبلورة والبلورية النانوية عالية التردد-.

ما هو عامل التراص للنواة مغلفة؟

وهي النسبة بين المقطع العرضي المغناطيسي الفعال- والمقطع العرضي الهندسي-للمكدس، عادةً من 0.95 إلى 0.97، نظرًا لأن الطبقة العازلة وخشونة السطح تشغل جزءًا صغيرًا من الحجم.

هل يقلل التصفيح من فقدان التباطؤ؟

لا، يعتمد فقدان التباطؤ على المادة المغناطيسية نفسها وعلى ذروة كثافة التدفق، وليس على السمك. التصفيح يقلل من فقدان التيار الدوامي. يتم تقليل فقدان التباطؤ عن طريق اختيار المواد والحفاظ على كثافة التدفق ضمن نطاق التصميم.

كيف يتم عزل الصفائح عن بعضها البعض؟

يتم تزويد الفولاذ السيليكوني الموجه بالحبيبات- بطبقة عازلة رقيقة -عضوية أو غير عضوية يتم تطبيقها بواسطة مصنع الصلب. بعد الختم، يتم تكديس الأوراق وتثبيتها بحيث يحافظ الطلاء على فصل الطبقات كهربائيًا.