Spiegazione dettagliata della lamiera di acciaio al silicio per trasformatori!

Sappiamo che un trasformatore reale funziona sempre in corrente alternata e che la perdita di potenza non è dovuta solo alla resistenza dell'avvolgimento, ma anche al nucleo di ferro, magnetizzato dalla corrente alternata. La perdita di potenza nel nucleo di ferro è solitamente detta "perdita nel ferro". Tale perdita è causata da due fattori: la "perdita per isteresi" e la "perdita per correnti parassite".

La perdita per isteresi è la perdita di ferro causata dal fenomeno di isteresi durante il processo di magnetizzazione del nucleo di ferro. L'entità di questa perdita è proporzionale all'area racchiusa dal ciclo di isteresi del materiale. Il ciclo di isteresi dell'acciaio al silicio è stretto e la perdita per isteresi del nucleo di ferro del trasformatore è ridotta, il che può diminuire notevolmente la generazione di calore.

Visto che l'acciaio al silicio presenta i vantaggi sopra descritti, perché non utilizzare un unico pezzo di acciaio al silicio come nucleo di ferro, trasformandolo anche in scaglie? Questo perché il nucleo in scaglie può ridurre un altro tipo di perdita nel ferro: la "perdita per correnti parassite".

Quando il trasformatore è in funzione, nella bobina scorre una corrente alternata e il flusso magnetico che produce è ovviamente alternato. Questo flusso magnetico variabile induce una corrente nel nucleo di ferro. La corrente indotta generata nel nucleo di ferro circola nel piano perpendicolare alla direzione del flusso magnetico, perciò viene detta corrente parassita.

Le perdite per correnti parassite riscaldano anche il nucleo. Per ridurre le perdite per correnti parassite, il nucleo di ferro del trasformatore è costituito da lamierini di acciaio al silicio isolati tra loro, in modo che la corrente parassita attraversi una piccola sezione trasversale in un circuito stretto e lungo, aumentando la resistenza lungo il percorso della corrente parassita; allo stesso tempo, il silicio presente nell'acciaio al silicio aumenta la resistività del materiale, contribuendo ulteriormente a ridurre le correnti parassite.

Per il nucleo di ferro del trasformatore, si utilizza generalmente una lamiera di acciaio al silicio laminata a freddo con uno spessore di 0,35 mm. A seconda delle dimensioni del nucleo di ferro richiesto, la lamiera viene tagliata in un lungo pezzo e poi sovrapposta a formare una "bocca" o una "fossa". Teoricamente, per ridurre le correnti parassite, minore è lo spessore della lamiera di acciaio al silicio e più stretta è la giunzione, migliore sarà l'effetto. Ciò non solo riduce le perdite per correnti parassite e l'aumento di temperatura, ma consente anche di risparmiare il materiale utilizzato per le lamiere di acciaio al silicio.

In realtà, quando si realizzano nuclei di ferro in lamiera di acciaio al silicio, non si tratta solo dei fattori favorevoli sopra menzionati, poiché la produzione del nucleo di ferro aumenta notevolmente le ore di lavoro e riduce la sezione trasversale effettiva del nucleo stesso. Pertanto, quando si utilizzano lamiere di acciaio al silicio per realizzare nuclei di trasformatori, è necessario valutare la situazione specifica, soppesare i pro e i contro e scegliere la dimensione più adatta.

I trasformatori sono realizzati secondo il principio dell'induzione elettromagnetica. Sono costituiti da due avvolgimenti, un avvolgimento primario e un avvolgimento secondario, avvolti attorno al nucleo chiuso. Quando l'avvolgimento primario è alimentato dalla tensione di rete CA, nel nucleo si genera una corrente alternata che crea un potenziale magnetico e, per effetto di tale potenziale, genera un flusso magnetico alternato nel nucleo di ferro.

Quanto al perché può essere aumentato e diminuito, allora è necessario spiegarlo con la legge di Lenz. Il flusso magnetico generato dalla corrente indotta si oppone sempre alla variazione del flusso magnetico circolare. Quando il flusso magnetico originale aumenta, il flusso magnetico generato dalla corrente indotta è opposto al flusso magnetico originale, ovvero il secondo flusso magnetico indotto prodotto dall'avvolgimento è opposto al flusso magnetico principale prodotto dall'avvolgimento primario, quindi nell'avvolgimento secondario compare una tensione alternata di basso livello. Pertanto, il nucleo di ferro è la parte del circuito magnetico del trasformatore.

Lamiera d'acciaio al silicio

La lamiera di acciaio al silicio per uso elettrico è comunemente nota come lamiera di acciaio al silicio o lamiera di acciaio al silicio. Come suggerisce il nome, si tratta di un acciaio al silicio elettrico con un contenuto di silicio che può variare dallo 0,8% al 4,8%, prodotto mediante laminazione a caldo e a freddo. Generalmente, lo spessore è inferiore a 1 mm, quindi viene chiamata lamiera sottile. In senso lato, la lamiera di acciaio al silicio appartiene alla categoria delle lamiere e costituisce una branca a sé stante per via del suo scopo specifico. La lamiera di acciaio al silicio per uso elettrico possiede eccellenti proprietà elettromagnetiche ed è un materiale magnetico indispensabile e importante nei settori dell'energia elettrica, delle telecomunicazioni e della strumentazione.

(1) Classificazione delle lamiere di acciaio al silicio

A. Le lamiere di acciaio al silicio possono essere suddivise in lamiere a basso e alto contenuto di silicio. Le lamiere a basso contenuto di silicio contengono meno del 2,8% di silicio, possiedono una certa resistenza meccanica e sono utilizzate principalmente nella produzione di motori, comunemente note come acciaio al silicio per motori; quelle ad alto contenuto di silicio sono utilizzate nella produzione di nuclei per trasformatori, comunemente note come lamiere di acciaio al silicio per trasformatori. In pratica non esiste una distinzione netta tra le due tipologie, e le lamiere ad alto contenuto di silicio sono spesso impiegate nella produzione di motori di grandi dimensioni.

B. In base alla tecnologia di produzione e lavorazione, si possono distinguere due tipi: laminazione a caldo e laminazione a freddo, quest'ultima ulteriormente suddivisa in due tipologie: non orientata e orientata. Le lamiere laminate a freddo presentano spessore uniforme, buona qualità superficiale ed elevate proprietà magnetiche. Pertanto, con lo sviluppo dell'industria, le lamiere laminate a caldo tendono a essere sostituite da quelle laminate a freddo, in un processo di "sostituzione del calore con il freddo".

(2) Indice di prestazione della lamiera di acciaio al silicio

A. Bassa perdita di ferro. L'indicatore di qualità più importante: tutti i paesi del mondo classificano i prodotti in base al valore della perdita di ferro. Minore è la perdita di ferro, maggiore è la classificazione e quindi la qualità.

B, elevata intensità di induzione magnetica. Nello stesso campo magnetico, è possibile ottenere una lamiera di acciaio al silicio con un'induzione magnetica più elevata, e il volume e il peso del nucleo di ferro del motore o del trasformatore realizzato con essa sono relativamente piccoli, il che può consentire un risparmio relativo di lamiera di acciaio al silicio, filo di rame e materiali isolanti.

C, il coefficiente di impilamento è elevato. La superficie della lamiera di acciaio al silicio è liscia, piatta e di spessore uniforme, e il coefficiente di impilamento del nucleo di ferro è migliorato.

D. Buona punzonabilità. Questo è ancora più importante per la produzione di nuclei di motori piccoli e miniaturizzati.

E. La superficie presenta una buona adesione e saldabilità alla pellicola isolante.

F. Invecchiamento magnetico G. La lamiera di acciaio al silicio deve essere consegnata dopo ricottura e decapaggio.

(1) Lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo per uso elettrico (GB5212-85) La lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo per uso elettrico è realizzata in lega magnetica dolce ferrosilicio con bassa perdita di carbonio ed è laminata a caldo in una lamiera con uno spessore inferiore a 1 mm. La lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo per uso elettrico è anche detta lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo. Le lamiere di acciaio al silicio laminate a caldo possono essere suddivise in lamiere di acciaio a basso contenuto di silicio (Si≤2,8%) e ad alto contenuto di silicio (Si≤4,8%) in base al loro contenuto di silicio.

(2) La lamiera di acciaio al silicio laminato a freddo per applicazioni elettriche (GB2521-88) è realizzata in acciaio al silicio per applicazioni elettriche contenente dallo 0,8% al 4,8% di silicio ed è laminata a freddo. Le lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo si dividono in due tipi: nastri di acciaio senza grani e nastri di acciaio a grani orientati. Il nastro di acciaio elettrico laminato a freddo presenta le caratteristiche di superficie liscia, spessore uniforme, elevato coefficiente di impilamento, buone prestazioni di punzonatura e ha una maggiore induzione magnetica e minori perdite di ferro rispetto al nastro di acciaio elettrico laminato a caldo. L'utilizzo di nastri a freddo al posto di nastri a caldo per la produzione di motori o trasformatori può ridurne il peso e il volume dallo 0% al 25%.

Se si utilizza il nastro laminato a freddo orientato, le prestazioni sono migliori. Il suo utilizzo in sostituzione del nastro laminato a caldo o del nastro laminato a freddo di bassa qualità può ridurre il consumo energetico del trasformatore del 45%-50%, e le prestazioni di funzionamento del trasformatore risultano più affidabili. Viene utilizzato nella produzione di motori e trasformatori. Generalmente, i nastri laminati a freddo orientati sono utilizzati come nuclei di ferro per motori o trasformatori di saldatura, ecc.; i nastri laminati a freddo orientati sono utilizzati come nuclei di ferro per trasformatori di potenza, trasformatori di impulsi, amplificatori magnetici e simili. Specifiche e dimensioni delle lamiere d'acciaio: spessore di 0,35, 0,50, 0,65 mm, larghezza di 800-1000 mm e lunghezza ≤2,0 m.

(3) Lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo per elettrodomestici (GBH46002-90) Il grado della lamiera di acciaio al silicio laminata a caldo per elettrodomestici è rappresentato da J (casa) D (elettricità) R (laminazione a caldo), ovvero JDR. Il numero dopo JDR è il valore di perdita nel ferro*100 e il numero dopo la linea orizzontale è lo spessore della lamiera d'acciaio (mm)*100. I requisiti di prestazione elettromagnetica delle lamiere di acciaio al silicio laminate a caldo per elettrodomestici possono essere leggermente inferiori e il valore minimo di perdita nel ferro (P15/50) è 5,40 W/kg. Solitamente fornite senza lavaggio. Motori differenziali utilizzati in vari elettrodomestici come ventilatori elettrici, lavatrici, aspirapolvere, cappe aspiranti, ecc.