Išsamus transformatoriaus silicio plieno lakšto paaiškinimas!

Žinome, kad tikrasis transformatorius visada veikia kintamosios srovės būsenoje, o galios nuostoliai atsiranda ne tik ritės varžoje, bet ir geležies šerdyje, veikiamame kintamosios srovės magnetizacijos. Galios nuostoliai geležies šerdyje paprastai vadinami „geležies nuostoliais“. Geležies nuostoliai atsiranda dėl dviejų priežasčių: viena yra „histerezės nuostoliai“ ir kita – „sūkurinių srovių nuostoliai“.

Histerezės nuostoliai yra geležies nuostoliai, atsirandantys dėl histerezės reiškinio geležies šerdies įmagnetinimo procese. Šio nuostolio dydis yra proporcingas medžiagos histerezės kilpos ploto dydžiui. Silicio plieno histerezės kilpa yra siaura, o transformatoriaus geležies šerdies histerezės nuostoliai yra maži, todėl gali labai sumažėti šilumos susidarymo laipsnis.

Kadangi silicio plienas turi aukščiau paminėtų privalumų, kodėl gi nepanaudojus viso silicio plieno gabalo kaip geležies šerdies, o ne perdirbus jį į dribsnius? Taip yra todėl, kad lustų šerdis gali sumažinti kitokio tipo geležies nuostolius – „sūkurinių srovių nuostolius“.

Kai transformatorius veikia, ritėje teka kintamoji srovė, ir jos sukuriamas magnetinis srautas, žinoma, yra kintamasis. Šis kintantis magnetinis srautas indukuoja srovę geležinėje šerdyje. Geležinėje šerdyje susidariusi indukuota srovė cirkuliuoja plokštumoje, statmenoje magnetinio srauto krypčiai, todėl ji vadinama sūkurine srove.

Sūkurinių srovių nuostoliai taip pat įkaitina šerdį. Siekiant sumažinti sūkurinių srovių nuostolius, transformatoriaus geležinė šerdis pagaminta iš vienas nuo kito izoliuotų silicio plieno lakštų, kad sūkurinė srovė praeitų per mažą skerspjūvį siaura ir ilga kilpa, taip padidindama varžą sūkurinės srovės kelyje; tuo pačiu metu silicis silicyje padidina medžiagos varžą, o tai taip pat padeda sumažinti sūkurines sroves.

Transformatoriaus geležinei šerdiai paprastai naudojamas 0,35 mm storio šaltai valcuotas silicio plieno lakštas. Priklausomai nuo reikiamo geležinės šerdies dydžio, jis supjaustomas į ilgą gabalą, o tada sujungiamas į „dienos“ arba „burnos“ formą. Teoriškai, norint sumažinti sūkurinę srovę, kuo plonesnis silicio plieno lakšto storis ir kuo siauresnis sujungtas lakštas, tuo geresnis efektas. Tai ne tik sumažina sūkurinių srovių nuostolius ir temperatūros kilimą, bet ir taupo silicio plieno lakštams naudojamas medžiagas.

Tačiau iš tikrųjų, gaminant silicio plieno lakštus iš geležies šerdies, tai lemia ne tik minėti palankūs veiksniai, nes geležies šerdies gamyba labai padidins darbo valandas ir sumažins efektyvų geležies šerdies skerspjūvį. Todėl, gaminant transformatorių šerdis iš silicio plieno lakštų, turime remtis konkrečia situacija, pasverti privalumus ir trūkumus bei pasirinkti geriausią dydį.

Transformatoriai gaminami pagal elektromagnetinės indukcijos principą. Ant uždaros šerdies kojos yra dvi apvijos: pirminė ir antrinė. Kai pirminė apvija neatitinka kintamosios maitinimo įtampos, pradinėje Rao grupėje yra kintamoji srovė, susidaro magnetinis potencialas, o veikiant magnetiniam potencialui, geležies šerdyje susidaro kintamasis pagrindinis magnetinis srautas.

O kodėl jį galima padidinti ir sumažinti? Tuomet tai reikia paaiškinti Lenco dėsniu. Indukuotos srovės sukuriamas magnetinis srautas visada trukdo apskrito magnetinio srauto pokyčiui. Kai pradinis magnetinis srautas didėja, indukuotos srovės sukuriamas magnetinis srautas yra priešingas pradiniam magnetiniam srautui, t. y. antrajam. Apvijos sukuriamas indukuotas magnetinis srautas yra priešingas pagrindiniam pirminės apvijos sukuriamam magnetiniam srautui, todėl antrinėje apvijoje atsiranda žemo lygio kintamoji įtampa. Todėl geležinė šerdis yra transformatoriaus magnetinės grandinės dalis.

Silicio plieno lakštas

Elektros reikmėms skirtas silicio plieno lakštas paprastai vadinamas silicio plieno lakštu arba silicio plieno lakštu. Kaip rodo pavadinimas, tai yra elektrotechninis silicio plienas, kuriame silicio kiekis yra nuo 0,8% iki 4,8%, pagamintas karšto ir šalto valcavimo būdu. Paprastai storis yra mažesnis nei 1 mm, todėl jis vadinamas plona plokšte. Plačiąja prasme silicio plieno lakštas priklauso plokščių kategorijai ir dėl specialios paskirties yra savarankiška šaka. Elektros reikmėms skirtas silicio plieno lakštas pasižymi puikiomis elektromagnetinėmis savybėmis ir yra nepakeičiama bei svarbi magnetinė medžiaga elektros energijos, telekomunikacijų ir prietaisų pramonėje.

(1) Silicio plieno lakštų klasifikacija

A. Silicio plieno lakštus pagal silicio kiekį galima suskirstyti į mažai silicio turinčius ir daug silicio turinčius lakštus. Mažai silicio turinčiose plokštelėse yra mažiau nei 2,8 % silicio, todėl jos turi tam tikrą mechaninį stiprumą ir daugiausia naudojamos variklių gamyboje, paprastai vadinamos variklių silicio plienu; transformatorių šerdžių gamyboje, paprastai vadinamos transformatorių silicio plieno lakštais. Faktiškai tarp šių dviejų elementų nėra griežtos ribos, o daug silicio turinčios plokštelės dažnai naudojamos dideliems varikliams gaminti.

B. Pagal gamybos ir perdirbimo technologiją jį galima suskirstyti į du tipus: karštąjį valcavimą ir šaltąjį valcavimą, o šaltąjį valcavimą galima suskirstyti į du tipus: neorientuotą ir orientuotą. Šaltai valcuoti lakštai turi vienodą storį, gerą paviršiaus kokybę ir dideles magnetines savybes. Todėl, vystantis pramonei, karštai valcuotus lakštus linkę keisti šaltai valcuoti lakštai. „karštį pakeičia šaltis“).

(2) Silicio plieno lakšto eksploatacinių savybių indeksas

A. Mažas geležies nuostolis. Svarbiausias kokybės rodiklis, visos pasaulio šalys skirsto rūšis pagal geležies nuostolių vertę. Kuo mažesnis geležies nuostolis, tuo aukštesnė rūšis ir tuo aukštesnė kokybė.

B, didelis magnetinės indukcijos intensyvumas. Veikiant tame pačiame magnetiniame lauke, galima gauti silicio plieno lakštą su didesne magnetine indukcija, o iš jo pagamintos variklio arba transformatoriaus geležies šerdies tūris ir svoris yra santykinai maži, todėl galima palyginti sutaupyti silicio plieno lakšto, varinės vielos ir izoliacinių medžiagų.

C, didelis sukrovimo koeficientas. Silicio plieno lakšto paviršius yra lygus, plokščias ir vienodo storio, o geležies šerdies sukrovimo koeficientas yra geresnis.

D. Geras pramušamumas. Tai dar svarbiau gaminant mažas, miniatiūrines variklių šerdis.

E. Paviršius gerai sukimba ir suvirinamas su izoliacine plėvele.

F. Magnetinis sendinimas G. Silicio plieno lakštas turi būti pristatomas po atkaitinimo ir ėsdinimo.

(1) Karštai valcuotas silicio plieno lakštas, skirtas naudoti elektrotechnikoje (GB5212-85). Karštai valcuotas silicio plieno lakštas, skirtas naudoti elektrotechnikoje, pagamintas iš minkšto magnetinio ferosilicio lydinio, pasižyminčio mažu anglies nuostoliu, ir karštai valcuotas į lakštą, kurio storis mažesnis nei 1 mm. Karštai valcuotas silicio plieno lakštas, skirtas naudoti elektrotechnikoje, dar vadinamas karštai valcuotu silicio plieno lakštu. Karštai valcuotus silicio plieno lakštus pagal silicio kiekį galima suskirstyti į mažai silicio turinčius (Si≤2,8 %) ir daug silicio turinčius (Si≤4,8 %) plieninius lakštus.

(2) Elektrotechninis šaltai valcuotas silicio plieno lakštas (GB2521-88) pagamintas iš elektrotechninio silicio plieno, kuriame yra 0,8–4,8 % silicio, ir yra šaltai valcuotas. Šaltai valcuoti silicio plieno lakštai skirstomi į dvi rūšis: begrūdėtas ir orientuoto grūdėtumo plieno juostas. Šaltai valcuotos elektrotechninio plieno juostos pasižymi lygiu paviršiumi, vienodu storiu, dideliu sukraunamumo koeficientu, geru pramušimo koeficientu, didesne magnetine indukcija ir mažesniais geležies nuostoliais nei karštai valcuotos elektrotechninio plieno juostos. Naudojant šaltas juostas vietoj karštų juostų varikliams ar transformatoriams gaminti, jų svoris ir tūris gali sumažėti 0–25 %.

Jei naudojama šaltai valcuota orientuota juosta, našumas yra geresnis. Naudojant ją karštai valcuotai juostai arba žemos kokybės šaltai valcuotai juostai pakeisti, transformatoriaus energijos suvartojimas gali sumažėti 45–50 %, o transformatoriaus darbinis našumas yra patikimesnis. Naudojamas variklių ir transformatorių gamyboje. Paprastai grūdėtai orientuotos šaltai valcuotos juostos naudojamos kaip variklių arba suvirinimo transformatorių ir kt. korpusas; grūdėtai orientuotos šaltai valcuotos juostos naudojamos kaip geležies šerdys galios transformatoriams, impulsiniams transformatoriams, magnetiniams stiprintuvams ir pan. Plieno plokštės specifikacijos ir matmenys: storis 0,35, 0,50, 0,65 mm, plotis 800–1000 mm, ilgis ≤2,0 m.

(3) Karštai valcuotas silicio plieno lakštas buitiniams prietaisams (GBH46002-90). Karštai valcuoto silicio plieno lakšto, skirto buitiniams prietaisams, rūšį žymi J (buitiniai), D (elektriniai) ir R (karštasis valcavimas), t. y. JDR. Skaičius po JDR yra geležies nuostolių vertė * 100, o skaičius po horizontalios linijos yra plieno plokštės storis (mm) * 100. Karštai valcuotų silicio plieno lakštų, skirtų buitiniams prietaisams, elektromagnetinių charakteristikų reikalavimai gali būti šiek tiek mažesni, o minimali geležies nuostolių vertė (P15/50) yra 5,40 W/kg. Paprastai tiekiama be plovimo. Diferencialiniai varikliai naudojami įvairiuose buitiniuose prietaisuose, tokiuose kaip elektriniai ventiliatoriai, skalbimo mašinos, dulkių siurbliai, gartraukiai ir kt.