Inti besi trafo

 

Inti merupakan bagian utama rangkaian magnet pada transformator. Biasanya terdiri dari lembaran baja silikon canai panas atau canai dingin dengan kandungan silikon tinggi dan permukaannya dilapisi dengan cat isolasi. Inti besi dan kumparan di sekitarnya merupakan sistem induksi elektromagnetik yang lengkap. Besarnya daya yang ditransmisikan oleh transformator daya tergantung pada material dan luas penampang inti besi.

 

 

2.1 Inti luka dan inti laminasi

2.1.1 inti besi luka

Inti luka umumnya digunakan pada trafo berukuran kecil dan menengah (di bawah 1000kVA), trafo, penguat magnet, dan trafo arus urutan nol pelindung kebocoran.

 

Bahan yang digunakan untuk inti luka adalah lembaran baja silikon canai dingin ultra tipis dengan permeabilitas tinggi dan strip magnetik lunak seperti permalloy. Ketebalan lembaran baja silikon adalah 0.18~0.30; Ketebalan strip Permalloy adalah 0.03~0.10mm. Mengambil contoh trafo berukuran kecil dan menengah, penggunaan inti luka memiliki keuntungan sebagai berikut:

1) Dalam kondisi yang sama, kehilangan inti luka tanpa beban berkurang 7% hingga 10% dibandingkan dengan inti yang dilaminasi; Arus tanpa beban dapat dikurangi hingga 50%~75%.

2) Inti luka dapat dibuat dari lembaran baja canai dingin berpermeabilitas tinggi yang sangat tipis, yang dapat menghasilkan transformator dengan kerugian lebih rendah.

3) Inti luka memiliki kemampuan proses yang baik, tidak ada limbah geser, dan tingkat pemanfaatan hampir 100%. Ini juga dapat mengadopsi operasi mekanis, menghilangkan proses penumpukan, dan efisiensi produksi 5 hingga 10 kali lebih tinggi dibandingkan inti laminasi.

4) Inti luka itu sendiri adalah keseluruhan, tidak perlu diperbaiki dengan menjepit bagian pendukung, dan tidak memiliki sambungan, sehingga dalam kondisi yang sama dengan inti yang dilaminasi, kebisingan transformator dapat dikurangi sebesar 5~10dB.

5) Koefisien proses transformator fase tunggal inti luka adalah sekitar 1,1; Tiga fase di bawah 1,15; Untuk inti besi laminasi, koefisien proses kapasitas kecil sekitar 1,45, dan koefisien proses kapasitas besar sekitar 1,15. Oleh karena itu, inti luka sangat cocok untuk transformator berukuran kecil dan menengah.

 

 

2.1.2 inti besi laminasi

Definisi

Inti besi laminasi adalah komponen kunci yang digunakan pada trafo daya, induktor, trafo dan peralatan listrik lainnya. Ini terdiri dari beberapa lembar, dengan permeabilitas tinggi dan kehilangan histeresis rendah, yang secara efektif dapat meningkatkan efisiensi kerja dan stabilitas kinerja peralatan.

 

Struktur inti besi laminasi

Inti yang dilaminasi terdiri dari beberapa lembar, masing-masing terbuat dari bahan yang sangat permeabel, seperti baja silikon. Lembaran ini dipisahkan dengan bahan isolasi untuk membentuk satu struktur. Inti besi laminasi biasanya berbentuk persegi panjang atau lingkaran untuk menyesuaikan dengan kebutuhan peralatan yang berbeda. Dalam proses pembuatan inti besi laminasi juga perlu mempertimbangkan faktor-faktor seperti ketebalan lembaran, pemilihan bahan insulasi dan proses pengolahan untuk menjamin kinerja dan keandalannya. Inti besi merupakan rangkaian magnet tertutup pada trafo, dan juga merupakan kerangka kumparan instalasi, yang merupakan bagian yang sangat penting untuk kinerja elektromagnetik dan kekuatan mekanik trafo. Inti besi merupakan bagian rangkaian magnet pada transformator yang tersusun atas kolom inti besi (belitan yang dipasang pada kolom) dan kuk besi (menghubungkan inti besi sehingga membentuk rangkaian magnet tertutup). Untuk mengurangi kehilangan arus eddy dan histeresis serta meningkatkan konduktivitas magnetik rangkaian magnetik, inti besi terbuat dari lembaran baja silikon setebal {{0}}.35mm ~ 0.5mm yang dilapisi dengan cat isolasi. Bagian inti trafo kecil berbentuk persegi panjang atau persegi, dan bagian inti trafo besar berbentuk berundak, yang memanfaatkan ruang secara maksimal.

 

Fitur inti yang dilaminasi

Karena inti dan belitan trafo inti laminasi dibuat secara terpisah, inti ditumpuk terlebih dahulu, kemudian kuk atas dilepas, kemudian insulasi inti dan kumparan dipasang, dan kumparan serta tiang inti ditopang dengan penahan, dan terakhir kuk besi dimasukkan untuk melengkapi perakitan bodi.

 

Struktur trafo inti laminasi memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Arah penjepitan inti adalah arah ketebalan lembaran inti, yang dapat menjepit inti dengan baik;

2. Untuk kumparan silinder dua lapis, lapisan dalam kumparan tidak memiliki kerangka kumparan;

3. Karena kuk besi atas dilepas selama pemasangan, kolom inti dan kumparan dapat dengan mudah dikencangkan dengan penahan;

4. Kumparan dililitkan secara terpisah, dan kumparan dapat dicelupkan secara terpisah setelah digulung.

 

 

2.1.3 Perbandingan inti luka segitiga tiga dimensi, inti laminasi dan inti luka datar

1) Inti besi luka segitiga tiga dimensi

Inti luka tiga dimensi: Susunan inti besi berbentuk segitiga tiga dimensi yang terdiri dari tiga inti luka rangka tunggal dengan ukuran geometris yang sama.

Trafo inti luka tiga dimensi: trafo distribusi dengan inti luka tiga dimensi sebagai rangkaian magnetnya.

Fitur proses: Seluruh inti besi terbuat dari tiga rangka tunggal yang identik, dan tiga kolom inti inti besi disusun dalam segitiga sama sisi. Setiap rangka terbuat dari sejumlah sabuk bahan trapesium yang dililitkan secara berurutan. Penampang rangka tunggal setelah belitan mendekati setengah lingkaran, dan penampang setelah pemisahan sangat dekat dengan seluruh lingkaran kuasi-poligon. Sabuk bahan trapesium dengan ukuran berbeda dari rangka tunggal dililitkan oleh mesin pemotong garis lipat khusus. Pengolahan pemotongan jenis ini dapat dilakukan tanpa pengolahan bahan, yaitu pada saat pemotongan tingkat pemanfaatan bahan adalah 100%.

 

2) Inti besi laminasi

Inti besi laminasi: Terdiri dari jalur produksi geser memanjang dan jalur produksi geser melintang, dan strip baja silikon diproses menjadi lembaran baja silikon bentuk tertentu, dan kemudian lembaran baja silikon ditumpuk dengan cara tertentu.

Inti yang dilaminasi memiliki tiga kelemahan:

Terdapat celah udara yang dibentuk oleh banyak sambungan pada rangkaian magnet, yang meningkatkan hambatan magnet pada rangkaian magnet, sehingga meningkatkan arus hilang dan tanpa beban.

Arah rangkaian magnet di beberapa tempat tidak sesuai dengan arah permeabilitas magnet yang tinggi pada strip baja silikon.

Kurangnya kekencangan antar irisan tidak hanya mengurangi koefisien laminasi, namun yang lebih penting, meningkatkan kebisingan.

Pengaruh proses terhadap kerugian

Geser memanjang dan geser melintang menghasilkan peningkatan kehilangan tegangan mekanis

Arah rangkaian magnet di sudut tidak sesuai dengan arah konduktivitas magnet, yang sangat meningkatkan kerugian

Sambungan meningkatkan kerugian, terutama peningkatan arus tanpa beban

Koefisien proses adalah 1,15 ~ 1,3

 

3) Pengaruh struktur pada rangkaian magnet

Pada inti tumpukan tradisional dengan celah udara, rangkaian magnet kopling antara fasa AC jelas 1/2 lebih panjang dari rangkaian magnet fasa AB dan fasa BC, sehingga rangkaian magnet tidak seimbang, dan hambatan magnet AC fasenya lebih besar. Ketika tegangan tiga fasa diterapkan ke transformator, inti menghasilkan fluks magnet seimbang tiga fasa φA, φB, dan φC.

Ketika fluks magnet dari keseimbangan tiga fasa melewati rangkaian magnet yang tidak seimbang, penurunan tegangan magnet dari fasa A dan C menjadi besar, yang mempengaruhi keseimbangan tegangan tiga fasa. Ketidakseimbangan dalam rangkaian magnetik ini merupakan cacat struktural yang tidak dapat diatasi pada transformator planar.

 

4) Inti besi luka datar

Inti luka datar: Inti besi tersusun datar yang terdiri dari satu atau lebih rangka tunggal dengan inti luka.

Karakteristik proses: Inti luka datar pertama-tama melilitkan dua rangka dalam yang lebih kecil, setelah menggabungkan dua rangka dalam yang telah digulung, kemudian menggulung rangka luar yang lebih besar dalam komposisi luarnya, ketiga kolom inti inti luka datar disusun di pesawat.

Cacat struktur inti luka datar

Sama seperti inti luka datar dan inti laminasi, ketiga kolom inti disusun dalam satu bidang, sehingga panjang rangkaian magnet ketiga kolom inti tidak konsisten: panjang rangkaian magnet kolom tengah pendek, rangkaian magnet panjang kedua kolom samping lebih panjang, dan panjang sirkuit magnet rata-rata sekitar 20%, menghasilkan perbedaan besar pada rugi-rugi tanpa beban pada ketiga kolom inti, rugi-rugi tanpa beban pada kolom tengah rendah, dan kerugian tanpa beban pada kedua kolom samping adalah besar, mengakibatkan ketidakseimbangan tiga fase.

 

 

2.2 Inti satu fasa dan tiga fasa

Inti satu fasa mempunyai inti yang dilaminasi dua kolom. Ada lima jenis inti empat kolom tipe kuk samping satu kolom fase tunggal, inti laminasi tipe kolom ganda fase tunggal, dan inti laminasi tipe pancaran fase tunggal. Ada empat jenis inti tiga fasa: inti laminasi kolom tiga fase, inti lima kolom kuk samping tiga fase, inti laminasi rangka ganda tiga fase, dan inti laminasi reaktor tiga fase.

Inti besi terdiri dari dua bagian yaitu kolom inti besi dan kuk besi. Kolom inti ditutupi dengan belitan, dan kuk besi menghubungkan kolom inti membentuk rangkaian magnet tertutup. Denah inti trafo ditunjukkan pada Gambar 1, Gambar 1a adalah trafo satu fasa, Gambar 1b adalah trafo tiga fasa, struktur inti dapat dibagi menjadi dua bagian, C adalah bagian kumparan yang disebut dengan kolom inti. Y digunakan untuk menutup bagian rangkaian magnet yang disebut kuk. Trafo satu fasa mempunyai dua kolom inti, dan trafo tiga fasa mempunyai tiga kolom inti.

 

 

Karena fluks magnet pada inti transformator merupakan fluks magnet bolak-balik, maka untuk mengurangi kehilangan arus eddy, inti transformator umumnya terbuat dari lembaran baja silikon dengan resistivitas besar menjadi keping besi ukuran tertentu, lembaran baja silikon terdiri dari inti besi dipotong sesuai bentuk dan ukuran yang diinginkan, kemudian lembaran pelubang tersebut digabungkan secara tumpang tindih. Gambar 2a menunjukkan inti besi trafo satu fasa yang setiap lapisannya terdiri dari 4 buah pelubang. Gambar 2b menunjukkan inti besi trafo tiga fasa, setiap lapisan terdiri dari 6 buah, dan kombinasi masing-masing dua lapisan chip menerapkan susunan yang berbeda untuk menggoyahkan sambungan setiap lapisan rangkaian magnet. Metode perakitan ini disebut perakitan tumpang tindih, dan perakitan ini dapat menghindari aliran arus eddy antara lembaran baja dan lembaran baja. Dan karena setiap lapisan pelubang saling terjalin, lebih sedikit pengencang yang dapat digunakan untuk menyederhanakan struktur saat menekan inti besi. Selama perakitan, pelat pelubang pertama-tama ditumpuk untuk membentuk inti besi utuh, kemudian kuk besi bawah dijepit, pelat pelubang kuk besi atas dilepas untuk mengekspos kolom inti, belitan prefabrikasi ditempatkan pada kolom inti, dan akhirnya pelat pelubang kuk besi bagian atas yang sudah diekstraksi dimasukkan.

 

 

2.3 Cangkang dan inti inti

Bagian belitan berbalut pada inti besi disebut “kolom inti”, dan bagian belitan tidak berbalut yang hanya berperan sebagai rangkaian magnet disebut “kuk besi”. Bila inti besi mengelilingi belitan, disebut tipe cangkang; Dimana belitan yang mengelilingi kolom inti disebut tipe inti. Tipe cangkang dan tipe inti mempunyai karakteristiknya masing-masing, namun proses pembuatan trafo yang ditentukan oleh inti besi sangat berbeda, dan sulit untuk beralih ke suatu struktur setelah struktur tertentu dipilih. Sebagian besar inti trafo di negara kita mengadopsi tipe inti bertumpuk.

Menurut susunan belitan pada inti besi, trafo dibagi menjadi tipe inti dan tipe cangkang. Perbedaannya terutama pada sebaran rangkaian magnetnya, kuk inti transformator cangkang mengelilingi kumparan, inti inti transformator sebagian besar berada di dalam kumparan, hanya sebagian kuk besi di luar kumparan yang digunakan untuk membentuk magnet. sirkuit.

 

 

 

Pada saat trafo beroperasi normal maka inti besi akan menghasilkan panas akibat adanya kehilangan besi, dan semakin besar berat dan volume inti besi maka akan semakin banyak pula panas yang dihasilkan. Suhu minyak transformator di atas 95 derajat mudah menua, sehingga suhu permukaan inti harus dikontrol sebisa mungkin di bawah suhu ini, yang memerlukan struktur pembuangan panas inti untuk menghilangkan panas inti dengan cepat. Struktur pembuangan panas terutama untuk meningkatkan permukaan pembuangan panas inti besi. Pembuangan panas inti besi terutama mencakup pembuangan panas saluran minyak inti besi dan pembuangan panas saluran napas inti besi.

 

Pada transformator terendam oli dengan kapasitas besar, slot oli sering disusun di antara laminasi inti besi untuk meningkatkan efek pembuangan panas. Tangki minyak dibagi menjadi dua jenis, satu sejajar dengan lembaran baja silikon, dan yang lainnya vertikal terhadap lembaran baja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Susunan terakhir memiliki efek pembuangan panas yang lebih baik, tetapi strukturnya lebih kompleks.

 

Pada inti trafo kering terdapat pendingin udara, untuk memastikan suhu inti tidak melebihi nilai yang diijinkan, sering dipasang pada kolom inti dan saluran udara kuk besi.

 

 

 

Trafo akan menghasilkan kebisingan selama pengoperasian. Sumber kebisingan badan trafo adalah magnetostriksi pada lembaran baja silikon inti besi, atau kebisingan inti trafo pada dasarnya disebabkan oleh magnetostriksi. Yang disebut magnetostriction mengacu pada peningkatan ukuran lembaran baja silikon sepanjang arah garis induksi magnetik ketika inti besi tereksitasi; Ukuran lembaran baja silikon mengecil dalam arah tegak lurus terhadap garis induktansi magnet, dan perubahan ukuran ini disebut magnetostriction. Selain itu, struktur dan ukuran geometris inti besi, proses pengolahan dan pembuatan inti besi akan mempunyai pengaruh tertentu terhadap tingkat kebisingannya.

 

Tingkat kebisingan inti besi dapat dikurangi dengan langkah-langkah teknis berikut: (1) Penggunaan lembaran baja silikon berkualitas tinggi dengan nilai rasio magnetostriktif kecil. (2) Mengurangi kerapatan fluks magnet inti. (3) Memperbaiki struktur inti besi. (4) Pilih ukuran inti yang wajar. (5) Mengadopsi teknologi pemrosesan canggih.

 

 

Dalam pengoperasian normal transformator, medan listrik yang terbentuk antara belitan bermuatan dan kabel timah serta tangki bahan bakar merupakan medan listrik yang tidak rata, dan inti besi serta bagian logamnya berada dalam medan listrik. Karena potensial induksi elektrostatis berbeda, maka potensial suspensi inti besi dan bagian logamnya tidak sama, dan bila beda potensial antara kedua titik tersebut mampu memecah insulasi di antara keduanya, maka akan timbul percikan api. Pelepasan ini dapat memecah minyak trafo dan merusak isolasi padat. Untuk menghindari hal ini, inti dan komponen logamnya harus dibumikan dengan baik.

 

Inti harus sedikit membumi. Ketika inti besi atau komponen logam lainnya dibumikan pada dua titik atau lebih, maka akan terbentuk lingkaran tertutup di antara titik-titik arde tersebut, membentuk suatu sirkulasi, arusnya kadang-kadang bisa mencapai puluhan ampere, akan menyebabkan panas berlebih lokal, yang mengakibatkan penguraian minyak, juga dapat membuat strip tanah menyatu, membakar inti, hal ini tidak diperbolehkan. Oleh karena itu, intinya harus dibumikan, dan harus sedikit dibumikan.

 

 

Munculnya inti besi nanokristalin dan amorf menyediakan bahan yang ideal untuk transformator frekuensi menengah dan tinggi. Dengan perkembangan industri, frekuensi operasi catu daya telah ditingkatkan menjadi 20kHz, dan daya keluaran telah melebihi 30kW. Bahan inti tradisional seperti lembaran baja silikon memiliki kerugian besar dan tidak dapat memenuhi kebutuhan pasokan listrik yang baru.

 

Inti nanokristalin amorf dan berbasis besi memiliki karakteristik induksi magnetik saturasi tinggi, permeabilitas tinggi, kehilangan rendah, stabilitas suhu yang baik, perlindungan lingkungan, dll., dan memiliki nilai aplikasi penting dalam transformator frekuensi tinggi berdaya tinggi.

 

 

 

6.1 Inti nanokristalin

Bahan nanokristalin terutama terdiri dari besi, kromium, tembaga, silikon, boron, dan elemen lainnya, dan komponen paduan spesifik ini dibuat menjadi keadaan amorf dengan teknologi pendinginan cepat, dan kemudian diberi perlakuan panas untuk membentuk butiran skala nano.

Inti nanokristalin menunjukkan sifat magnetik dan stabilitas suhu yang sangat baik, dan sangat cocok untuk menggantikan ferit pada transformator di bawah rentang frekuensi 20kHz hingga 50kHz.

Bahan nanokristalin memiliki resistivitas 90 μ Ω.cm (setelah perlakuan panas) dan, berkat struktur nanonya, menggabungkan keunggulan baja silikon, permalloy, dan ferit.

 

 

 

Ketebalan bahan magnet lunak nanokristalin besi biasa adalah sekitar 30μm. Karena kerapuhan dan kepekaannya terhadap tekanan, sifat magnetiknya akan berkurang secara signifikan bila terkena gaya eksternal selama pemrosesan dan penggunaan. Oleh karena itu, inti nanokristal biasanya dibuat berbentuk cincin atau tapal kuda dan ditempatkan dalam cangkang pelindung. Bahan cangkang pelindung akan mempengaruhi kinerja pembuangan panas inti nanokristalin.

Inti nanokristalin baru telah diterapkan pada transformator, ketebalan bahan nanokristalin hanya 24μm, dan inti yang disembuhkan setelah perlakuan panas memiliki keunggulan signifikan dibandingkan inti transformator tradisional:

Inti nanokristalin baru dilapisi dengan film isolasi, yang mencapai kekuatan yang diperlukan untuk belitan dan dapat dililitkan langsung ke transformator.

Inti nanokristalin yang diawetkan menghilangkan selubung pelindung, memberikan lebih banyak ruang untuk pembuangan panas dan meningkatkan keselamatan operasional transformator.

Desain ini mengurangi pengaruh bahan cangkang pelindung pada inti nanokristalin, dan menghemat desain struktural dan waktu pembentukan cangkang pelindung.

Desain inti nanokristalin bisa lebih fleksibel, menawarkan berbagai bentuk seperti inti cincin, persegi panjang, dan berbentuk C, memberikan lebih banyak pilihan untuk desain transformator dan proses penggulungan selanjutnya.

 

6.2 Inti magnet amorf

Bahan amorf diproduksi menggunakan teknologi pendinginan ultra-cepat dengan laju pendinginan sekitar satu juta derajat per detik. Teknologi ini memadatkan baja cair dalam sekali pendinginan menjadi strip paduan dengan ketebalan 30 mikron. Karena laju pendinginan yang cepat, logam tidak memiliki waktu untuk mengkristal, sehingga tidak ada butiran atau batas butir pada paduan, sehingga terbentuklah apa yang disebut paduan amorf.

Logam amorf memiliki struktur mikro unik yang berbeda dari logam konvensional, dan komposisi serta strukturnya yang tidak teratur memberikan banyak sifat unik, seperti magnetisme yang sangat baik, ketahanan korosi, ketahanan aus, kekuatan tinggi, kekerasan, ketangguhan, resistivitas tinggi, kopling elektromekanis tinggi koefisien , dll.

 

 

 

Komponen utama inti amorf berbasis besi adalah besi, silikon dan boron, yang kandungan silikonnya mencapai 5,3%, dan struktur unik dari keadaan amorf, resistivitasnya adalah 130 μΩ.cm, dua kali lipat dari dari lembaran baja silikon (47 μΩ.cm).

Ketebalan bahan amorf berbasis besi yang digunakan dalam inti amorf adalah sekitar 30nm, yang jauh lebih tipis dari ketebalan lembaran baja silikon, sehingga kehilangan arus eddy kecil pada operasi frekuensi tinggi. Pada rentang frekuensi 400Hz~10kHz, kerugian hanya 1/3~1/7 dari lembaran baja silikon. Pada saat yang sama, permeabilitas inti besi amorf berbasis besi jauh lebih tinggi dibandingkan inti besi tradisional.

Karena keunggulan ini, inti amorf dapat mengurangi berat transformator lebih dari 50% dan kenaikan suhu sebesar 50%.

Setelah bertahun-tahun pengembangan, inti besi amorf dan nanokristalin telah banyak digunakan pada transformator frekuensi tinggi, transformator arus, catu daya switching, peralatan kompatibilitas elektromagnetik, dan aplikasi lainnya.