Nucli del transformador conjunt escalonat: disseny, característiques i aplicacions

Què és un nucli de transformador conjunt esglaonat?

Un nucli d'unió esglaonada, també anomenat nucli d'inglet, nucli de cantonada o nucli diagonal, és un disseny especial del nucli del transformador en què les costures entre les laminacions del nucli no són rectes. En lloc d'una simple unió a tope, les laminacions es tallen en un angle inclinat o es munten en un patró escalonat. L'objectiu principal d'aquesta geometria és reduir les fuites de flux a les articulacions, reduir el soroll i la vibració i millorar el rendiment global del transformador. El disseny és una pràctica estàndard en la distribució moderna i la fabricació de transformadors de potència perquè la regió d'unió és on el circuit magnètic es veu més fàcilment alterat.

Per què la geometria conjunta afecta el rendiment del transformador

En un nucli convencional amb juntes a tope rectes, el flux magnètic ha de travessar l'articulació a través d'un buit estret, la qual cosa crea aglomeració de flux local, una major reluctància i un major corrent de magnetització. El flux de franges al voltant de la bretxa també entra als enrotllaments i a les parts estructurals veïnes, provocant pèrdues-de corrents de Foucault i forces electromagnètiques addicionals. Com que el nucli es magnetitza cíclicament al doble de la freqüència de subministrament, la magnetostricció i l'atracció alterna entre les laminacions converteixen part d'aquesta energia magnètica en vibració i soroll audible. Una articulació esglaonada o ingletada distribueix la transició de flux en diversos passos, reduint la saturació local i les pèrdues i el soroll associats.

Característiques de rendiment

Alta eficiència: el camí del flux és continu i tancat, les fuites magnètiques es redueixen i l'eficiència de conversió millora, amb una menor pèrdua de -càrrega i corrent de magnetització.

Baix soroll: l'estructura del nucli estable i l'estrès de les articulacions disperses redueixen el soroll i la vibració generats durant el funcionament.

Mida compacta: el disseny d'unió optimitzat permet una secció transversal més petita-del nucli per al mateix rendiment, fent que l'equip sigui més lleuger i petit.

Bona dissipació de la calor: un nucli -ben distribuït-millora la conducció tèrmica i manté la distribució de la temperatura més uniforme.

Fuga de flux reduïda: inclinar o trepitjar les articulacions tanca el circuit magnètic de manera més eficaç, la qual cosa també millora la compatibilitat electromagnètica perquè arriba menys camp dispersat als equips propers.

Com funciona el disseny

En una unió amb ingletes, les laminacions es tallen en un angle típicament de 45 graus a les cantonades, de manera que el flux travessa l'articulació per una superfície estesa en lloc d'un sol buit estret. En una unió esglaonada (pas-volta), la cantonada es construeix a partir de diverses laminacions les posicions de tall de les quals estan escalonades, de manera que no hi ha dues capes adjacents que comparteixin la mateixa posició de costura. Els arranjaments més habituals són les juntes de 2-passos, 3-passos, 5 passos i 7 passos. Més passos redueixen encara més la pèrdua efectiva d'àrea d'articulació, però augmenten la complexitat del tall i els residus de material. Una configuració de 5 o 7 passos és típica per als transformadors d'alta eficiència perquè equilibra el guany de rendiment amb el cost de fabricació.

Especificacions típiques

A la taula següent s'enumeren les mides representatives del nucli d'unió esglaonada amb la seva -àrea de secció transversal, el seu pes, la longitud del circuit magnètic i les característiques de volt-amperi mesurats amb un corrent d'excitació d'1 A. Aquests són valors típics del catàleg; el rendiment exacte depèn del grau d'acer al silici i del procés de recuit.

Mida dx D x B (mm)	Àrea de-secció transversal (mm²)	Pes (g)	Volt-Amperí característica (mV, a 1 A d'excitació)	Longitud del circuit magnètic (mm)
184 x 226 x 60	1,260	7,096	7.6	643.7
52.5 x 90.5 x 64	1,216	2,388	27.2	224.5
57 x 89 x 58	928	1,861	17.3	229.2
55 x 81 x 68	884	1,651	29.3	213.5
59 x 89 x 53	795	1,616	19.8	232.4
55 x 87 x 40	640	1,248	19.8	222.9
60 x 88 x 40	560	1,139	13.8	232.4
41 x 72 x 25	387.5	602	14.1	177.4
59 x 79 x 30	300	569	7.3	216.7
24 x 35 x 10	55	45	3.1	92.6

Hi ha mides personalitzades disponibles per adaptar-se a les dimensions de la finestra i del jou dels dissenys específics del transformador.

Aplicacions

Els nuclis d'articulació escalonats són adequats per a una àmplia gamma de dispositius magnètics, inclosos transformadors de transmissió d'energia, transformadors de distribució, equips d'automatització industrial i etapes de conversió d'energia en dispositius electrònics. Es recomanen especialment per a aplicacions que requereixen una alta fiabilitat i un baix soroll audible, com ara transformadors instal·lats en zones residencials, hospitals i edificis comercials, i per a transformadors de distribució d'alta-eficiència que han de complir límits estrictes de pèrdua de càrrega sense-.

Notes de selecció i fabricació

El nombre de passos s'ha d'ajustar a l'objectiu d'eficiència: les juntes de 2-passos són econòmiques per als transformadors estàndard, mentre que les juntes de solap de 5-passos i 7-passos s'utilitzen per a dissenys d'alta eficiència i poc soroll.

S'ha de tallar l'acer de silici orientat-gran de manera que el flux segueixi la direcció de laminació; una orientació incorrecta nega el benefici del disseny de la junta.

El recuit-d'alleujament de tensió després del tall és important perquè el tall introdueix una tensió mecànica que augmenta la pèrdua del nucli i el soroll de magnetostricció.

La pressió de subjecció al nucli ha de ser uniforme; una pressió excessiva augmenta el soroll de magnetostricció, mentre que una pressió insuficient permet la vibració de la laminació.

PMF

Quina diferència hi ha entre una articulació esglaonada i una articulació a inglete?

Una junta d'inglets talla les laminacions en un angle, normalment de 45 graus, de manera que el flux travessa una superfície inclinada. Una unió esglaonada escalona les posicions de costura de laminacions adjacents. La majoria de nuclis moderns combinen ambdós principis: laminacions tallades en angle i muntades en un patró de volta-pasos amb diverses capes esglaonades.

Per què els nuclis d'articulació escalonats redueixen el soroll del transformador?

El soroll als nuclis dels transformadors prové principalment de la magnetostricció i de l'atracció alterna entre les laminacions a les articulacions. Les juntes escalonades distribueixen la transició de flux sobre diverses capes, reduint la concentració de flux local, l'estrès mecànic i la vibració, la qual cosa redueix el nivell de soroll audible.

Un nucli conjunt esglaonat costa més que un nucli convencional?

El tall i el muntatge són més complexos, i els residus de material són lleugerament superiors, de manera que els costos de fabricació augmenten. Tanmateix, la millora de la pèrdua de-càrrega i del soroll sovint permet una secció transversal-del nucli més petita o un grau d'acer inferior, que pot compensar part del cost addicional. El cost final depèn de l'objectiu d'eficiència i del volum de la comanda.

Es poden utilitzar nuclis d'unió escalonada per a transformadors petits?

Sí. Els transformadors de distribució petits, els transformadors d'instruments i els transformadors especials també es beneficien de les juntes escalonades, especialment quan es requereix un baix soroll o un corrent de magnetització baix. L'elecció del recompte de passos depèn de la mida del nucli i de l'especificació de rendiment.

Com es verifica el disseny conjunt en producció?

Els fabricants verifiquen la qualitat de les unions mitjançant mesures de pèrdua de càrrega sense-i de magnetització al nucli acabat i mitjançant proves de soroll al transformador muntat. Els valors mesurats es comparen amb els objectius de disseny i els límits estàndard rellevants, per exemple els de l'IEC 60076-10 per als nivells de so i l'IEC 60076-1 per a la mesura de pèrdues.