وظیفه هسته در ترانسفورماتور غوطه ور در روغن چیست؟

در سیستم قدرت، ترانسفورماتور غوطه ور در روغن یک وسیله الکتریکی کلیدی است که برای دستیابی به تبدیل توان بین سطوح مختلف ولتاژ استفاده می شود. در ساختار داخلی ترانسفورماتور، هسته آهنی یکی از اجزای اصلی است که عملکرد، کارایی و پایداری آن را تعیین می کند.

1. عملکرد اصلی هسته آهنی
عملکرد اصلی از ترانسفورماتور غوطه ور در روغن پاره شد انتقال نیرو بین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه از طریق اصل القای الکترومغناطیسی است. هسته آهنی رسانه کلیدی در این فرآیند تبدیل انرژی است.

1. یک مسیر شار مغناطیسی ارائه دهید
وظیفه اصلی هسته آهنی ایجاد یک کانال مقاومت مغناطیسی کم برای شار مغناطیسی ترانسفورماتور است. هنگامی که جریان از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می شود و این شارهای مغناطیسی از طریق هسته آهنی جریان می یابد و ولتاژی را در سیم پیچ ثانویه القا می کند. وجود هسته آهنی راندمان کوپلینگ مغناطیسی را تا حد زیادی افزایش می دهد.

2. کاهش اتلاف انرژی
در مقایسه با هوا، نفوذپذیری مغناطیسی مواد هسته آهن (مانند ورق فولاد سیلیکونی نورد سرد) بسیار بالاتر است، که می تواند به طور موثر شار مغناطیسی را متمرکز کند و پدیده مغناطیسی نشتی را کاهش دهد، در نتیجه به طور قابل توجهی از دست دادن انرژی را کاهش داده و کارایی ترانسفورماتور را بهبود می بخشد.

3. پشتیبانی از ثبات ساختار
هسته آهنی نه تنها یک مسیر شار مغناطیسی است، بلکه یک ساختار پشتیبانی مکانیکی برای کل سیم پیچ است. این می تواند نیروی الکترومغناطیسی را در طول اتصال کوتاه تحمل کند و پایداری ساختار داخلی ترانسفورماتور را حفظ کند.

2. مواد و ساختار هسته آهنی

1. انتخاب مواد
هسته آهنی معمولاً از **ورق های فولادی سیلیکونی جهت نورد سرد (CRGO)** با نفوذپذیری مغناطیسی بالا و تلفات کم ساخته می شود. فولاد سیلیکونی حاوی 2٪ تا 3٪ سیلیکون است که می تواند به طور قابل توجهی نفوذپذیری مغناطیسی را افزایش دهد و از دست دادن جریان گردابی را کاهش دهد.

2. ساختار لمینیت (لمینیت)
به منظور کاهش تلفات جریان گردابی (Eddy Current Loss)، هسته آهنی یک بلوک کامل نیست، بلکه از لایه هایی از ورقه های نازک تشکیل شده است که با رنگ عایق از هم جدا شده اند. ضخامت معمولی 0.23mm یا 0.27mm است.

3. فرم ساختاری
انواع هسته آهنی رایج ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن عبارتند از:

ساختار هسته (نوع هسته): سیم پیچ هسته آهنی را احاطه کرده است.

ساختار پوسته (نوع پوسته): هسته آهنی سیم پیچ را احاطه کرده است.

ساختار سه ستونی سه فاز: معمولا در ترانسفورماتورهای سه فاز برای کاهش مصرف مواد و مصرف انرژی استفاده می شود.

3. خواص الکترومغناطیسی هسته آهنی و راندمان ترانسفورماتور
کیفیت هسته آهنی به طور مستقیم بر عملکرد ترانسفورماتور تأثیر می گذارد، به ویژه در جنبه های زیر:

1. از دست دادن هسته
این شامل تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی است که منابع اصلی تلفات هنگام تخلیه ترانسفورماتور هستند. ورق های فولادی سیلیکونی با کیفیت بالا می توانند این بخش از تلفات را تا حد زیادی کاهش دهند.

2. مشکل اشباع شار مغناطیسی
هسته آهنی دارای محدودیت خاصی برای حمل شار مغناطیسی است. وقتی از این حد فراتر رفت (یعنی اشباع مغناطیسی)، ولتاژ القایی دیگر به صورت خطی تغییر نمی کند و باعث افزایش گرما و خرابی الکتریکی می شود. بنابراین، یک چگالی شار مغناطیسی معقول (به طور کلی در 1.5 تا 1.7 T کنترل می شود) باید در طول طراحی در نظر گرفته شود.

3. کنترل مغناطیسی نشتی
نشتی شار مغناطیسی منجر به کاهش راندمان القایی، گرمای بیش از حد موضعی و حتی تداخل با تجهیزات اطراف خواهد شد. بهینه سازی شکل هسته آهنی و آرایش سیم پیچ ها می تواند به کاهش تاثیر شار مغناطیسی نشتی کمک کند.

4. کار مشترک هسته آهنی و سیستم خنک کننده غوطه ور در روغن
در ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن، روغن ترانسفورماتور هم نقش عایق را ایفا می کند و هم برای خنک کردن اجزای مولد گرما استفاده می شود. هسته آهنی به دلیل تغییرات مکرر شار مغناطیسی گرمای زیادی تولید می کند، بنابراین روغن ترانسفورماتور برای از بین بردن گرما مورد نیاز است.

روغن از طریق شکاف هسته جریان می یابد و به طور موثر گرما را از بین می برد.

بهبود راندمان خنک کننده از طریق سیستم گردش روغن اجباری؛

از تماس و عایق کامل بین هسته و مواد عایق روغن اطمینان حاصل کنید.

5. فن آوری های کلیدی در ساخت هسته

1. تکنولوژی برش و انباشته
قطعات هسته باید به دقت بریده شوند تا از ثبات هندسی اطمینان حاصل شود. فرآیند انباشته سازی از فناوری هایی مانند "Step Lap" و "Stracked Stacking" برای کاهش موثر مقاومت مغناطیسی و شکاف ها استفاده می کند.

2. طراحی ضد نویز
هسته به دلیل اثر مغناطیسی فشاری تحت میدان های مغناطیسی متناوب با فرکانس بالا ایجاد نویز می کند که به آن "وزوز" می گویند. برای کاهش نویز لازم است:

شکاف بین هسته ها را به شدت کنترل کنید.

از ساختار ضد لرزش و پدهای روغن استفاده کنید.

برای کاهش لرزش از "مفاصل کامل اریب" یا "همپوشانی 45 درجه" استفاده کنید.

6. خطاهای رایج و نقاط نگهداری
در طول عملیات طولانی مدت، هسته آهنی ممکن است مشکلات زیر را داشته باشد:

گرمای بیش از حد موضعی: ممکن است در اثر تماس ضعیف یا اتصال کوتاه هسته آهنی ایجاد شود.

هسته آهنی شل: باعث افزایش صدا می شود و براکت باید سفت شود.

تخلیه یا خرابی جزئی: معمولاً در اثر خرابی عایق یا آلودگی نفتی ایجاد می شود.

اقدامات پیشگیرانه عبارتند از:

اندازه گیری منظم دمای مادون قرمز برای بررسی توزیع دمای هسته آهن.

تجزیه و تحلیل کیفیت روغن برای اطمینان از استحکام عایق؛

تشخیص تخلیه جزئی آنلاین برای درک وضعیت عملکرد.

هسته آهنی به عنوان جزء اصلی ترانسفورماتور غوطه ور در روغن، عملکردهای بیشتری نسبت به "رسانایی مغناطیسی" دارد. نقش های متعددی مانند هدایت شار مغناطیسی، کاهش تلفات، سازه های پشتیبانی و بهبود پایداری ایفا می کند. این یک عامل کلیدی در تعیین عملکرد، عمر و ایمنی ترانسفورماتور است. همانطور که سیستم قدرت به سمت ولتاژ بالا، ظرفیت زیاد، صرفه جویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست توسعه می یابد، مواد و طراحی هسته آهنی نیز به طور مداوم در حال تغییر هستند و پایه محکمی برای عملکرد کارآمد ترانسفورماتور فراهم می کنند.