نقش هسته در ترانسفورماتور غوطه ور در روغن چیست؟

زمزمه پست های برق صدایی آشنا در دنیای مدرن است، گواهی بر شبکه گسترده و نامرئی که زندگی ما را نیرو می دهد. در قلب این سیستم، درون مخازن استوانه‌ای نمادین، یک بخش مهم از فناوری نهفته است: ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن. در حالی که کل واحد یک شگفتی مهندسی است، قهرمان خاموش و ضروری آن هسته ترانسفورماتور است. این جزء صرفاً یک عنصر ساختاری نیست. این مسیر اساسی برای شار مغناطیسی، جوهر اصلی عملکرد ترانسفورماتور است. اما این هسته دقیقاً چیست، چرا طراحی آن بسیار مهم است و چگونه غوطه ور شدن آن در روغن عملکرد آن را افزایش می دهد؟

یک هسته ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن، ساختاری چند لایه و حلقه بسته است که به‌دقت از ورق‌های فولاد سیلیکونی درجه بالا لایه‌بندی شده است. وظیفه اصلی آن ایجاد یک مسیر با نفوذپذیری بالا برای شار مغناطیسی تولید شده توسط جریان متناوب از سیم پیچ های ترانسفورماتور است. این کانال کشی کارآمد شار چیزی است که جفت القایی بین سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه را قادر می‌سازد و امکان افزایش یا کاهش سطوح ولتاژ را با حداقل تلفات انرژی فراهم می‌کند. بدون این هسته، ترانسفورماتور به طور ناامیدکننده ای ناکارآمد و عملاً برای کاربردهای پرقدرت غیرقابل استفاده خواهد بود.

بنابراین انتخاب مواد و ساختار برای هسته بسیار مهم است. فولاد سیلیکونی که به عنوان فولاد الکتریکی نیز شناخته می شود، ماده انتخابی است. افزودن سیلیکون به آلیاژ آهن، مقاومت الکتریکی آن را افزایش می دهد که یک ویژگی کلیدی است. مقاومت بالاتر، بزرگی جریان‌های گردابی را کاهش می‌دهد - جریان‌های گردشی انگلی که توسط میدان مغناطیسی متناوب در درون هسته ایجاد می‌شوند. این جریان های گردابی منبع قابل توجهی از اتلاف انرژی هستند که به صورت گرما ظاهر می شوند. با کاهش آنها، فولاد سیلیکونی مستقیماً کارایی ترانسفورماتور را افزایش می دهد. علاوه بر این، هسته یک بلوک فلزی جامد نیست، بلکه از لایه های نازک ساخته شده است. هر لمینیت با یک لایه عایق نازک پوشیده شده است. این طرح بیشتر مسیر جریان های گردابی را مسدود می کند، آنها را به لایه های جداگانه محدود می کند و تلفات کلی هسته را به طور چشمگیری کاهش می دهد که به عنوان تلفات آهن شناخته می شود.

هندسه هسته به همان اندازه عمدی است. متداول ترین طرح، یک هسته مقطع پلکانی است که در یک قاب مستطیلی یا دایره ای مرتب شده است. این "پله" یک تکنیک بهینه‌سازی است که به هسته اجازه می‌دهد تا یک مقطع دایره‌ای را در یک قاب مربعی تقریب بزند، در حالی که سطح موثر برای شار مغناطیسی را به حداکثر می‌رساند در حالی که مقدار مواد و طول متوسط ​​چرخش را به حداقل می‌رساند و در نتیجه کارایی را افزایش می‌دهد. اتصالات بین لایه‌ها دقیقاً تکان‌خورده یا به هم پیوسته می‌شوند تا شکاف هوا در گوشه‌ها را به حداقل برسانند، یک مسیر مغناطیسی پیوسته را تضمین می‌کنند و از خروج شار مغناطیسی جلوگیری می‌کنند که باعث تلفات اضافی و زمزمه شنیداری می‌شود.

اینجاست که جنبه «غوطه‌ور در روغن» حیاتی می‌شود. هسته، همراه با سیم پیچ ها، در یک روغن معدنی مهندسی شده ویژه در داخل مخزن ترانسفورماتور غوطه ور می شود. این روغن عملکردهای هم افزایی متعددی را انجام می دهد که همگی برای طول عمر و عملکرد هسته حیاتی هستند. اولا، به عنوان یک خنک کننده بسیار موثر عمل می کند. هسته، علیرغم طراحی کارآمد خود، هنوز تلفات انرژی را تجربه می کند که باعث تولید گرما می شود. روغن به‌طور طبیعی یا از طریق پمپ‌ها به گردش در می‌آید و این گرما را از هسته و سیم‌پیچ‌ها جذب می‌کند و آن را به پره‌های رادیاتور ترانسفورماتور منتقل می‌کند، جایی که در جو پخش می‌شود. این امر از گرم شدن بیش از حد هسته جلوگیری می کند که باعث تخریب پوشش های عایق روی لایه ها می شود و در نهایت منجر به خرابی فاجعه بار می شود.

ثانیا، روغن عایق برتری را ارائه می دهد. در حالی که هسته زمین است، میدان های الکترومغناطیسی شدید و ولتاژهای بالا موجود نیاز به عایق قوی بین هسته، سیم پیچ ها و خود مخزن دارند. قدرت دی الکتریک بالای روغن از ایجاد قوس الکتریکی و شکستگی الکتریکی جلوگیری می کند. در نهایت، روغن به عنوان یک مانع محافظ عمل می‌کند و از لایه‌های فولادی سیلیکونی ساخته شده با دقت در برابر دو دشمن مضر محافظت می‌کند: رطوبت و اکسیژن. قرار گرفتن در معرض این عناصر باعث خوردگی و اکسیداسیون سریع، آسیب به پوشش های عایق ظریف و تغییر خواص مغناطیسی فولاد می شود که منجر به افزایش شدید تلفات هسته و کاهش کارایی کلی می شود.

در اصل، هسته ترانسفورماتور غوطه ور در روغن شاهکار مهندسی الکترومغناطیسی و مواد است. این یک جزء کاملاً متعادل است که در آن خواص فولاد سیلیکونی، نوآوری ساخت و ساز چند لایه و محیط محافظ روغن دی الکتریک برای یک هدف واحد همگرا می شوند: تسهیل تبدیل بسیار کارآمد و قابل اعتماد انرژی الکتریکی. این سیستم بی صدا در داخل حمام نفت خود، پنهان از دید، عمل می کند، اما سنگ بنای مطلق انتقال و توزیع برق است، و برق را قادر می سازد تا مسافت های زیادی را از نیروگاه ها تا خانه های ما را با کارایی قابل توجه طی کند. طراحی پایدار آن دلیل اصلی است که ما می‌توانیم به جریان ثابت قدرتی که تمدن مدرن را تعریف می‌کند تکیه کنیم.