Grubość laminowania rdzenia transformatora EI: jak wybrać odpowiednią wartość w mm

Grubość laminowania rdzenia transformatora EI: liczby, których potrzebujesz

Jeśli określasz, naprawiasz lub przeprojektowujesz transformator EI, pierwszym podstawowym pytaniem jest zwykle: jak gruba jest każda laminacja? W przypadku transformatora częstotliwości sieciowej praktyczną odpowiedzią jest: 0,35 mm lub 0,50 mm . Większość standardowych rozmiarów laminowania E-I, od około EI-28 do EI-96, jest wytłaczanych z nieorientowanej stali krzemowej o grubości 0,50 mm, natomiast 0,35 mm jest wybierane, gdy projekt musi ograniczać straty bez obciążenia, niższy wzrost temperatury lub słyszalny hałas. W podręcznikach odpowiedzi często podają ogólny zakres 0,25–0,5 mm; Jednakże komercyjne wytłoczki EI zbiegają się w zakresie 0,35 i 0,50 mm, ponieważ oprzyrządowanie i gatunki stali są znormalizowane.

Jeden punkt powoduje więcej błędów specyfikacji niż jakikolwiek inny: grubość laminowania to grubość pojedynczego arkusza stali, a nie szerokość ułożonego w stos rdzenia . Na przykład rdzeń o grubości 40 mm zawiera 80 arkuszy stali o grubości 0,50 mm lub około 114 arkuszy stali o grubości 0,35 mm. Mylenie tych dwóch wartości jest najczęstszym błędem w porządkowaniu rdzeni EI.

Transformatory standardowe 50/60 Hz: 0,35–0,50 mm
Sprzęt lotniczy i przemysłowy 400 Hz: 0,10–0,20 mm
Transformatory inwerterowe 1–5 kHz: 0,05–0,10 mm
Powyżej 10 kHz: rdzenie ferrytowe lub amorficzne, nietłoczone laminaty

Dlaczego grubość laminowania bezpośrednio kontroluje utratę rdzenia

Istnieją laminaty, które ograniczają prądy wirowe. Zmienny strumień indukuje prądy krążące wewnątrz stali; solidny blok żelaza przenosiłby ogromne prądy wirowe i przegrzewał się w ciągu kilku minut. Krojenie rdzenia na izolowane arkusze ogranicza te prądy do objętości każdego cienkiego arkusza.

P _e = K _e × f² × B² × t²

W tym wyrażeniu strat wiroprądowych t to grubość laminowania, f to częstotliwość, B to szczytowa gęstość strumienia, a K _e jest stałą materiałową. Najważniejszy jest współczynnik t²: podwojenie grubości zwiększa składową prądu wirowego mniej więcej czterokrotnie, a zmniejszenie o połowę zmniejsza tę składową do jednej czwartej. Natomiast strata histerezy zależy od materiału i gęstości strumienia, a nie od grubości laminowania, więc całkowita poprawa strat w rdzeniu w przypadku cieńszej stali jest zawsze mniejsza niż sama redukcja prądów wirowych.

Względna strata prądu wirowego przez grubość laminowania (0,35 mm = 100)

33

0,20 mm

100

0,35 mm

204

0,50 mm

345

0,65 mm

Skale strat wiroprądowych z kwadratem grubości laminowania; wartości są wskaźnikami względnymi, a nie bezwzględnymi watami.

W typowym rdzeniu EI o grubości 0,50 mm przy 50 Hz strata bez obciążenia dzieli się mniej więcej na 55% histerezy, 40% prądu wirowego i 5% strat błądzących:

Histereza 55%
Prąd wirowy 40%
Bezdomne 5%

Przybliżony rozkład strat dla rdzenia klasy M-45 o średnicy 0,50 mm przy 50 Hz i około 1,5 T; udział wirów spada, gdy stosuje się cieńszą stal.

Zmiana z 0,50 mm na 0,35 mm zazwyczaj zmniejsza udział prądów wirowych o połowę, dlatego rdzeń 0,35 mm pracuje mierzalnie chłodniej i pobiera mniej prądu bez obciążenia. Wadą jest wyższy koszt materiału i nieco większa liczba arkuszy do ułożenia w stosie dla tego samego obszaru rdzenia.

Typowa grubość laminowania według częstotliwości, rozmiaru i gatunku materiału

Częstotliwość jest pierwszym filtrem przy wyborze grubości; klasa materiału jest druga. W transformatorach EI zwykle stosuje się nieorientowaną stal krzemową, ponieważ kształt E-I ma narożniki, w których nie można w pełni wykorzystać orientacji ziaren. Typowe oznaczenia AISI to M-45, M-22 i M-19, a równoważne gatunki istnieją w ramach IEC i większości norm krajowych.

Częstotliwość, a nie rozmiar rdzenia, jest głównym czynnikiem wpływającym na grubość laminowania.
Zastosowanie	Typowa grubość	Typowy materiał
Transformatory sieciowe 50–60 Hz	0,35–0,50 mm	M-45, M-22, M-19 (nieorientowane)
Sprzęt lotniczy i przemysłowy 400 Hz	0,10–0,20 mm	Cienki pasek nieorientowany lub zorientowany na ziarno
Transformatory inwerterowe 1–5 kHz	0,05–0,10 mm	Niklowo-żelazny lub cienki pasek silikonowy
Powyżej 10 kHz	Rdzeń ferrytowy (nie dotyczy)	Ferryt Mn-Zn

Oznaczenia stali elektrotechnicznej AISI; Odpowiedniki IEC są powszechnie dostępne.
Ocena	Typowa grubość	Typowa rola
M-45	0,50 mm	Transformatory mocy EI ogólnego przeznaczenia, konstrukcje wrażliwe na koszty
M-22	0,50 mm	Przemysłowe transformatory sterujące i izolacyjne o umiarkowanych granicach strat
M-19	0,35 mm	Transformatory EI o wyższej wydajności, medyczne i audio
M-19 lub lepszy	0,27–0,30 mm	Projekty premium o niskich stratach, w których akceptowalny jest dodatkowy koszt

Względny wskaźnik całkowitej utraty rdzenia dla obu grubości; szczelina zwiększa się wraz z częstotliwością, ponieważ składnik prądu wirowego skaluje się wraz z f².

Jak wybrać odpowiednią grubość laminowania

Wybieraj liczbami, a nie przyzwyczajeniem. Większość projektantów przechodzi przez siedem punktów, zanim zdecyduje się na podstawową specyfikację:

Potwierdź częstotliwość roboczą i wszelkie wymagania dotyczące obniżania wartości znamionowych w zakresie od 50 do 60 Hz.
Ustaw sufit bez strat obciążenia na podstawie specyfikacji klienta, klasy wydajności lub limitu wzrostu temperatury.
Oszacuj straty w rdzeniu przy planowanej gęstości strumienia, zwykle 1,5–1,7 T dla rdzenia EI 50 Hz.
Porównaj krzywe strat 0,50 mm i 0,35 mm dla tego samego gatunku stali krzemowej.
Sprawdź współczynnik układania: około 0,95–0,97 dla 0,50 mm i nieco mniej dla 0,35 mm, ponieważ powłoka izolacyjna zajmuje większą część każdego arkusza.
Potwierdź koszt: cieńsza stal kosztuje więcej za kilogram i wymaga większej liczby arkuszy, aby osiągnąć tę samą powierzchnię żelaza.
Zbuduj prototyp i przed zatwierdzeniem zweryfikuj prąd jałowy, wzrost temperatury i poziom hałasu.

Jeśli okno rdzenia jest już zamocowane, a transformator się nagrzewa, praktycznym ulepszeniem jest 0,35 mm, ponieważ zmniejsza udział strat spowodowanych prądami wirowymi. Jeśli projekt jest oparty na kosztach, a wzrost temperatury jest akceptowalny, mądrzejszą wartością domyślną w przypadku pracy przy częstotliwości 50/60 Hz pozostaje 0,50 mm.

Na uwagę zasługuje jedno ukryte ryzyko: bardzo cienkie arkusze są trudniejsze do czystego stemplowania, a zadziory na wykrawanych krawędziach powodują zwarcie sąsiednich warstw . Określ limit wysokości zadziorów w umowie zakupu, w przeciwnym razie dodatkowy koszt cienkiej stali może zostać utracony w wyniku zwarcia krawędzi.

Co należy sprawdzić przy zakupie laminatów lub gotowych transformatorów EI

Grubość w arkuszu danych nie zawsze jest grubością w pudełku. Przy kwalifikowaniu dostawcy najważniejsze są trzy pomiary: grubość blachy, wysokość zadziorów i współczynnik układania. Zmierz grubość blachy za pomocą mikrometru w trzech lub więcej punktach i porównaj zarówno średnią, jak i rozrzut z tolerancją ± 0,03 mm typową dla komercyjnej stali elektrotechnicznej. Wysokość zadziorów na wykrawanych krawędziach powinna wynosić 0,05 mm lub mniej, najlepiej 0,03 mm w przypadku stali o grubości 0,35 mm. Współczynnik układania to zmierzona wysokość stosu podzielona przez iloczyn liczby arkuszy i nominalnej grubości arkusza; spodziewaj się co najmniej 0,95 dla laminacji lakierowanych o grubości 0,50 mm.

Te kontrole akceptacji wyłapują większość podstawowych błędów specyfikacji przed kosztownymi przeróbkami.
Parametr	Typowa akceptacja	Dlaczego to ma znaczenie
Grubość blachy	Nominalna ± 0,03 mm	Strata wiroprądowa zależy od t², więc przesunięcie tolerancji bezpośrednio zmienia krzywą strat
Wysokość zadziorów	≤ 0,05 mm (idealnie 0,03 mm)	Zadziory powodują krótkie sąsiednie warstwy, podnosząc prąd jałowy i tworząc gorące punkty
Współczynnik układania	≥ 0,95 dla 0,50 mm	Niższy współczynnik wymusza wyższy stos i wyższy koszt miedzi dla tej samej powierzchni żelaza
Powłoka międzylaminarna	Powłoka klasy C-2, C-3 lub wyżarzana	Integralność powłoki sprawia, że cienkie arkusze zachowują się jak oddzielne obwody magnetyczne
Strata bez obciążenia przy znamionowym V/Hz	W granicach ±10% podanej wartości	Potwierdza, że dostarczony gatunek i grubość odpowiadają projektowi

Producent posiadający ustaloną linię transformatorów EI zwykle wspiera tę weryfikację danymi produkcyjnymi. Zespół Ningbo Chuangbiao, przedstawiony w strona O firmie , wymienia transformatory EI jako swoją specjalizację i stwierdza, że każdy transformator przed dostawą przechodzi pełny test elektryczny. Jeśli Twój projekt wymaga niestandardowego rozmiaru EI lub określonego gatunku stali krzemowej, podaj grubość laminowania, granicę strat i warunki testu w formularzu żądanie dostosowania więc fabryka mierzy dokładnie to, co Ty będziesz mierzyć.

Grubość laminowania rdzenia EI: częste pytania, proste odpowiedzi

Czy 0,35 mm jest zawsze lepsze niż 0,50 mm?

Nie. Przy 50/60 Hz grubość 0,35 mm zmniejsza składnik wirowy strat w rdzeniu o mniej więcej połowę w porównaniu z 0,50 mm tego samego gatunku, ale stal jest droższa i stos wymaga większej liczby arkuszy. W przypadku małych transformatorów z wygodnym marginesem temperaturowym ekonomicznym i sprawdzonym wyborem jest 0,50 mm. Wybierz 0,35 mm, jeśli specyfikacja określa limit strat bez obciążenia, docelowy niski wzrost temperatury lub pracę ciągłą.

Czy zmiana gorącego transformatora z 0,50 mm na 0,35 mm naprawi przegrzanie?

Prawdopodobnie tak, ale nie jest to wymiana typu drop-in. Cieńsze laminaty zmniejszają część strat rdzenia w postaci prądów wirowych, więc temperatura rdzenia spada, a prąd jałowy spada. Liczba arkuszy zmienia się dla tej samej powierzchni rdzenia, a nowy prąd jałowy, wzrost temperatury i słyszalny hałas muszą zostać ponownie zweryfikowane na prototypie przed produkcją.

Jaką grubość powinien zastosować transformator EI 400 Hz?

Około 0,10–0,20 mm. Ponieważ straty prądu wirowego skalują się z f², rdzeń zbudowany ze stali o grubości 0,50 mm szybko by się przegrzał przy 400 Hz. Przejście na 0,20 mm zmniejsza składową prądu wirowego do około 16% jej wartości 0,50 mm przy tej samej gęstości strumienia.

Czy mogę zmierzyć grubość laminowania bez demontażu gotowego transformatora?

Tylko w przybliżeniu. Krawędź rdzenia pokazuje linie arkusza, ale arkusz zewnętrzny zwykle zawiera farbę lub lakier, więc odczyt obejmuje powłokę. Do testów akceptacyjnych użyj zapasowej laminatu lub niedokończonego rdzenia, dokonaj odczytów w kilku punktach za pomocą mikrometru i uśrednij je, zamiast ufać pojedynczemu pomiarowi.

Konkluzja: w przypadku większości transformatorów EI 50/60 Hz, 0,50 mm jest opłacalnym rozwiązaniem domyślnym, a 0,35 mm stanowi ulepszenie o niższych stratach. W swoim zapytaniu umieść grubość laminowania, gatunek stali, limit zadziorów i test strat bez obciążenia i przejrzyj stronę główną firmy aby zapoznać się z asortymentem produktów, zanim zdecydujesz się na współpracę z dostawcą.