แกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้า

 

แกนกลางเป็นส่วนหลักของวงจรแม่เหล็กในหม้อแปลงไฟฟ้า โดยปกติจะประกอบด้วยเหล็กแผ่นซิลิกอนรีดร้อนหรือรีดเย็นที่มีปริมาณซิลิกอนสูงและพื้นผิวเคลือบด้วยสีฉนวน แกนเหล็กและขดลวดรอบๆ เป็นระบบเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์ ปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านหม้อแปลงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับวัสดุและพื้นที่หน้าตัดของแกนเหล็ก

 

 

2.1 แกนบาดแผลและแกนเคลือบ

2.1.1 แกนเหล็กพันแผล

แกนบาดแผลมักใช้ในหม้อแปลงขนาดเล็กและขนาดกลาง (ต่ำกว่า 1,000kVA) หม้อแปลง เครื่องขยายสัญญาณแบบแม่เหล็ก และหม้อแปลงกระแสลำดับเป็นศูนย์ของตัวป้องกันการรั่วไหล

 

วัสดุที่ใช้ทำแกนแผลคือแผ่นเหล็กซิลิกอนรีดเย็นบางพิเศษที่มีการซึมผ่านสูงและมีแถบแม่เหล็กอ่อน เช่น เปอร์มัลลอย ความหนาของแผ่นเหล็กซิลิกอนคือ 0.18~0.30; ความหนาของแถบ Permalloy คือ 0.03~0.10 มม. ยกตัวอย่างหม้อแปลงขนาดเล็กและขนาดกลาง การใช้แกนบาดแผลมีข้อดีดังต่อไปนี้:

1) ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน การสูญเสียที่ไม่มีการโหลดของแกนแผลจะลดลง 7% ถึง 10% เมื่อเทียบกับแกนเคลือบ กระแสไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดสามารถลดลงได้ 50% ~ 75%

2) แกนแผลสามารถทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนรีดเย็นที่มีการซึมผ่านสูงบางมาก ซึ่งสามารถผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีการสูญเสียน้อยกว่า

3) แกนแผลมีความสามารถในการแปรรูปที่ดี ไม่มีของเสียจากการตัด และอัตราการใช้เกือบ 100% นอกจากนี้ยังสามารถนำการทำงานของเครื่องจักรมาใช้ ซึ่งช่วยลดกระบวนการซ้อน และประสิทธิภาพการผลิตสูงกว่าแกนเคลือบลามิเนตถึง 5 ถึง 10 เท่า

4) แกนของบาดแผลนั้นมีทั้งหมด ไม่จำเป็นต้องยึดชิ้นส่วนรองรับ และไม่มีข้อต่อ ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขเดียวกับแกนเคลือบ เสียงของหม้อแปลงจะลดลง 5~10dB

5) ค่าสัมประสิทธิ์กระบวนการของหม้อแปลงเฟสเดียวแกนแผลคือประมาณ 1.1; สามเฟสต่ำกว่า 1.15; สำหรับแกนเหล็กเคลือบ ค่าสัมประสิทธิ์กระบวนการของกำลังการผลิตขนาดเล็กคือประมาณ 1.45 และค่าสัมประสิทธิ์กระบวนการของกำลังการผลิตขนาดใหญ่คือประมาณ 1.15 ดังนั้นแกนพันแผลจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับหม้อแปลงขนาดเล็กและขนาดกลาง

 

 

2.1.2 แกนเหล็กเคลือบ

คำนิยาม

แกนเหล็กเคลือบเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง ตัวเหนี่ยวนำ หม้อแปลงไฟฟ้า และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ประกอบด้วยแผ่นหลายแผ่นซึ่งมีความสามารถในการซึมผ่านสูงและการสูญเสียฮิสเทรีซีสต่ำ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานและความเสถียรของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

โครงสร้างของแกนเหล็กเคลือบ

แกนเคลือบประกอบด้วยแผ่นหลายแผ่น แต่ละแผ่นทำจากวัสดุที่มีการซึมผ่านได้สูง เช่น เหล็กซิลิกอน แผ่นเหล่านี้ถูกคั่นด้วยวัสดุฉนวนเพื่อสร้างโครงสร้างเดียว แกนเหล็กเคลือบมักมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมหรือกลมเพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการของอุปกรณ์ต่างๆ ในกระบวนการผลิตแกนเหล็กเคลือบ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาของแผ่น การเลือกวัสดุฉนวน และกระบวนการแปรรูปเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ แกนเหล็กประกอบด้วยวงจรแม่เหล็กปิดในหม้อแปลงไฟฟ้า และยังเป็นโครงกระดูกของขดลวดติดตั้ง ซึ่งเป็นส่วนสำคัญมากสำหรับประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความแข็งแรงทางกลของหม้อแปลงไฟฟ้า แกนเหล็กเป็นส่วนวงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยคอลัมน์แกนเหล็ก (ชุดขดลวดบนคอลัมน์) และแอกเหล็ก (เชื่อมต่อแกนเหล็กเพื่อสร้างวงจรแม่เหล็กแบบปิด) เพื่อลดกระแสไหลวนและการสูญเสียฮิสเทรีซีส และปรับปรุงค่าการนำไฟฟ้าของวงจรแม่เหล็ก แกนเหล็กจึงทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนหนา {{0}}.35 มม. ~ 0.5 มม. เคลือบด้วยสีฉนวน ส่วนแกนหม้อแปลงขนาดเล็กเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือสี่เหลี่ยม และส่วนแกนหม้อแปลงขนาดใหญ่เป็นแบบขั้นบันได ซึ่งก็คือการใช้พื้นที่อย่างเต็มที่

 

คุณสมบัติแกนเคลือบ

เนื่องจากแกนและขดลวดของหม้อแปลงแกนเคลือบถูกผลิตแยกกัน แกนจะถูกซ้อนกันก่อน จากนั้นจึงถอดแอกด้านบนออก จากนั้นจึงติดตั้งฉนวนแกนและขดลวด และคอยล์และเสาหลักได้รับการสนับสนุนด้วยเหล็กค้ำยัน และสุดท้ายก็ใส่แอกเหล็กเพื่อประกอบลำตัวให้สมบูรณ์

 

โครงสร้างของหม้อแปลงแกนเคลือบมีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. ทิศทางการหนีบของแกนคือทิศทางความหนาของแผ่นแกนซึ่งสามารถยึดแกนได้ดี

2. สำหรับขดลวดทรงกระบอกสองชั้นชั้นในของขดลวดไม่มีโครงกระดูกคอยล์

3. เนื่องจากแอกเหล็กด้านบนถูกถอดออกระหว่างการติดตั้ง คอลัมน์หลักและขดลวดจึงสามารถขันให้แน่นได้อย่างง่ายดายด้วยการพัก

4. ขดลวดถูกพันแยกจากกัน และสามารถจุ่มขดลวดแยกกันหลังจากขดลวด

 

 

2.1.3 การเปรียบเทียบแกนแผลสามเหลี่ยมสามมิติ แกนเคลือบ และแกนแผลแบน

1) แกนเหล็กบาดแผลสามเหลี่ยมสามมิติ

แกนบาดแผลสามมิติ: การจัดเรียงสามมิติสามมิติของแกนเหล็กประกอบด้วยแกนบาดแผลเฟรมเดียวสามอันที่มีขนาดทางเรขาคณิตเท่ากัน

หม้อแปลงแกนบาดแผลสามมิติ: หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายที่มีแกนแผลสามมิติเป็นวงจรแม่เหล็ก

คุณสมบัติกระบวนการ: แกนเหล็กทั้งหมดทำจากสามเฟรมเดียวที่เหมือนกัน และคอลัมน์หลักสามคอลัมน์ของแกนเหล็กถูกจัดเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า แต่ละเฟรมทำมาจากสายพานวัสดุรูปสี่เหลี่ยมคางหมูจำนวนหนึ่งที่พันกันอย่างต่อเนื่อง ภาพตัดขวางของเฟรมเดี่ยวหลังจากการม้วนจะอยู่ใกล้กับครึ่งวงกลม และภาพตัดขวางหลังจากการแยกจะอยู่ใกล้กับวงกลมเสมือนรูปหลายเหลี่ยมทั้งหมด สายพานวัสดุรูปสี่เหลี่ยมคางหมูที่มีขนาดแตกต่างกันของเฟรมเดี่ยวถูกพันด้วยเครื่องตัดแนวพับแบบพิเศษ การประมวลผลการตัดประเภทนี้สามารถทำได้โดยไม่ต้องแปรรูปวัสดุ กล่าวคือ เมื่อตัด อัตราการใช้วัสดุจะเป็น 100%

 

2) แกนเหล็กเคลือบ

แกนเหล็กเคลือบ: ประกอบด้วยสายการผลิตเฉือนตามยาวและสายการผลิตเฉือนตามขวาง และแถบเหล็กซิลิกอนถูกแปรรูปเป็นแผ่นเหล็กซิลิกอนรูปร่างบางอย่าง จากนั้นแผ่นเหล็กซิลิกอนจะถูกซ้อนกันในลักษณะที่แน่นอน

แกนลามิเนตมีข้อเสียสามประการ:

มีช่องว่างอากาศที่เกิดจากข้อต่อจำนวนมากในวงจรแม่เหล็ก ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานแม่เหล็กของวงจรแม่เหล็ก จึงเพิ่มการสูญเสียและกระแสไฟฟ้าที่ไม่มีโหลด

ทิศทางของวงจรแม่เหล็กในบางสถานที่ไม่สอดคล้องกับทิศทางการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงของแถบเหล็กซิลิกอน

การขาดความแน่นระหว่างชิ้นไม่เพียงแต่ลดค่าสัมประสิทธิ์การเคลือบเท่านั้น แต่ยังเพิ่มเสียงรบกวนอีกด้วย

ผลกระทบของกระบวนการต่อการสูญเสีย

แรงเฉือนตามยาวและแรงเฉือนตามขวางทำให้เกิดการสูญเสียความเค้นเชิงกลเพิ่มขึ้น

ทิศทางของวงจรแม่เหล็กที่มุมไม่สอดคล้องกับทิศทางของการนำแม่เหล็กซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียอย่างมาก

ข้อต่อเพิ่มการสูญเสีย โดยเฉพาะการเพิ่มขึ้นของกระแสที่ไม่มีโหลด

ค่าสัมประสิทธิ์กระบวนการคือ 1.15 ~ 1.3

 

3) อิทธิพลของโครงสร้างต่อวงจรแม่เหล็ก

ในแกนสแต็คแบบดั้งเดิมที่มีช่องว่างอากาศ วงจรแม่เหล็กเชื่อมต่อระหว่างเฟส AC นั้นยาวกว่าวงจรแม่เหล็กของเฟส AB และเฟส BC อย่างเห็นได้ชัด 1/2 ดังนั้นวงจรแม่เหล็กจึงไม่สมดุล และความต้านทานแม่เหล็กของ AC เฟสมีขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสามเฟสกับหม้อแปลง แกนกลางจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่สมดุลสามเฟส φA, φB และ φC

เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กของสมดุลสามเฟสผ่านวงจรแม่เหล็กที่ไม่สมดุล แรงดันแม่เหล็กตกของเฟส A และ C จะมีขนาดใหญ่ ซึ่งส่งผลต่อความสมดุลของแรงดันไฟฟ้าสามเฟส ความไม่สมดุลในวงจรแม่เหล็กนี้เป็นข้อบกพร่องทางโครงสร้างที่ผ่านไม่ได้สำหรับหม้อแปลงระนาบ

 

4) แกนเหล็กแผลแบน

แกนแผลแบน: แกนเหล็กที่จัดเรียงแบนประกอบด้วยหนึ่งหรือหลายเฟรมพร้อมแกนแผล

ลักษณะกระบวนการ: แกนแผลแบนนั้นถูกแผลเป็นครั้งแรกด้วยกรอบด้านในเล็ก ๆ สองอัน หลังจากการรวมกันของสองเฟรมด้านในที่ได้รับการพันแล้วจึงกรีดกรอบด้านนอกที่ใหญ่กว่าในองค์ประกอบภายนอก คอลัมน์หลักสามคอลัมน์ของแกนแผลแบนจะถูกจัดเรียง ในเครื่องบิน

ข้อบกพร่องของโครงสร้างแกนกลางแผลแบน

เช่นเดียวกับแกนแผลแบนและแกนเคลือบ คอลัมน์สามแกนถูกจัดเรียงในระนาบ ดังนั้นความยาวของวงจรแม่เหล็กของคอลัมน์สามแกนจึงไม่สอดคล้องกัน: ความยาววงจรแม่เหล็กของคอลัมน์กลางสั้น วงจรแม่เหล็ก ความยาวของคอลัมน์ด้านข้างทั้งสองยาวขึ้น และความยาววงจรแม่เหล็กเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 20% ส่งผลให้การสูญเสียที่ไม่มีโหลดของคอลัมน์หลักทั้งสามคอลัมน์ การสูญเสียที่ไม่มีการโหลดของคอลัมน์กลางอยู่ในระดับต่ำ และ การสูญเสียที่ไม่มีการโหลดของ เสาสองข้างมีขนาดใหญ่ ส่งผลให้ไฟสามเฟสไม่สมดุล

 

 

2.2 แกนเฟสเดียวและสามเฟส

แกนเฟสเดียวมีแกนเคลือบสองคอลัมน์เดียว มีแกนสี่คอลัมน์แบบเสาเดียวแบบเฟสเดียวแบบคอลัมน์เดียวแบบเฟสเดียวแกนเคลือบแบบสองคอลัมน์แบบเฟสเดียวและแกนเคลือบแบบเรืองแสงแบบเฟสเดียว แกนสามเฟสมีสี่ประเภท: แกนเคลือบคอลัมน์สามเฟส, แกนห้าคอลัมน์แอกด้านข้างสามเฟส, แกนเคลือบลามิเนตสองเฟรมสามเฟส และแกนเคลือบเครื่องปฏิกรณ์สามเฟส

แกนเหล็กประกอบด้วยสองส่วน: เสาแกนเหล็กและแอกเหล็ก คอลัมน์แกนกลางถูกปกคลุมไปด้วยขดลวด และแอกเหล็กจะเชื่อมต่อคอลัมน์แกนกลางเพื่อสร้างวงจรแม่เหล็กแบบปิด แผนผังหลักของหม้อแปลงแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 1a เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว รูปที่ 1b เป็นหม้อแปลงไฟฟ้า 3 เฟส โครงสร้างแกนกลางสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน C เป็นส่วนหนึ่งของขดลวดเรียกว่า คอลัมน์หลัก Y ใช้เพื่อปิดส่วนของวงจรแม่เหล็กที่เรียกว่าแอก หม้อแปลงเฟสเดียวมีสองคอลัมน์หลัก และหม้อแปลงสามเฟสมีคอลัมน์หลักสามคอลัมน์

 

 

เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กในแกนหม้อแปลงเป็นฟลักซ์แม่เหล็กสลับ เพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลวน แกนหม้อแปลงโดยทั่วไปจึงทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนที่มีความต้านทานสูงเป็นเศษเหล็กขนาดหนึ่ง แผ่นเหล็กซิลิกอนประกอบด้วย แกนเหล็กถูกตัดเป็นรูปร่างและขนาดที่ต้องการ จากนั้นนำแผ่นเจาะมารวมกันในลักษณะที่ทับซ้อนกัน รูปที่ 2a แสดงแกนเหล็กของหม้อแปลงเฟสเดียว แต่ละชั้นประกอบด้วยชิ้นเจาะ 4 ชิ้น รูปที่ 2b แสดงแกนเหล็กของหม้อแปลงสามเฟส แต่ละชั้นประกอบด้วย 6 ชิ้น และการรวมกันของสองชั้นของชิปแต่ละชั้นจะใช้การจัดเรียงที่แตกต่างกันเพื่อสับเปลี่ยนข้อต่อของแต่ละชั้นของวงจรแม่เหล็ก วิธีการประกอบนี้เรียกว่าการประกอบแบบทับซ้อนกัน และการประกอบนี้สามารถหลีกเลี่ยงกระแสไหลวนระหว่างแผ่นเหล็กและแผ่นเหล็กได้ และเนื่องจากการเจาะแต่ละชั้นมีการพันกัน จึงสามารถใช้ตัวยึดน้อยลงเพื่อทำให้โครงสร้างเรียบง่ายเมื่อกดแกนเหล็ก ในระหว่างการประกอบ แผ่นเจาะจะถูกวางซ้อนกันเป็นแกนเหล็กทั้งหมด จากนั้นจึงยึดแอกเหล็กด้านล่างไว้ แผ่นเจาะแอกเหล็กด้านบนจะถูกถอดออกเพื่อให้เห็นคอลัมน์หลัก ขดลวดสำเร็จรูปจะถูกวางไว้บนคอลัมน์หลัก และ ในที่สุดก็ใส่แผ่นเจาะแอกเหล็กด้านบนที่แยกออกมาแล้ว

 

 

2.3 เปลือกและแกนกลาง

ส่วนของขดลวดที่หุ้มในแกนเหล็กเรียกว่า "คอลัมน์หลัก" และส่วนของขดลวดที่ไม่หุ้มซึ่งทำหน้าที่เฉพาะในวงจรแม่เหล็กเรียกว่า "แอกเหล็ก" ในกรณีที่แกนเหล็กล้อมรอบขดลวด เรียกว่าแบบเปลือก โดยที่ขดลวดล้อมรอบเสาหลักเรียกว่าประเภทแกน ประเภทเปลือกและประเภทแกนมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง แต่กระบวนการผลิตหม้อแปลงที่กำหนดโดยแกนเหล็กนั้นแตกต่างกันมาก และเป็นการยากที่จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างเมื่อเลือกโครงสร้างบางอย่างแล้ว แกนหม้อแปลงส่วนใหญ่ในประเทศของเราใช้ประเภทแกนแบบเรียงซ้อน

ตามการจัดวางขดลวดในแกนเหล็ก หม้อแปลงไฟฟ้าจะแบ่งออกเป็นประเภทแกนและประเภทเปลือก ความแตกต่างส่วนใหญ่อยู่ที่การกระจายตัวของวงจรแม่เหล็ก แอกของแกนหม้อแปลงเปลือกล้อมรอบขดลวด แกนหม้อแปลงหลักส่วนใหญ่จะอยู่ในขดลวด เพียงส่วนหนึ่งของแอกเหล็กที่อยู่นอกขดลวดซึ่งใช้ในการสร้างแม่เหล็ก วงจร

 

 

 

เมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าทำงานตามปกติ แกนเหล็กจะเกิดความร้อนเนื่องจากมีการสูญเสียธาตุเหล็ก และยิ่งน้ำหนักและปริมาตรของแกนเหล็กมากขึ้นก็จะเกิดความร้อนมากขึ้น อุณหภูมิน้ำมันหม้อแปลงที่สูงกว่า 95 องศานั้นง่ายต่อการมีอายุ ดังนั้น ควรควบคุมอุณหภูมิของพื้นผิวแกนให้ต่ำกว่าอุณหภูมินี้ให้มากที่สุด ซึ่งต้องใช้โครงสร้างการกระจายความร้อนของแกนเพื่อกระจายความร้อนของแกนอย่างรวดเร็ว โครงสร้างการกระจายความร้อนส่วนใหญ่เพื่อเพิ่มพื้นผิวการกระจายความร้อนของแกนเหล็ก การกระจายความร้อนของแกนเหล็กส่วนใหญ่รวมถึงการกระจายความร้อนของช่องน้ำมันแกนเหล็กและการกระจายความร้อนของทางเดินหายใจแกนเหล็ก

 

ในหม้อแปลงจุ่มน้ำมันที่มีความจุสูง ช่องน้ำมันมักถูกจัดเรียงระหว่างลามิเนตของแกนเหล็กเพื่อเพิ่มผลการกระจายความร้อน ถังน้ำมันแบ่งออกเป็น 2 แบบ แบบแรกขนานกับแผ่นเหล็กซิลิกอน และอีกแบบตั้งฉากกับแผ่นเหล็ก ดังแสดงในรูปที่ 4 การจัดเรียงแบบหลังมีผลการกระจายความร้อนได้ดีกว่า แต่โครงสร้างมีความซับซ้อนมากกว่า

 

ในแกนหม้อแปลงแห้งจะมีการระบายความร้อนด้วยอากาศ เพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิแกนไม่เกินค่าที่อนุญาต ซึ่งมักจะติดตั้งในคอลัมน์หลักและท่ออากาศแอกเหล็ก

 

 

 

หม้อแปลงไฟฟ้าจะทำให้เกิดเสียงรบกวนระหว่างการทำงาน แหล่งที่มาของเสียงของตัวหม้อแปลงไฟฟ้าคือแม่เหล็กของแผ่นเหล็กซิลิกอนของแกนเหล็ก หรือเสียงของแกนหม้อแปลงนั้นมีสาเหตุมาจากสนามแม่เหล็ก สิ่งที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กหมายถึงการเพิ่มขนาดของแผ่นเหล็กซิลิกอนตามทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเมื่อแกนเหล็กตื่นเต้น ขนาดของแผ่นเหล็กซิลิกอนจะลดลงในทิศทางที่ตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้เรียกว่าสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ โครงสร้างและขนาดทางเรขาคณิตของแกนเหล็ก กระบวนการแปรรูปและการผลิตแกนเหล็กจะมีผลกระทบต่อระดับเสียงในระดับหนึ่ง

 

ระดับเสียงของแกนเหล็กสามารถลดลงได้โดยมาตรการทางเทคนิคต่อไปนี้: (1) การใช้แผ่นเหล็กซิลิกอนคุณภาพสูงที่มีค่าอัตราส่วนสนามแม่เหล็กเล็ก ๆ ε (2) ลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กของแกนกลาง (3) ปรับปรุงโครงสร้างของแกนเหล็ก (4) เลือกขนาดแกนที่เหมาะสม (5) นำเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงมาใช้

 

 

ในการทำงานปกติของหม้อแปลงไฟฟ้า สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดที่มีประจุและลวดตะกั่วและถังน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ และแกนเหล็กและชิ้นส่วนโลหะอยู่ในสนามไฟฟ้า เนื่องจากศักยภาพของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตแตกต่างกัน ศักยภาพการแขวนลอยของแกนเหล็กและชิ้นส่วนโลหะจึงไม่เท่ากัน และเมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดสามารถทำลายฉนวนระหว่างจุดทั้งสองได้ จะเกิดการปล่อยประกายไฟขึ้น การปล่อยประจุนี้สามารถสลายน้ำมันของหม้อแปลงและทำให้ฉนวนแข็งเสียหายได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ทั้งแกนและส่วนประกอบที่เป็นโลหะจะต้องต่อสายดินอย่างน่าเชื่อถือ

 

แกนจะต้องต่อสายดินเล็กน้อย เมื่อแกนเหล็กหรือส่วนประกอบโลหะอื่นๆ ต่อสายดินที่จุดสองจุดขึ้นไป จะเกิดวงปิดระหว่างจุดกราวด์ ทำให้เกิดการไหลเวียน บางครั้งกระแสไฟฟ้าอาจสูงถึงหลายสิบแอมป์ จะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น ซึ่งนำไปสู่ การสลายตัวของน้ำมันอาจทำให้ฟิวส์แถบกราวด์เผาแกนซึ่งไม่ได้รับอนุญาต ดังนั้นแกนจึงต้องต่อสายดินและต้องต่อสายดินเล็กน้อย

 

 

การเกิดขึ้นของแกนเหล็กนาโนคริสตัลไลน์และอสัณฐานทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับหม้อแปลงความถี่ปานกลางและสูง ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรม ความถี่การทำงานของแหล่งจ่ายไฟได้เพิ่มขึ้นเป็น 20kHz และกำลังเอาต์พุตเกิน 30kW วัสดุหลักแบบดั้งเดิมเช่นแผ่นเหล็กซิลิกอนมีการสูญเสียมากและไม่สามารถตอบสนองความต้องการใหม่ของแหล่งจ่ายไฟได้

 

แกนนาโนคริสตัลไลน์ที่ใช้อสัณฐานและเหล็กมีลักษณะของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่มีความอิ่มตัวสูง การซึมผ่านสูง การสูญเสียต่ำ ความเสถียรของอุณหภูมิที่ดี การปกป้องสิ่งแวดล้อม ฯลฯ และมีมูลค่าการใช้งานที่สำคัญในหม้อแปลงความถี่สูงกำลังสูง

 

 

 

6.1 แกนนาโนคริสตัลไลน์

วัสดุนาโนคริสตัลไลน์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็ก โครเมียม ทองแดง ซิลิคอน โบรอน และองค์ประกอบอื่นๆ และส่วนประกอบโลหะผสมเฉพาะเหล่านี้ถูกทำให้เป็นสถานะอสัณฐานโดยเทคโนโลยีการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงอบชุบด้วยความร้อนเพื่อสร้างเม็ดขนาดนาโน

แกนนาโนคริสตัลไลน์มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีเยี่ยมและมีความคงตัวของอุณหภูมิ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเปลี่ยนเฟอร์ไรต์ในหม้อแปลงที่มีความถี่ต่ำกว่าช่วงความถี่ 20kHz ถึง 50kHz

วัสดุนาโนคริสตัลไลน์มีความต้านทาน 90 μ Ω.cm (หลังการบำบัดความร้อน) และด้วยโครงสร้างนาโน จึงสามารถรวมข้อดีของเหล็กซิลิคอน เปอร์มัลลอย และเฟอร์ไรต์เข้าด้วยกันได้

 

 

 

ความหนาของวัสดุแม่เหล็กอ่อนนาโนคริสตัลไลน์เหล็กทั่วไปคือประมาณ 30μm เนื่องจากความเปราะบางและความไวต่อความเครียด คุณสมบัติของแม่เหล็กจะลดลงอย่างมากเมื่อถูกแรงภายนอกระหว่างการประมวลผลและการใช้งาน ดังนั้นแกนนาโนคริสตัลจึงมักถูกสร้างเป็นรูปวงแหวนหรือรูปเกือกม้าและวางไว้ในเกราะป้องกัน วัสดุเปลือกป้องกันจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของแกนนาโนคริสตัลไลน์

แกนนาโนคริสตัลไลน์ใหม่ถูกนำไปใช้กับหม้อแปลง ความหนาของวัสดุนาโนคริสตัลไลน์อยู่ที่เพียง 24μm และแกนที่บ่มหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนมีข้อได้เปรียบที่สำคัญกว่าแกนหม้อแปลงแบบเดิม:

แกนนาโนคริสตัลไลน์ใหม่เคลือบด้วยฟิล์มฉนวนซึ่งมีความแข็งแรงตามต้องการสำหรับการพันขดลวด และสามารถพันเข้ากับหม้อแปลงได้โดยตรง

แกนนาโนคริสตัลไลน์ที่บ่มแล้วช่วยขจัดเคสป้องกัน ทำให้มีพื้นที่ในการกระจายความร้อนมากขึ้น และปรับปรุงความปลอดภัยในการปฏิบัติงานของหม้อแปลงไฟฟ้า

การออกแบบนี้ช่วยลดอิทธิพลของวัสดุเปลือกป้องกันบนแกนนาโนคริสตัลไลน์ และช่วยประหยัดเวลาในการออกแบบโครงสร้างและขึ้นรูปของเปลือกป้องกัน

การออกแบบแกนนาโนคริสตัลไลน์มีความยืดหยุ่นมากขึ้น โดยนำเสนอรูปทรงที่หลากหลาย เช่น แหวน แกนสี่เหลี่ยม และแกนรูปตัว C ทำให้มีตัวเลือกมากขึ้นสำหรับการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าและกระบวนการม้วนที่ตามมา

 

6.2 แกนแม่เหล็กอสัณฐาน

วัสดุอสัณฐานผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการชุบแข็งที่รวดเร็วเป็นพิเศษด้วยอัตราการทำความเย็นประมาณหนึ่งล้านองศาต่อวินาที เทคโนโลยีนี้จะทำให้เหล็กหลอมเหลวแข็งตัวในการชุบแข็งเพียงครั้งเดียวจนกลายเป็นแถบโลหะผสมที่มีความหนา 30 ไมครอน เนื่องจากอัตราการเย็นตัวที่รวดเร็ว โลหะจึงไม่มีเวลาตกผลึก ส่งผลให้ไม่มีเกรนหรือขอบเขตเกรนในโลหะผสม ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโลหะผสมที่เรียกว่าอสัณฐาน

โลหะอสัณฐานมีโครงสร้างจุลภาคที่เป็นเอกลักษณ์ที่แตกต่างจากโลหะทั่วไป และองค์ประกอบและโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบทำให้มีคุณสมบัติพิเศษมากมาย เช่น ความเป็นแม่เหล็กที่ดีเยี่ยม ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ ความแข็งแรงสูง ความแข็ง ความเหนียว ความต้านทานสูง ค่าสัมประสิทธิ์คัปปลิ้งระบบเครื่องกลไฟฟ้าสูง ฯลฯ

 

 

 

ส่วนประกอบหลักของแกนอสัณฐานที่มีธาตุเหล็ก ได้แก่ เหล็ก ซิลิคอน และโบรอน ซึ่งมีปริมาณซิลิกอนสูงถึง 5.3% และโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของสถานะอสัณฐาน มีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ที่ 130 μΩ.cm ซึ่งเป็นสองเท่าของ ของแผ่นเหล็กซิลิกอน (47 μΩ.cm)

ความหนาของวัสดุอสัณฐานที่มีเฟอร์โรเป็นส่วนประกอบหลักที่ใช้ในแกนอสัณฐานนั้นอยู่ที่ประมาณ 30 นาโนเมตร ซึ่งบางกว่าความหนาของแผ่นเหล็กซิลิกอนมาก ดังนั้นการสูญเสียกระแสไหลวนจึงมีน้อยที่การทำงานความถี่สูง ในช่วงความถี่ 400Hz~10kHz การสูญเสียเพียง 1/3~1/7 ของแผ่นเหล็กซิลิกอน ในเวลาเดียวกัน การซึมผ่านของแกนเหล็กอสัณฐานที่เป็นเหล็กนั้นสูงกว่าแกนเหล็กแบบดั้งเดิมมาก

เนื่องจากข้อดีเหล่านี้ แกนอสัณฐานจึงสามารถลดน้ำหนักของหม้อแปลงได้มากกว่า 50% และอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 50%

หลังจากหลายปีของการพัฒนา แกนเหล็กอสัณฐานและนาโนคริสตัลไลน์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหม้อแปลงความถี่สูง หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง อุปกรณ์ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการใช้งานอื่น ๆ