Толщина пластин сердечника ЭИ-трансформатора: как выбрать правильное значение в мм

Толщина пластин сердечника трансформатора EI: нужные вам цифры

Если вы определяете, ремонтируете или модернизируете трансформатор EI, первым основным вопросом обычно является: насколько толщина каждой пластины? Для трансформатора сетевой частоты практический ответ таков: 0,35 мм или 0,50 мм . Большинство стандартных размеров ламината E-I, примерно от EI-28 до EI-96, штампуются из неориентированной кремниевой стали толщиной 0,50 мм, а толщина 0,35 мм выбирается, когда конструкция должна уменьшить потери на холостом ходу, снизить повышение температуры или уменьшить слышимый шум. В ответах в учебниках в качестве общего диапазона часто указывается 0,25–0,5 мм; Однако коммерческие штамповки EI сходятся на 0,35 и 0,50 мм, поскольку инструменты и марки стали стандартизированы.

Одна точка вызывает больше ошибок спецификации, чем любая другая: Толщина ламината — это толщина одного стального листа, а не ширина сложенного сердечника. . Например, сердечник толщиной 40 мм содержит 80 листов стали толщиной 0,50 мм или около 114 листов стали толщиной 0,35 мм. Смешение этих двух значений является наиболее распространенной ошибкой при упорядочивании ядра EI.

Стандартные трансформаторы 50/60 Гц: 0,35–0,50 мм.
Аэрокосмическое и промышленное оборудование 400 Гц: 0,10–0,20 мм.
Инверторные трансформаторы 1–5 кГц: 0,05–0,10 мм.
Выше 10 кГц: ферритовые или аморфные сердечники, нештампованные пластины.

Почему толщина ламината напрямую контролирует потери в сердечнике

Пластины существуют для ограничения вихревых токов. Переменный поток индуцирует циркулирующие токи внутри стали; твердый железный блок будет нести огромные вихревые токи и перегреться в течение нескольких минут. Разрезание сердечника на изолированные листы ограничивает эти токи объемом каждого тонкого листа.

P _e = К _e × f² × B² × t²

В этом выражении потерь на вихревые токи t - толщина ламината, f - частота, B - пиковая плотность потока и K _e является материальной константой. Наибольшее значение имеет термин t²: удвоение толщины увеличивает составляющую вихревых токов примерно в четыре раза, а уменьшение вдвое уменьшает эту составляющую до одной четверти. Потери на гистерезис, напротив, зависят от материала и плотности магнитного потока, а не от толщины ламината, поэтому общее улучшение потерь в сердечнике из более тонкой стали всегда меньше, чем уменьшение только вихревых токов.

Относительные потери на вихревые токи в зависимости от толщины ламината (0,35 мм = 100)

33

0,20 мм

100

0,35 мм

204

0,50 мм

345

0,65 мм

Потери на вихревые токи масштабируются в зависимости от площади толщины пластины; значения являются относительными показателями, а не абсолютными ваттами.

В типичном EI-сердечнике диаметром 0,50 мм при частоте 50 Гц потери холостого хода примерно делятся на 55 % гистерезиса, 40 % вихревых токов и 5 % паразитных потерь:

Гистерезис 55%
Вихревой ток 40%
Бродячие 5%

Примерное распределение потерь для сердечника М-45 толщиной 0,50 мм при частоте 50 Гц и примерно 1,5 Тл; доля вихря снижается при использовании более тонкой стали.

Переход от 0,50 мм к 0,35 мм обычно сокращает долю вихревых токов вдвое, поэтому сердечник диаметром 0,35 мм работает заметно холоднее и потребляет меньше тока холостого хода. Наказанием является более высокая стоимость материала и необходимость укладки немного большего количества листов на одну и ту же площадь сердцевины.

Типичная толщина ламината по частоте, размеру и марке материала

Частота — это первый фильтр при выборе толщины; сорт материала второй. В трансформаторах EI обычно используется неориентированная кремниевая сталь, поскольку форма EI имеет углы, в которых ориентацию зерен невозможно полностью использовать. Распространенными обозначениями AISI являются М-45, М-22 и М-19, а эквивалентные марки существуют в соответствии с IEC и большинством национальных стандартов.

Частота, а не размер сердцевины, является основным фактором, определяющим толщину ламината.
Приложение	Типичная толщина	Типичный материал
Сетевые трансформаторы 50–60 Гц	0,35–0,50 мм	М-45, М-22, М-19 (неориентированные)
Аэрокосмическое и промышленное оборудование 400 Гц	0,10–0,20 мм	Тонкая неориентированная или текстурированная полоса
Инверторные трансформаторы 1–5 кГц	0,05–0,10 мм	Никель-железо или тонкая кремниевая полоска
Выше 10 кГц	Ферритовый сердечник (не применимо)	Mn-Zn феррит

Обозначения электротехнической стали AISI; Эквиваленты IEC обычно доступны.
Оценка	Общая толщина	Типичная роль
M-45	0,50 мм	Силовые трансформаторы общего назначения с ЭУ, экономичные конструкции
M-22	0,50 мм	Промышленные регулирующие и изолирующие трансформаторы с умеренными пределами потерь
M-19	0,35 мм	Высокоэффективные медицинские и аудиоэлектрические трансформаторы
М-19 или лучше	0,27–0,30 мм	Премиальные конструкции с низкими потерями, где допустимы дополнительные затраты

Относительный общий индекс потерь сердечника для обеих толщин; разрыв увеличивается с частотой, потому что член вихревых токов масштабируется с f².

Как выбрать правильную толщину ламината

Выбирайте, руководствуясь цифрами, а не привычкой. Большинство дизайнеров прорабатывают семь пунктов, прежде чем приступить к основной спецификации:

Подтвердите рабочую частоту и любые требования по снижению номинальных характеристик в диапазоне от 50 до 60 Гц.
Установите потолок потерь на холостом ходу в соответствии со спецификацией заказчика, классом эффективности или пределом повышения температуры.
Оцените потери в сердечнике при запланированной плотности потока, обычно 1,5–1,7 Тл для сердечника с ЭУ 50 Гц.
Сравните кривые потерь 0,50 мм и 0,35 мм для одной и той же марки кремнистой стали.
Проверьте коэффициент укладки: около 0,95–0,97 для 0,50 мм и немного меньше для 0,35 мм, поскольку изоляционное покрытие занимает большую долю каждого листа.
Подтвердите стоимость: более тонкая сталь стоит дороже за килограмм, и для достижения той же площади железа требуется больше листов.
Перед утверждением создайте прототип и проверьте ток холостого хода, повышение температуры и звуковой шум.

Если окно сердечника уже зафиксировано и трансформатор нагревается, то 0,35 мм будет практичным улучшением, поскольку оно снижает долю потерь на вихревые токи. Если конструкция ориентирована на экономичность и повышение температуры приемлемо, то значение 0,50 мм остается более разумным значением по умолчанию для работы с частотой 50/60 Гц.

Один скрытый риск заслуживает внимания: очень тонкие листы сложнее штамповать чисто, а заусенцы на перфорированных кромках закорачивают соседние пластины. . Укажите ограничение высоты заусенцев в договоре купли-продажи, иначе дополнительные затраты на тонкую сталь могут быть потеряны из-за короткого замыкания кромки.

Что следует проверить при покупке пластин или готовых трансформаторов EI?

Толщина в даташите не всегда соответствует толщине в коробке. При выборе поставщика наибольшее значение имеют три измерения: толщина листа, высота заусенцев и коэффициент штабелирования. Измерьте толщину листа микрометром в трех или более точках и сравните среднее значение и разброс с допуском ±0,03 мм, типичным для промышленной электротехнической стали. Высота заусенцев на перфорированных кромках должна оставаться на уровне 0,05 мм или ниже, в идеале 0,03 мм для стали толщиной 0,35 мм. Коэффициент штабелирования представляет собой измеренную высоту стопки, деленную на произведение количества листов и номинальной толщины листа; ожидайте не менее 0,95 для лакированных пластин толщиной 0,50 мм.

Эти приемочные проверки выявляют большинство основных ошибок спецификации перед дорогостоящей доработкой.
Параметр	Типичная приемка	Почему это важно
Толщина листа	Номинальный ± 0,03 мм	Потери на вихревые токи зависят от t², поэтому сдвиг допуска напрямую меняет кривую потерь.
Высота заусенца	≤ 0,05 мм (идеально 0,03 мм)	Заусенцы замыкают соседние пластины, повышая ток холостого хода и создавая точки перегрева.
Фактор суммирования	≥ 0,95 для 0,50 мм	Более низкий коэффициент требует более высокой высоты штабеля и более высокой стоимости меди для той же площади железа.
Межламинарное покрытие	C-2, C-3 или отожженное покрытие	Целостность покрытия — вот что заставляет тонкие листы вести себя как отдельные магнитные цепи.
Потери холостого хода при номинальном В/Гц	В пределах ±10% от заявленного значения	Подтверждает, что поставленная марка и толщина соответствуют проекту.

Производитель, имеющий линейку трансформаторов EI, обычно подтверждает эту проверку производственными данными. Команда Нинбо Чуанбяо, представленная на страница О компании , в качестве своей специализации указывает трансформаторы EI и заявляет, что каждый трансформатор перед поставкой проходит полное электрическое испытание. Если для вашего проекта требуется нестандартный размер EI или определенная марка кремниевой стали, укажите толщину ламината, предел потерь и условия испытаний в запрос на настройку поэтому фабрика измеряет именно то, что вы будете измерять.

Толщина ламината EI Core: распространенные вопросы, прямые ответы

Всегда ли 0,35 мм лучше, чем 0,50 мм?

Нет. При 50/60 Гц толщина 0,35 мм снижает вихревую составляющую потерь в сердечнике примерно вдвое по сравнению с толщиной 0,50 мм той же марки, но сталь стоит дороже, и стопке требуется больше листов. Для небольших трансформаторов с комфортным температурным запасом толщина 0,50 мм является экономичным и проверенным выбором. Выбирайте 0,35 мм, если спецификация устанавливает предел потерь на холостом ходу, целевой показатель низкого повышения температуры или режим непрерывной работы.

Устранит ли перегрев переключение горячего трансформатора с 0,50 мм на 0,35 мм?

Возможно, но это не своп. Более тонкие пластины уменьшают потери в сердечнике, связанные с вихревыми токами, поэтому температура сердечника падает, а ток холостого хода падает. Количество листов меняется для одной и той же площади сердцевины, а новые значения тока холостого хода, повышения температуры и звукового шума необходимо повторно проверять на прототипе перед началом производства.

Какой толщины следует использовать ЭУ-трансформатор 400 Гц?

Около 0,10–0,20 мм. Поскольку потери на вихревые токи зависят от f², сердечник, изготовленный из стали толщиной 0,50 мм, быстро перегреется при частоте 400 Гц. Переход к значению 0,20 мм снижает составляющую вихревого тока примерно до 16% от значения 0,50 мм при той же плотности потока.

Можно ли измерить толщину ламината, не разбирая готовый трансформатор?

Только приблизительно. На внутреннем крае видны линии листа, но внешний лист обычно покрыт краской или лаком, поэтому при чтении учитывается покрытие. Для приемочных испытаний используйте запасную пластину или необработанный сердечник, снимайте показания в нескольких точках микрометром и усредняйте их, вместо того чтобы доверять одному измерению.

Итог: для большинства трансформаторов с ЭУ 50/60 Гц 0,50 мм — это экономически эффективное значение по умолчанию, а 0,35 мм — это модернизация с меньшими потерями. Укажите в запросе толщину ламината, марку стали, предел заусенцев и испытание на потери при холостом ходу, а также просмотрите домашняя страница компании для получения дополнительной информации об ассортименте продукции, прежде чем вы решите обратиться к поставщику.