변압기 코어 재료 및 설계 세부 사항
코어는 기본적으로 모든 전력 변압기의 심장입니다. - 이는 다른 모든 것이 의존하는 자기 회로입니다. 선택한 재료와 디자인 방법은 무부하 손실,{2}}전체 효율성, 소음, 크기는 물론 비용에도 큰 영향을 미칩니다.
공통핵심재료
오늘날 대부분의 변압기 코어는 전통적인 결정질 재료와 새로운 에너지 절약-비정질 또는 나노결정질 재료라는 두 가지 큰 범주로 분류됩니다. 선택은 일반적으로 포화 자속 밀도, 코어 손실, 제조 용이성 및 가격의 균형을 맞추는 것입니다.
실리콘강(방향성-방향성 전기강판)이는 여전히 가장 널리 사용되는 옵션입니다. - 시장의 약 90%를 차지합니다. 기본적으로 약간의 실리콘(보통 약 3~4.5%)이 포함된 철이며 표준 50/60Hz 변압기의 경우 일반적으로 두께가 0.23~0.35mm인 얇은 시트로 감겨 있습니다.
무엇이 좋은가요? 포화점(약 1.9~2.0T)이 높고, 상대적으로 저렴하고, 펀칭 및 쌓기가 쉽고, 기계적으로 잘 견딥니다. 단점은 특히 무부하 조건에서 새로운 재료에 비해 코어 손실이 더 높다는 것입니다.{3}}주파수를 높이면 손실이 급증합니다.
비정질 합금(금속 유리)이는 매우 빠르게 냉각되어 비정질 유리-구조를 생성하는 철-기반 합금으로 만들어집니다. 리본은 매우 얇습니다(- 20~35마이크로미터).
가장 큰 장점은 무부하 손실이-극히 낮고, - 실리콘강보다 60~80% 더 적으며, 여자 전류는 훨씬 낮다는 것입니다. 또한 환경 친화적이며 생산 중에 재료 낭비가 적습니다. 반면에 포화 자속 밀도는 더 낮으므로(약 1.5~1.6T) 약간 더 큰 코어가 필요합니다. 또한 부서지기 쉽고 기계적 응력에 민감하며 초기 비용이 조금 더 비쌉니다. 그럼에도 불구하고 부하가 낮거나 가변적인 배전 변압기(시골 그리드 또는 재생 가능 에너지 설정을 생각해 보십시오)의 경우 일반적으로 에너지 절약으로 인해 시간이 지남에 따라 추가 비용이 회수됩니다.
나노결정질 합금이는 고성능-옵션입니다. 비정질 물질로 시작한 다음 이를 조심스럽게 어닐링하여 비정질 상과 혼합된 작은 나노크기 결정을 생성합니다.
이는 매우 낮은 손실(특히 더 높은 주파수에서), 높은 투자율 및 적절한 포화라는 두 가지 장점을 모두 제공합니다. 유일한 단점은 비용이 더 높고 제조 공정이 더 까다롭다는 것입니다. 이러한 제품은 주로 고주파-주파수 스위치-모드 공급 장치, 중-주파수 변압기 또는 최첨단-무접점-상태 변압기에서 볼 수 있습니다.
핵심 디자인 기초
코어를 설계할 때 엔지니어는 주로 손실, 에어 갭 및 소음을 최대한 낮게 유지하면서 가장 효율적인 자기 경로를 생성하려고 노력합니다.
이를 구축하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
적층(스택) 코어– 고전적인 접근 방식. 얇은 시트는 종종 E-I 또는 계단 모양으로 함께 쌓여 있습니다. 시트 사이의 절연은 와전류를 줄이는 데 도움이 되지만 접합부는 필연적으로 작은 공극을 생성합니다.
상처 코어– 비정질 리본에서 매우 일반적입니다. 재료는 환상형 또는 3차원 형태로 연속적으로 감겨 있습니다.- 이는 더 적은 간격으로 더 부드러운 자기 경로를 제공하므로 손실이 더 적고 대칭성이 향상되며 작동이 더 조용해집니다.
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정말 중요한 몇 가지 주요 디자인 세부 사항은 다음과 같습니다.
스태킹 팩터: 코어의 기하학적 면적 중 실제로 유용한 철이 얼마나 되는지 알려줍니다. 좋은 디자인은 0.93~0.98을 목표로 합니다. 여기에서는 작은 개선이라도 손실을 눈에 띄게 줄일 수 있습니다.
공동 디자인: 조인트를 겹치거나 마이터하는 방법(스텝-랩 또는 45도 마이터 조인트가 인기 있음)은 표류 플럭스와 국지적 과열을 줄이는 데 큰 차이를 만듭니다. 더 나은 조인트는 소음을 줄이는 데에도 도움이 됩니다.
에어 갭 제어: 작은 틈이라도 자화 전류와 손실을 증가시키므로 제조업체는 특히 기계적 응력을 좋아하지 않는 부서지기 쉬운 비정질 재료의 경우 이를 최소화하기 위해 많은 노력을 기울입니다-.
중요한 다른 사항으로는 올바른 작동 자속 밀도(보통 1.5~1.7T) 선택, 내부 응력 완화를 위한 적절한 어닐링, 모든 것을 안정적이고 조용하게 유지하기 위한 주의 깊은 기계적 클램핑 등이 있습니다.
현재 에너지 효율성 규정과 탄소 감소 목표로 인해 더 많은 제조업체가 비정질 및 권선형 코어 설계를 지향하고 있습니다.- 실리콘강도 점점 더 좋아지고 있으며, 더 얇고 낮은{2}}손실 등급이 계속해서 나오고 있습니다.
