トランスコアの材質と設計の詳細

コアは基本的に電源トランスの心臓部です - 他のすべてが依存する磁気回路です。選択する材料とその設計方法は、無負荷損失、全体的な効率、騒音、サイズ、そしてもちろんコストに大きな影響を与えます。{2}}

現在、ほとんどの変圧器コアは 2 つの大きなカテゴリに分類されます。1 つは従来の結晶材料、もう 1 つは新しいエネルギー節約型のアモルファスまたはナノ結晶材料です。{0}通常、選択は飽和磁束密度、鉄損、製造の容易さ、および価格のバランスによって決まります。

ケイ素鋼（方向性電磁鋼板）-これは今でも最も広く使用されているオプションです - 市場の約 90% を占めています。これは基本的に鉄に少量のシリコン (通常約 3 ～ 4.5%) を加え、薄いシート状に丸めたもので、標準的な 50/60 Hz 変圧器の場合は通常 0.23 ～ 0.35 mm の厚さになります。

何がすごいの？飽和点が高く (約 1.9 ～ 2.0 T)、比較的安価で、打ち抜きや積み重ねが容易で、機械的にも十分に耐えられます。欠点は、特に無負荷条件下で、新しい材料と比較してコア損失が高く、周波数を高くすると損失が急増することです。-

アモルファス合金（金属ガラス）これらは鉄-ベースの合金で作られており、非常に急速に冷却され、非結晶性のガラス-のような構造を形成します。-リボンは非常に薄い - で、わずか 20 ～ 35 マイクロメートルです。

大きな利点は、無負荷損失が劇的に低いことです。- (多くの場合、ケイ素鋼 - よりも 60 ～ 80% 低い)、励磁電流がはるかに低いです。また、環境にも優しく、製造時の材料の無駄も少なくなります。逆に、飽和磁束密度は低いため (約 1.5 ～ 1.6 T)、少し大きなコアが必要になります。また、脆くて機械的ストレスに敏感で、初期費用が少し高くなります。それでも、低負荷または変動負荷の配電変圧器 (田舎の送電網や再生可能エネルギーの設備を考えてください) の場合、通常、エネルギー節約により、時間の経過とともに余分なコストが回収されます。

ナノ結晶合金これは高パフォーマンスのオプションです。-アモルファス材料から始めて、それを慎重にアニールして、アモルファス相と混合された小さなナノスケール結晶を作成します。

非常に低い損失 (特に高周波数で)、高い透磁率、適切な飽和という、両方の長所を実現します。唯一の本当の欠点は、コストが高く、より要求の厳しい製造プロセスです。これらは主に、高周波スイッチ-モード電源、中周波-変圧器、または最先端のソリッドステート変圧器-で見られます。{6}}

コアを設計するとき、エンジニアは主に、損失、エアギャップ、ノイズをできる限り低く抑えながら、可能な限り最も効率的な磁路を作成しようとします。

構築するには主に 2 つの方法があります。

積層（積層）コア– 古典的なアプローチ。薄いシートは、多くの場合 E-I または階段状に積み重ねられます。シート間の絶縁は渦電流を減らすのに役立ちますが、接合部には必然的に小さな空隙が生じます。

巻線コア– アモルファスリボンで非常に一般的です。材料はトロイダル形状または三次元形状に連続的に巻かれます。-これにより、ギャップが少なく、よりスムーズな磁路が得られ、損失が減少し、対称性が向上し、動作音が静かになります。

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本当に重要ないくつかの重要な設計の詳細:

スタッキングファクター: これは、コアの幾何学的な領域のどれだけが実際に有用な鉄であるかを示します。良い設計は 0.93 ～ 0.98 を目指します。ここでの小さな改善でも、損失を大幅に減らすことができます。

ジョイントデザイン: ジョイントをどのようにオーバーラップまたは留め継ぎするか (ステップ ラップまたは 45 度留め継ぎジョイントが一般的です) は、漂遊磁束と局所的な過熱の低減に大きな違いをもたらします。より良い接合部は騒音の低減にも役立ちます。

エアギャップ制御: たとえ小さなギャップでも磁化電流と損失が増加するため、メーカーは特に機械的ストレスを嫌う脆いアモルファス材料の場合、ギャップを最小限に抑えるために多大な労力を費やします。-。

その他に重要なこととしては、適切な動作磁束密度 (通常 1.5 ～ 1.7 T) の選択、内部応力を軽減するための適切なアニーリング、すべてを安定して静かに保つための慎重な機械的クランプが挙げられます。

現在、エネルギー効率規制と炭素削減目標により、多くのメーカーがアモルファスおよび巻線コアの設計を推進しています。{0}シリコン鋼も改良され続けており、より薄く、より低損失のグレードが常に登場しています。-

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