Klasyfikacja rdzenia transformatora

Rdzeń transformatora

Podczas wykonywania dowolnego transformatora producenci starają się osiągnąć maksymalne sprzężenie magnetyczne między dwoma cewkami indukcyjnymi. Sprzężenie magnetyczne można wielokrotnie zwiększyć, stosując materiał ferromagnetyczny lub proszek żelaza jako rdzeń magnetyczny. Para cewek indukcyjnych owiniętych wokół rdzenia ferromagnetycznego ma lepszy współczynnik sprzężenia niż transformator z rdzeniem powietrznym. Jednak zastosowanie rdzeni ferromagnetycznych ma swoje ograniczenia. Rdzenie ferromagnetyczne mają pewne straty energii spowodowane histerezą i prądami wirowymi, a także są ograniczone przez ich obciążalność prądową. Oprócz tych ograniczeń, wybór materiału rdzenia ogranicza również zakres częstotliwości transformatora. W zależności od rodzaju zastosowanego rdzenia transformatory są klasyfikowane w następujący sposób
Transformatory z żeliwa laminowanego: Transformatory te mają stal krzemową jako materiał rdzenia. Stal krzemowa jest również znana jako żelazo transformatorowe lub po prostu żelazo. Stal krzemowa jest laminowana warstwami, aby uniknąć strat spowodowanych prądami wirowymi i histerezą. Prądy wirowe to prądy kołowe, które przepływają w materiałach magnetycznych po namagnesowaniu. Prądy wirowe powodują, że rdzeń traci energię w postaci ciepła. Histereza to tendencja rdzenia magnetycznego do akceptowania zmiennego strumienia magnetycznego. Ze względu na histerezę i straty wiroprądowe transformatory te nadają się tylko do częstotliwości 60 Hz i innych niskich częstotliwości w zakresie audio. Gdy częstotliwość wzrasta powyżej kilku kiloherców, wewnętrzne straty rdzenia rosną poza możliwą granicę.
Rdzenie ferrytowe: Rdzenie ferrytowe mają wysoką przepuszczalność i wymagają mniejszej liczby zwojów cewek. Jednak przy częstotliwościach powyżej kilku megaherców takie rdzenie zaczynają wykazywać znaczne straty energii z powodu prądów wirowych i histerezy. Dlatego te transformatory nadają się do częstotliwości audio do kilku megaherców.
Sproszkowane rdzenie żelazne: Sproszkowane żelazo ma również wyższą przepuszczalność i niższe straty niż rdzenie ferrytowe z powodu histerezy i prądów wirowych. Wraz ze wzrostem częstotliwości zmniejsza się zapotrzebowanie na wysoką przepuszczalność. Transformatory z rdzeniami proszkowymi nadają się do bardzo wysokich częstotliwości do 100 MHz. Ponieważ nie ma potrzeby osiągania wysokiej przepuszczalności przy bardzo wysokich częstotliwościach powyżej 100 MHz, transformatory z rdzeniem powietrznym są bardziej odpowiednie ze względu na ich wyższą wydajność energetyczną.
Transformator z rdzeniem powietrznym: W transformatorze z rdzeniem powietrznym zarówno cewka pierwotna, jak i wtórna są owinięte wokół materiału diamagnetycznego. Sprzężenie magnetyczne w takim transformatorze odbywa się w powietrzu. W takim transformatorze nie tylko indukcyjność obu cewek jest niska, ale indukcyjność wzajemna jest również bardzo niska, więc sprzężenie magnetyczne między cewkami jest bardzo małe. Transformatory te nie tracą energii z powodu histerezy lub prądów wirowych, a także są w stanie regulować duże prądy. Ten typ transformatora jest odpowiedni do zastosowań wysokonapięciowych, w których efektywność energetyczna jest głównym problemem, takich jak transformatory rozdzielcze. Nadają się one również do zastosowań o bardzo wysokich częstotliwościach radiowych powyżej 100 MHz. Przy wysokich częstotliwościach radiowych wymagana wartość indukcyjności jest niska, co można łatwo osiągnąć za pomocą cewek indukcyjnych z rdzeniem powietrznym.