هسته ترانس

توضیحات

در ترانسفورماتورها انتقال انرژی از سیم پیچ اولیه به ثانویه از طریق میدان مغناطیسی انجام می شود. برای متمرکز کردن این میدان مغناطیسی، در میان سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور یک هسته مغناطیسی قرار می گیرد. نبود هسته باعث می شود که شارهای تولیدی توسط سیم پیچ اولیه در هوا پراکنده شوند و فقط قسمتی از آن ها از سیم پیچ ثانویه عبور کنند. در نتیجه توان به خوبی منتقل نمی گردد و برای انتقال یک توان مشخص به ابعاد بزرگتری از سیم پیچ نیاز است.

هسته مغناطیسی یک تکه از ماده مغناطیسی با ضریب نفوذپذیری مغناطیسی بالا است که در ادوات مغناطیسی مانند سلف، ترانسفورماتور، ماشین های الکتریکی و … جهت هدایت و متمرکز کردن شارهای مغناطیسی در یک مسیر خاص مورد استفاده قرار می گیرند. هسته ها از مواد فرومغناطیس نرم مانند آهن و فریت ساخته می شوند.

انواع هسته ترانس از نظر جنس:

1- فلزات جامد :

آهن: از هسته آهنی در آهنرباهای الکتریکی جریان مستقیم و برخی موتورهای الکتریکی استفاده می شود. در عمل برای کاهش مقاومت آهن در برابر مغناطیسی شدن، آن را گرمادیده می کنند که به آن آهن نرم می گوییم. آهن می تواند تا 2 تسلا میدان مغناطیسی را بدون اشباع شدن تحمل کند. از آنجایی که آهن یک رسانای الکتریکی است، در کاربردهای AC مانند ترانسفورماتورها، سلف ها و موتورهای AC اگر از آهن یک تکه استفاده شود، تلفات زیادی به واسطه جریانهای گردابی در آن ایجاد می شود.در این کاربردها از آهن ورقه ورقه شده یا پودر آهن و یا مواد نارسانا مانند فریت ها استفاده می شود.

آهن ورقه ورقه شده: همانطور که گفته شد برای کاهش جریان ناشی از جریان های گردابی در کاربردهای AC به جای آهن یک تکه از آهن ورقه ورقه شده استفاده می گردد. با اضافه کردن کمی سیلیکون به آهن، مقاومت آن در برابر جریان های گردابی بیشتر نیز می شود. بر روی ورقه ها نیز یک لایه نازک عایق الکتریکی وجود دارد. این ورقه ورقه کردن باعث می شود که جریان گردابی مجبور به عبور از سطح مقطع نازک یک ورقه باشد که مقاومت بالایی دارد، چون تلفات جریان گردابی با مجذور جریان آن رابطه مستقیم دارد، مقدار این تلفات بسیار کاهش می یابد.

2- پودر فلزات :

این نوع هسته ها از خرده های فلزات تشکیل می شوند که با چسب به هم متصل و فشرده شده اند. هرچه این خرده ها فشرده تر باشند، ضریب نفوذپذیری و جریان گردابی هسته بیشتر است. برای کاهش جریان گردابی، سطح خرده های فلزات را با یک عایق الکتریکی می پوشانند تا جریان گردابی به یک ذره فلز محدود شود. چسب بین ذرات در دمای بالا تخریب شده و باعث تغییر در مشخصات هسته می شود. دمایی که چسب تحمل می کند به جنس آن بستگی دارد، به عنوان مثال چسب از نوع اپوکسی تحمل دمای 125 درجه سانتیگراد را دارد

3- فریت :

فریت ها ترکیباتی از اکسید آهن، روی، منگنز هستند. این مواد ضریب نفوذپذیری بالایی دارند. از آنجا که از نظر الکتریکی تقریبا نارسانا هستند، تلفات جریانی گردابی آن ها ناچیزاست و در نتیجه در کاربردهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند. چگالی شار اشباع این هسته ها حدود 3/0 تسلا است.در سلف ها و ترانسفورماتورهای RF و منابع تغذیه سوئیچینگ از این نوع هسته استفاده می شود.

4- هوا :

در برخی موارد ترجیح می دهند که از هسته مغناطیسی در وسط سیم پیچ استفاده نشود. به این گونه سیم پیچ ها، سیم پیچ با هسته هوا گفته می شود. ویژگی اصلی این هسته ها نبود تلفات هسته و پدیده اشباع است. بنابراین در کاربردهایی که نیاز به بالا رفتن چگالی شار است یا فرکانس بسیار بالا می باشد از هسته هوا استفاده می شود.مقدار اندکتانس ساخته شده توسط سیم پیچ با هسته هوا بسیار کمتر از سیم پیچ با هسته مغناطیسی است.