Classificazione dei nuclei per applicazione: alta frequenza, bassa frequenza e bobina
Nuclei ad alta frequenza: nucleo in polvere di ferro e nucleo in ferrite
I nuclei di ferrite sono utilizzati nei trasformatori ad alta frequenza. Si tratta di materiali magnetici ceramici con struttura cristallina a spinello, costituiti da ossido ferrico combinato con altri composti metallici bivalenti, come kFe₂O₄ (dovekrappresenta altri metalli). I metalli comuni includono manganese (Mn), zinco (Zn), nichel (Ni), magnesio (Mg) e rame (Cu).
Le combinazioni comuni includono:
Serie Manganese-Zinco (MnZn).
Serie Nichel-Zinco (NiZn).
Serie Magnesio-Zinco (MgZn).
Questi materiali presentano un'elevata permeabilità magnetica e un'elevata impedenza, con un intervallo di frequenza operativa da 1 kHz a oltre 200 kHz.
Nuclei a bassa frequenza: lamiere di acciaio al silicio (laminazione)
Le lamiere di acciaio al silicio sono comunemente utilizzate nei trasformatori a bassa frequenza e sono classificate in base al processo di produzione in:
A:Ricotto (Fogli Neri)
N:Non Ricotto (Fogli Bianchi)
In base alla forma, sono ulteriormente suddivisi in tipo EI, tipo UI, tipo C e tipo O.
Lamiere di acciaio al silicio di tipo O:
Questi sono spesso utilizzati nei trasformatori ad alta potenza grazie al loro eccellente isolamento, all'efficiente dissipazione del calore e alla ridotta dispersione magnetica. Sono adatti per trasformatori con potenze nominali superiori a 500–1000 W.
Lamiere di acciaio al silicio tipo CD:
I fogli di tipo CD sono costituiti da due nuclei a forma di C. I trasformatori realizzati con questi nuclei possono ottenere una maggiore potenza in uscita con una maggiore altezza della finestra, a parità di area della sezione trasversale. Le bobine possono essere distribuite su due avvolgimenti, riducendo la lunghezza media della spira e la perdita di rame. Anche il posizionamento di avvolgimenti simmetrici su bobine separate garantisce la completa simmetria.
Lamiere di acciaio al silicio di tipo ED:
I fogli di tipo ED sono costituiti da quattro nuclei a forma di C, risultando in trasformatori più larghi e più piatti rispetto ai trasformatori di tipo CD della stessa potenza. Le bobine sono installate all'interno del nucleo in acciaio al silicio, riducendo le perdite magnetiche e le interferenze esterne. Tuttavia, tutte le bobine sono avvolte su un'unica bobina, il che comporta una bobina più spessa, una lunghezza media della spira più lunga e una maggiore perdita di rame.
Nuclei di tipo C:
I nuclei di tipo C offrono prestazioni superiori, consentendo trasformatori compatti, leggeri ed efficienti. Dal punto di vista della produzione, questi nuclei utilizzano meno componenti e sono altamente versatili, garantendo una produzione efficiente. Tuttavia, la loro produzione comporta processi complessi e attrezzature specializzate, che comportano costi più elevati.
Utilizziamo principalmente lamiere di acciaio al silicio di tipo EI
La lamiera di acciaio al silicio di tipo EI, detta anche lamiera di acciaio a guscio o di tipo giapponese, offre numerosi vantaggi:
Telaio bobina condiviso:Gli avvolgimenti primari e secondari condividono un telaio a bobina singola, determinando un elevato fattore di utilizzo della finestra (Km: il rapporto tra l'area della sezione trasversale netta del rame e l'area della finestra).
Custodia protettiva:La lamiera di acciaio forma un guscio protettivo attorno agli avvolgimenti, proteggendoli da danni meccanici.
Migliore dissipazione del calore:I nuclei EI hanno un'ampia superficie per la dissipazione del calore e una dispersione minima del campo magnetico.
Tuttavia, i core di tipo EI presentano alcuni inconvenienti:
Induttanza di dispersione più elevata: gli avvolgimenti primario e secondario presentano un'induttanza di dispersione relativamente elevata.
Maggiore interferenza esterna: sono più suscettibili alle interferenze del campo magnetico esterno.
Maggiore consumo di rame: a causa della maggiore lunghezza media delle spire degli avvolgimenti, è necessario più filo di rame per lo stesso numero di spire e area della sezione trasversale del nucleo.
Spessori comuni delle lamiere di acciaio al silicio
Gli spessori comunemente utilizzati per le lamiere di acciaio al silicio sono:
{{0}}0,20 mm,0,35 mm,0,50 mm
Metodi di assemblaggio
Le lamiere di acciaio al silicio possono essere assemblate utilizzando due metodi:
Metodo intercalato:
I pezzi E e I sono impilati alternativamente su entrambi i lati, con le aperture sfalsate.
Questo metodo è più complesso ma garantisce spazi più piccoli tra i fogli, riducendo la resistenza magnetica e aumentando il flusso magnetico.
È comunemente usato nei trasformatori di potenza per migliorare l'efficienza.
Metodo di impilamento del sedere:
I pezzi E e I sono impilati separatamente, lasciando degli spazi tra loro.
Questi spazi vengono generalmente regolati con distanziatori di carta per prevenire la saturazione causata dalla corrente continua.
Questo metodo viene spesso utilizzato in applicazioni in cui sono presenti correnti CC.
Materiali comuni che utilizziamo, i materiali che utilizziamo frequentemente per le lamiere di acciaio al silicio includono:
Z-11,H-18,H-50,H-14
Tra questi, l'acciaio al silicio Z-11 offre le migliori prestazioni.
Tipicamente, le specifiche del materiale sono indicate come mostrato nel diagramma allegato.
Tipi di nucleo:Tre categorie principali (come mostrato nel diagramma)
- Nucleo TOROIDALE (nucleo a forma di anello)
Costruito impilando lamierini a forma di O o avvolgendo fogli di acciaio al silicio in una forma circolare.
Questo tipo di nucleo è particolarmente impegnativo per l'avvolgimento delle bobine a causa della sua struttura.
- ROD Core (nucleo a forma di bastoncino)
Di forma cilindrica, progettato per applicazioni specifiche dove è richiesto un nucleo compatto a forma di bastoncino.
- DRUM Core (nucleo a forma di tamburo)
A forma di tamburo, offre caratteristiche uniche adatte a vari modelli di trasformatori.
Nel diagramma, le aree grigie rappresentano i nuclei ricotti, indicando i nuclei che hanno subito un trattamento termico per migliorare le loro proprietà magnetiche.