1. الدور الأساسي للنواة الحديدية للمحولات
(1)تكوين دائرة مغناطيسية فعالة-منخفضة الممانعة:هذه هي الوظيفة الأساسية للنواة الحديدية. عندما يتدفق التيار المتردد عبر الملف الأولي، فإنه يولد تدفقًا مغناطيسيًا متناوبًا. يوفر القلب الحديدي مسارًا يمكن مغنطته بسهولة، مما يعزز بشكل كبير قوة المجال المغناطيسي ويحصر معظم التدفق (التدفق الرئيسي) داخل هذا المسار ذو النفاذية العالية-، ويقترن بشكل فعال بالملف الثانوي. بدون القلب الحديدي، سوف تتسرب كمية كبيرة من التدفق إلى الهواء (حيث تكون الممانعة المغناطيسية عالية جدًا)، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة نقل الطاقة.
(2)تعزيز كفاءة الحث الكهرومغناطيسي:ونظرًا لوجود القلب الحديدي، يمكن توليد مجال مغناطيسي أقوى بكثير في الملف تحت نفس تيار الإثارة (لا يوجد- تيار حمل). وهذا يعني أنه لتوليد تدفق كافٍ لنقل الطاقة، يتم تقليل العدد المطلوب من اللفات وتيار الإثارة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة المحولات بشكل كبير وتقليل الحجم وتكاليف التصنيع.
(3)توفير الدعم الهيكلي:يعمل القلب الحديدي كهيكل ميكانيكي للمحول، حيث يدعم اللفات الأولية والثانوية، ويحافظ على استقرار موضعها، ويتحمل القوى الكهرومغناطيسية التي قد تحدث أثناء التشغيل (مثل القوى الكهروديناميكية الهائلة أثناء ماس كهربائى).
2. متطلبات الأداء للمواد الأساسية
(1) نفاذية مغناطيسية عالية: هذه هي أهم خاصية. تعني النفاذية المغناطيسية العالية أن المادة يمكن مغنطتها بسهولة، مما يسمح بتوليد حث مغناطيسي قوي باستخدام قوة مجال مغناطيسي صغيرة جدًا، وبالتالي تقليل تيار الإثارة وتحسين الكفاءة.
(2) المقاومة الكهربائية العالية: عندما يكون القلب في مجال مغناطيسي متناوب، يتم تحفيز التيارات الدوامة في الداخل. تسبب تيارات إيدي فقدان الطاقة (فقدان تيار إيدي) والتدفئة. يمكن للمقاومة الكهربائية العالية أن تحد بشكل فعال من توليد التيارات الدوامية وتقليل هذا الجزء من الخسارة.
(3) انخفاض الإكراه: يقيس الإكراه مدى صعوبة إزالة مغناطيسية المادة. انخفاض الإكراه يعني أن حلقة التباطؤ ضيقة وشديدة الانحدار، مما يجعل المغنطة وإزالة المغناطيسية أسهل ويؤدي إلى انخفاض فقدان التباطؤ. فقدان التباطؤ هو نوع رئيسي آخر من فقدان الطاقة في القلب.
(4) الحث المغناطيسي عالي التشبع: الحث المغناطيسي عالي التشبع يعني أن القلب أقل عرضة للتشبع تحت المجالات المغناطيسية القوية، مما يسمح بتصميم المحولات بشكل أكثر إحكاما (نقل نفس الطاقة بمساحة مقطعية أصغر-)، أو إخراج المزيد من الطاقة ضمن نفس الحجم.
3. اختيار المواد الأساسية
(1)المواد السائدة: فولاذ السيليكون (الفولاذ الكهربائي)
هذه هي المادة الأساسية الأكثر استخدامًا ونضجًا حاليًا في محولات الطاقة.
تعبير:أضف 2.5% ~ 4.5% سيليكون إلى الحديد النقي.
وظائف إضافة السيليكون:
- - يزيد المقاومة بشكل ملحوظ: تؤدي إضافة السيليكون إلى زيادة مقاومة الحديد عدة مرات، مما يقلل بشكل كبير من خسائر التيار الدوامي. - يساعد على تقليل الإكراه: يمكن للسيليكون قمع التأثيرات الضارة للشوائب مثل الكربون والنيتروجين، وتنقية الحبوب وتوسيعها، وبالتالي تقليل فقدان التباطؤ
- - يخفف من الشيخوخة: يبطئ السيليكون من شيخوخة الحديد (تدهور الخواص المغناطيسية بمرور الوقت).
نموذج العملية:يتم لف صفائح فولاذ السيليكون إلى شكل مصفح، مع طلاء عازل مطبق بين الصفائح. يعمل هذا الهيكل الرقائقي على تقييد التيارات الدوامية على كل ورقة رقيقة، مما يزيد بشكل كبير من المقاومة على طول مسار التيار الدوامي، وهي ميزة تصميم رئيسية لتقليل فقدان التيار الدوامي.
(2)المواد المتقدمة: سبائك غير متبلورة
صفات:باستخدام تقنيات التبريد فائقة السرعة، يتم تبريد المعدن المنصهر بسرعة كبيرة بحيث لا يتوفر للذرات الوقت الكافي للترتيب في بنية بلورية منظمة، مما يشكل هيكلًا غير متبلور-مثل الزجاج.
المزايا:
- - مقاومة عالية للغاية: أعلى بحوالي 2-3 مرات من الفولاذ السيليكوني، مما يؤدي إلى فقدان تيار إيدي منخفض جدًا.
- - إكراه منخفض جدًا: فقدان التباطؤ أيضًا في حده الأدنى.
النتيجة الإجمالية:لا يوجد-خسائر في الأحمال (خسائر الحديد) في المحولات الأساسية المصنوعة من السبائك غير المتبلورة بنسبة 60% أقل - 80% من المحولات المصنوعة من الفولاذ السيليكوني بنفس المواصفات، مما يجعل تأثير توفير الطاقة-مهمًا للغاية.
العيوب:
- - كثافة تدفق مغناطيسي منخفضة التشبع: حوالي 80% من فولاذ السيليكون، مما قد يؤدي إلى حجم ووزن أكبر قليلاً لنفس محول الطاقة.
- - مادة صلبة وهشة: صعبة المعالجة والقطع والرياح.
- - تكلفة أعلى: تعد المواد وعملية الإنتاج أكثر تكلفة من الفولاذ السيليكوني.
التطبيقات:مناسب بشكل خاص للسيناريوهات ذات أوقات الخمول الطويلة ومعدلات التحميل المنخفضة، مثل الشبكات الريفية ومحولات التوزيع لتوليد الطاقة الموزعة، حيث يمكن لمزايا توفير الطاقة -استرداد الاستثمار الأولي على مدار دورة حياة المحول.
