หน้าที่หลักของแกนในหม้อแปลงไฟฟ้าคือการจัดให้มีเส้นทางแม่เหล็กที่เชื่อมระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ ความสามารถในการซึมผ่านสูงทำให้การเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กเป็นไปตามเส้นทางนี้โดยมีกระแสแม่เหล็กค่อนข้างน้อย สิ่งนี้สนับสนุนการเชื่อมต่อแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพระหว่างขดลวด วัสดุและโครงสร้างของแกนกลางยังส่งผลต่อการสูญเสียพลังงาน ดังนั้นบทบาทของมันจึงเกี่ยวข้องกับการนำทางฟลักซ์แม่เหล็กและการจำกัดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน
แกนหลักเชื่อมโยงขดลวดหลักและรองอย่างไร?
เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกับขดลวดปฐมภูมิ ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นในแกนกลาง ฟลักซ์นี้ยังเชื่อมโยงขดลวดทุติยภูมิด้วย ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้ว เมื่อโหลดเสร็จสิ้นวงจรทุติยภูมิ กระแสสามารถไหลและพลังงานไฟฟ้าถูกส่งไปยังโหลดนั้น
แกนกลางมีเส้นทางแม่เหล็กที่ใช้ร่วมกันผ่านบริเวณที่ล้อมรอบด้วยขดลวดทั้งสอง แขนขาและแอกของมันสร้างวงจรแม่เหล็กหลัก ช่วยให้ฟลักซ์มีสมาธิตรงจุดที่สามารถเชื่อมขดลวดได้ ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า การมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็ก.
ตามที่ได้อธิบายไว้ใน คำอธิบายเกี่ยวกับการทำงานของหม้อแปลงของ OpenStax การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ที่ใช้ร่วมกันโดยขดลวดจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า ในหม้อแปลงไฟฟ้าในอุดมคติ อัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าจะเท่ากับอัตราส่วนรอบ แกนกลางช่วยให้สามารถมีเพศสัมพันธ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำนวนรอบกำหนดว่าแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหรือลดลง
ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงในอุดมคติที่มีรอบทุติยภูมิมากเป็นสองเท่าของรอบปฐมภูมิจะผลิตแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าหลัก แกนกลางไม่ได้สร้างพลังเพิ่มเติม หม้อแปลงจริงก็มีการสูญเสียเช่นกัน ดังนั้นกำลังเอาต์พุตจึงต่ำกว่ากำลังอินพุต
ขดลวดยังคงเป็นฉนวนไฟฟ้าจากแกนกลาง การถ่ายโอนพลังงานระหว่างขดลวดที่แยกจากกันจึงต้องอาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่าการเชื่อมต่อแบบเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าผ่านโลหะ ฟลักซ์บางตัวยังคงล้มเหลวในการเชื่อมโยงขดลวดทั้งสอง สิ่งนี้เรียกว่าฟลักซ์การรั่วไหล และการจัดเรียงของขดลวดก็ส่งผลต่อมันเช่นกัน
เหตุใดเส้นทางแม่เหล็กฝืนต่ำจึงมีความสำคัญ
การฝืนใจของแม่เหล็ก อธิบายว่าเส้นทางแม่เหล็กนั้นขัดแย้งกับการก่อตัวของฟลักซ์แม่เหล็กมากเพียงใด เส้นทางฝืนต่ำช่วยให้ฟลักซ์ที่ต้องการพัฒนาโดยใช้แรงแม่เหล็กน้อยลง เป็นสมบัติทางแม่เหล็ก แตกต่างจากความต้านทานไฟฟ้าที่ต้านกระแสในเส้นลวด
วัสดุหลักเช่นเหล็กไฟฟ้ามีการซึมผ่านของแม่เหล็กได้สูงกว่าอากาศมาก ความสามารถในการซึมผ่านจะอธิบายว่าวัสดุตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กได้ง่ายเพียงใด การใช้แกนกลางที่เหมาะสมจึงช่วยลดการฝืนแม่เหล็กเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นทางผ่านอากาศที่เท่ากัน
ประโยชน์ในทางปฏิบัติคือ กระแสแม่เหล็กที่ต่ำกว่า : ส่วนประกอบของกระแสหลักที่จำเป็นในการสร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับ กระแสไฟนี้จำเป็นแม้ว่าวงจรทุติยภูมิจะเปิดอยู่และไม่มีกำลังถึงโหลดก็ตาม
สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าและความถี่ไซน์ซอยด์คงที่ โดยมีจำนวนรอบปฐมภูมิคงที่ ฟลักซ์ที่ต้องการจะถูกกำหนดโดยเงื่อนไขเหล่านั้นโดยประมาณ ความสามารถในการซึมผ่านที่สูงขึ้นจะช่วยลดกระแสแม่เหล็กที่จำเป็นในการสร้างฟลักซ์นั้นเป็นหลัก จะไม่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิโดยอัตโนมัติ
รูปทรงแกนกลางและข้อต่อก็มีความสำคัญเช่นกัน ช่องว่างที่ไม่ได้ตั้งใจจะเพิ่มการฝืนแม่เหล็กและสามารถเพิ่มกระแสแม่เหล็กได้ คุณสมบัติของวัสดุและเส้นทางแม่เหล็กที่ประกอบอย่างดีจึงต้องทำงานร่วมกัน
แกนกลางจริงจะใช้พลังงานบางส่วนเป็นความร้อนในระหว่างการดึงดูดแม่เหล็กซ้ำๆ กลไกหลักสองประการคือ การสูญเสียฮิสเทรีซิส และ การสูญเสียกระแสไหล วน การทำความเข้าใจความแตกต่างจะอธิบายได้ว่าเหตุใดแกนหม้อแปลงจึงใช้วัสดุแม่เหล็กที่เลือกสรรและวิธีการก่อสร้างเฉพาะ
การสูญเสียฮิสเทรีซีส เกิดขึ้นเมื่อการดึงดูดของวัสดุกลับตัวซ้ำๆ ด้วยฟลักซ์สลับ วัสดุที่อ่อนนุ่มด้วยแม่เหล็กซึ่งมีวงฮิสเทรีซีสแคบจะช่วยลดพลังงานที่กระจายไปในแต่ละรอบ การประมวลผลวัสดุยังส่งผลต่อพฤติกรรมนี้ด้วย
การสูญเสียกระแสเอ็ดดี้ เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ทำให้เกิดการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าภายในแกนนำไฟฟ้า กระแสน้ำเหล่านี้ก่อให้เกิดความร้อน การเคลือบด้วยเหล็กบางซึ่งมีฉนวนไฟฟ้าจากกัน จะจำกัดเส้นทางและลดการสูญเสียที่เกี่ยวข้องเมื่อเปรียบเทียบกับบล็อกเหล็กตัน
ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังและระบบจำหน่าย แกน CRGO และ แกนอสัณฐาน มีลักษณะการสูญเสียที่แตกต่างกัน ต้องประเมินประสิทธิภาพการทำงานที่ความถี่ที่ต้องการและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก
การเคลือบ ที่กระแสน้ำวนเป็นหลัก เน้น ไม่ควรอธิบายว่าเป็นวิธีการรักษาหลักสำหรับการสูญเสียฮิสเทรีซีส การสูญเสียแกนกลางที่ลดลงจะช่วยลดพลังงานที่สูญเปล่าและความร้อนที่ระบบทำความเย็นต้องกำจัดออกไป
คำถามที่พบบ่อย
แกนกลางใช้พลังงานเมื่อไม่มีการเชื่อมต่อโหลดหรือไม่?
ใช่. หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีพลังงานยังคงมีฟลักซ์แกนกลางกระแสสลับเมื่อตัวทุติยภูมิเปิดอยู่ ดังนั้นกระแสฮิสเทรีซิสและกระแสไหลวนจึงยังคงสร้างการสูญเสียต่อไป ซึ่งส่งผลให้มีการใช้พลังงานที่ไม่มีโหลด
การสูญเสียหลักเหมือนกับการสูญเสียทองแดงหรือไม่?
ไม่ การสูญเสียแกนกลางเกิดขึ้นในวัสดุแม่เหล็ก การสูญเสียของทองแดงคือการให้ความร้อนแบบต้านทานในขดลวดและเพิ่มตามกำลังสองของกระแสขดลวดเมื่อความต้านทานคงที่
การซึมผ่านที่สูงขึ้นหมายถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นเสมอหรือไม่?
ไม่ การซึมผ่านที่สูงขึ้นสามารถลดกระแสแม่เหล็กได้ แต่ประสิทธิภาพยังขึ้นอยู่กับการสูญเสียแกนกลาง ความต้านทานของขดลวด และสภาพการทำงานด้วย ความสามารถในการซึมผ่านเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างประสิทธิภาพหม้อแปลงทั้งหมดได้
แกนหม้อแปลงที่มีประสิทธิภาพจะรวมเส้นทางแม่เหล็กที่เหมาะสมเข้ากับการสูญเสียที่ควบคุมได้ ทั้งสองอย่างจำเป็นสำหรับการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพ
