ฟังก์ชั่นของแกนกลางในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันคืออะไร?

ในระบบไฟฟ้า หม้อแปลงจุ่มน้ำมันเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าหลักที่ใช้ในการแปลงพลังงานระหว่างระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ในโครงสร้างภายในของหม้อแปลง แกนเหล็กเป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักที่กำหนดประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพ และความเสถียร

1. หน้าที่พื้นฐานของแกนเหล็ก
หน้าที่หลักของ ฉีกหม้อแปลงแช่น้ำมัน คือการถ่ายโอนกำลังระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิผ่านหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แกนเหล็กเป็นสื่อสำคัญในกระบวนการแปลงพลังงานนี้

1. จัดเตรียมเส้นทางฟลักซ์แม่เหล็ก
หน้าที่หลักของแกนเหล็กคือการจัดให้มีช่องต้านทานแม่เหล็กต่ำสำหรับฟลักซ์แม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดปฐมภูมิ จะเกิดสนามแม่เหล็กสลับขึ้น และฟลักซ์แม่เหล็กเหล่านี้จะไหลผ่านแกนเหล็กและเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ การมีอยู่ของแกนเหล็กช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแม่เหล็กได้อย่างมาก

2. ลดการสูญเสียพลังงาน
เมื่อเปรียบเทียบกับอากาศ การซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุแกนเหล็ก (เช่นเหล็กแผ่นซิลิกอนรีดเย็น) จะสูงกว่ามาก ซึ่งสามารถรวมฟลักซ์แม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดปรากฏการณ์แม่เหล็กรั่วไหล ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานและปรับปรุงประสิทธิภาพของหม้อแปลงได้อย่างมาก

3. รองรับเสถียรภาพของโครงสร้าง
แกนเหล็กไม่ได้เป็นเพียงเส้นทางฟลักซ์แม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังเป็นโครงสร้างรองรับทางกลสำหรับการพันขดลวดทั้งหมดอีกด้วย สามารถทนต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในระหว่างการลัดวงจรและรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างภายในของหม้อแปลงไฟฟ้า

2. วัสดุและโครงสร้างของแกนเหล็ก

1. การเลือกใช้วัสดุ
แกนเหล็กมักทำจาก **เหล็กแผ่นซิลิกอนรีดเย็น (CRGO)** ซึ่งมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงและการสูญเสียต่ำ เหล็กซิลิคอนประกอบด้วยซิลิคอน 2% ถึง 3% ซึ่งสามารถเพิ่มการซึมผ่านของแม่เหล็กได้อย่างมาก และลดการสูญเสียกระแสไหลวน

2. โครงสร้างการเคลือบ (Lamination)
เพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลวน (Eddy Current Loss) แกนเหล็กไม่ใช่บล็อกทั้งหมด แต่ประกอบด้วยแผ่นบางเป็นชั้นๆ คั่นด้วยสีฉนวน ความหนาทั่วไปคือ 0.23 มม. หรือ 0.27 มม.

3. รูปแบบโครงสร้าง
รูปแบบแกนเหล็กทั่วไปของหม้อแปลงแช่น้ำมันคือ:

โครงสร้างแกน (Core Type): ขดลวดล้อมรอบแกนเหล็ก

โครงสร้างเปลือก (ชนิดเปลือก): แกนเหล็กล้อมรอบขดลวด;

โครงสร้างสามเฟสสามคอลัมน์: มักใช้ในหม้อแปลงสามเฟสเพื่อลดการใช้วัสดุและการใช้พลังงาน

3. คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแกนเหล็กและประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า
คุณภาพของแกนเหล็กส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า โดยเฉพาะในด้านต่อไปนี้:

1. การสูญเสียแกนกลาง
รวมถึงการสูญเสียฮิสเทรีซีสและการสูญเสียกระแสไหลวน ซึ่งเป็นแหล่งที่มาหลักของการสูญเสียเมื่อมีการขนถ่ายหม้อแปลง แผ่นเหล็กซิลิกอนคุณภาพสูงสามารถลดการสูญเสียส่วนนี้ได้อย่างมาก

2. ปัญหาความอิ่มตัวของฟลักซ์แม่เหล็ก
แกนเหล็กมีขีดจำกัดการแบกฟลักซ์แม่เหล็กที่แน่นอน เมื่อเกินขีดจำกัดนี้ (เช่น ความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก) แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไม่เปลี่ยนแปลงเชิงเส้นอีกต่อไป และจะทำให้ความร้อนเพิ่มขึ้นและไฟฟ้าขัดข้อง ดังนั้นควรพิจารณาความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่เหมาะสม (โดยทั่วไปควบคุมที่ 1.5~1.7 T) ในระหว่างการออกแบบ

3. การควบคุมแม่เหล็กรั่ว
ฟลักซ์แม่เหล็กรั่วจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำลดลง ความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น และแม้กระทั่งการรบกวนอุปกรณ์โดยรอบ การปรับรูปทรงของแกนเหล็กให้เหมาะสมและการจัดเรียงขดลวดสามารถช่วยลดผลกระทบจากการรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็กได้

4. การทำงานร่วมกันของแกนเหล็กและระบบทำความเย็นแบบแช่น้ำมัน
ในหม้อแปลงจุ่มน้ำมัน น้ำมันหม้อแปลงมีบทบาทเป็นฉนวนและใช้ในการทำความเย็นส่วนประกอบที่สร้างความร้อน แกนเหล็กจะสร้างความร้อนได้มากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กบ่อยครั้ง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้น้ำมันหม้อแปลงเพื่อนำความร้อนออกไป

น้ำมันไหลผ่านช่องว่างของแกนกลาง ช่วยระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็นผ่านระบบหมุนเวียนน้ำมันแบบบังคับ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสและเป็นฉนวนอย่างสมบูรณ์ระหว่างแกนกลางและวัสดุฉนวนน้ำมัน

5. เทคโนโลยีหลักในการผลิตหลัก

1. เทคโนโลยีการตัดและซ้อน
ชิ้นส่วนหลักจะต้องถูกตัดอย่างแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสอดคล้องทางเรขาคณิต กระบวนการวางซ้อนใช้เทคโนโลยี เช่น "สเต็ปแล็ป" และ "การซ้อนแบบเซ" เพื่อลดความต้านทานแม่เหล็กและช่องว่างอย่างมีประสิทธิภาพ

2. การออกแบบป้องกันเสียงรบกวน
แกนกลางจะสร้างเสียงรบกวนเนื่องจากผลของสนามแม่เหล็กภายใต้สนามแม่เหล็กสลับความถี่สูง ซึ่งเรียกว่า "เสียงหึ่ง" เพื่อลดเสียงรบกวน จำเป็นต้อง:

ควบคุมช่องว่างระหว่างแกนอย่างเคร่งครัด

ใช้โครงสร้างป้องกันการสั่นสะเทือนและแผ่นน้ำมัน

ใช้ "ข้อต่อเอียงเต็ม" หรือ "เหลื่อมกัน 45°" เพื่อลดการสั่นสะเทือน

6. ข้อผิดพลาดทั่วไปและจุดบำรุงรักษา
ในระหว่างการทำงานระยะยาว แกนเหล็กอาจมีปัญหาดังต่อไปนี้:

ความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น: อาจเกิดจากการสัมผัสที่ไม่ดีหรือการลัดวงจรของแกนเหล็ก

แกนเหล็กที่หลวม: ทำให้เกิดเสียงรบกวนเพิ่มขึ้น และต้องขันขายึดให้แน่น

การคายประจุหรือการชำรุดบางส่วน: มักเกิดจากความล้มเหลวของฉนวนหรือมลพิษทางน้ำมัน

มาตรการป้องกัน ได้แก่ :

การวัดอุณหภูมิอินฟราเรดปกติเพื่อตรวจสอบการกระจายอุณหภูมิของแกนเหล็ก

การวิเคราะห์คุณภาพน้ำมันเพื่อรับรองความแข็งแรงของฉนวน

การตรวจจับการคายประจุบางส่วนแบบออนไลน์เพื่อทราบสถานะการทำงาน

แกนเหล็กเป็นองค์ประกอบหลักของหม้อแปลงจุ่มน้ำมัน จึงมีหน้าที่มากกว่าแค่ "การนำแม่เหล็ก" มันมีบทบาทหลายอย่าง เช่น การนำฟลักซ์แม่เหล็ก ลดการสูญเสีย โครงสร้างรองรับ และปรับปรุงเสถียรภาพ เป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้า ในขณะที่ระบบไฟฟ้าพัฒนาไปสู่ไฟฟ้าแรงสูง ความจุขนาดใหญ่ การประหยัดพลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม วัสดุและการออกแบบแกนเหล็กก็มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพของหม้อแปลงไฟฟ้า