Şu anda dünyada transformatör çekirdekleri üretimi için iki ana malzeme bulunmaktadır:silikon çelik ve amorf alaşım.
Silikon çelik levha
Transformatör çekirdekleri için ana malzeme, genellikle yüksek silikon içeriğine sahip sıcak haddelenmiş veya soğuk haddelenmiş silikon çelik levhalarla istiflenir. Silikon çelik levha, %0.8 ile %4.8 arasında silikon içeren bir çeliktir. Silikon çelik, transformatör çekirdeği olarak kullanılır çünkü silikon çelik, güçlü manyetik iletkenliğe sahip manyetik bir malzemedir. Enerjilendirilmiş bobinde büyük bir manyetik indüksiyon yoğunluğu oluşturabilir, böylece transformatörün boyutunu küçültür. Silikon çelik levhanın kalitesi genellikle manyetik akı yoğunluğu B ile ifade edilir. Farklı türdeki silikon çelik levhaların farklı manyetik akı yoğunlukları vardır. Örneğin, siyah demir levhanın B değeri 6000-8000, düşük silikon levhanın 9000-11000 ve yüksek silikon levhanın 12000-16000'dir. Girdap akımı kaybını azaltmak için, her silikon çelik levha arasına yalıtkan boya uygulanarak bağımsız bir iletken oluşturulur.
Transformatör çalışırken girdap akımı kaybı oluşturacağından, girdap akımı kaybını azaltmak için transformatör çekirdeği yalıtılmış silikon çelik levhalarla istiflenir, böylece girdap akımı dar bir döngüde daha küçük bir kesitten geçerek girdap akımı yolundaki direnci artırır; aynı zamanda, silikon çeliğindeki silikon, malzemenin direncini artırır, bu da girdap akımını azaltmada rol oynar.
Silikon çelik levha, yüksek manyetik geçirgenlik, düşük direnç ve düşük histerezis kaybı gibi bir dizi avantaja sahip özel bir elektrik çelik malzemedir.
Silikon çelik levhaların özellikleri
1. Silikon çelik levhanın yüzeyinde çok ince bir oksit tabakası bulunur, bu da belirli bir korozyon direnci sağlar.
2. Silikon çelik levha malzemesinin histerezis kaybı nispeten küçüktür, ısı üretmesi kolay değildir ve elektromanyetik ekipmanın normal çalışmasını etkilemez.
3. Silikon çelik levha malzemesi işlenmesi kolaydır ve kesme, presleme vb. ile farklı şekil ve boyutlarda demir çekirdekler haline getirilebilir. Ana özellikleri şunlardır: Silikon çelik yüksek manyetik geçirgenliğe, düşük koerziv kuvvete, büyük dirence, küçük histerezis kaybına sahiptir ve ısı üretimini büyük ölçüde azaltabilir.
Amorf alaşımlar
Amorf alaşımlar, 1980'lerden bu yana hem yurtiçinde hem de yurtdışında malzeme bilimi topluluğunda araştırma ve geliştirme odağı haline gelmiştir. Çünkü kısa menzilli düzen ve uzun menzilli düzensizlik gibi metastabil yapısal özelliklere sahiptir. Katı halde, atomlarının üç boyutlu uzayı topolojik olarak düzensizdir ve belirli bir sıcaklık aralığında nispeten kararlı kalır.
Mekanik özellikler açısından, son derece yüksek mukavemet ve sertliğe sahiptir, ancak düşük elastik modüle sahiptir. Metalik camın uzaması çekildiğinde küçüktür (%1.5-%2.5), ancak sıkıştırıldığında ve büküldüğünde yüksek plastiklik gösterir, bu da yüksek mukavemete sahipken iyi tokluk gösterdiğini belirtir.
Fiziksel özellikler açısından, amorf alaşımlar genellikle daha yüksek direnç ve daha küçük sıcaklık direnç katsayısına sahiptir. Amorf alaşım, olağanüstü manyetik geçirgenliğe sahip yeni bir malzemedir. Silikon çelikten tamamen farklı bir kristal yapıya sahiptir ve manyetizasyon ve demanyetizasyon için daha elverişlidir. Amorf alaşım transformatörlerinin demir kaybı (yani boşta kayıp), genellikle silikon çelik kullanılan geleneksel transformatörlerden %70-80 daha düşüktür. Kayıplar azaldıkça, enerji üretim talebi de düşer ve karbondioksit gibi sera gazlarının emisyonları buna bağlı olarak azalır.
Amorf alaşım malzemelerinin özellikleri
1. Amorf alaşım demir çipinin kalınlığı son derece incedir.
2. Amorf alaşım demir çekirdeği düşük doygunluk manyetik yoğunluğuna sahiptir.
3. Amorf alaşımın sertliği silikon çelik levhanın 5 katıdır.
4. Amorf alaşım demir çekirdek malzemesi mekanik gerilime çok duyarlıdır ve hem çekme kuvveti hem de bükme gerilimi manyetik özelliklerini etkiler.
5. Amorf alaşımın manyetik domain uzaması silikon çelik levhadan yaklaşık %10 daha yüksektir ve aşırı sıkılmamalıdır. Amorf alaşımlar yüksek doygunluk manyetik indüksiyon yoğunluğu, düşük kayıp (silikon çelik levhaların 1/3~1/5'i kadar), düşük koerziv kuvvet, düşük uyarma akımı ve iyi sıcaklık kararlılığı özelliklerine sahiptir.
İki malzemeden yapılan transformatörlerin fiyatı açısından, amorf alaşım transformatörlerinin fiyatı silikon çelik levha transformatörlerinden çok daha yüksektir. Çünkü müşteriler daha yüksek performanslı transformatörlere ihtiyaç duyarlar ve malzeme seçiminde bir karşılaştırma yapmaları gerekir.
