铁心的磁导体是变压器的磁路。它把初级电路的电能转换成磁能,又由自己的磁能转换为次级电路的电能,是能量转换的媒介。铁心的重量在变压器各部件中占有绝对优势,在普通变压器中占总重的60%左右。铁心材料的品种主要有:硅钢片、非晶合金、电工纯铁、铁镍(坡莫)合金、铁铝硅合金、软磁铁氧体等。变压器铁心主要使用硅钢片和非晶合金。
对变压器硅钢片的要求是:
1.有高的导磁率在一定的磁场强度下,磁导率越高,要传递等量磁通,所需的硅钢片就越少,铁心的体积就越小,产品的重量就越轻。由于体积减小,就可节约导线和降低导线电阻所引起的发热损耗。
2.要求在一定的频率和磁通密度下,具有低的铁损,即单位重量的硅钢片所引起的损耗(磁滞损耗和涡流损耗)要低,则可降低变压器的总损耗,提高变压器的效率。
铁心是制造变压器产品的关键。由变压器原理的公式可知
U1=4.44·f·W1·Bm·Az·10-4,(V)
故U1
———=4.44·f·Bm·Az·10-4,(V/匝)
W1
同理可得
U1U2
et=———=———=4.44·f·Bm·Az·10-4,(V/匝)
W1W2
上式中et,称每匝电势。由该式可知磁通密度Bm主要决定了变压器的基本性能和材料利用。在铁损(空载损耗)合乎标准时磁通密度Bm取值大,每匝电势et不变而铁心有效截面积Az小,铁心用量少;铁心有效截面积Az不变而每匝电势et取值大,铜线用量少;每匝电势et大些而铁心有效截面积Az小些,铜铁均省;
磁通密度Bm取值小,每匝电势et不变而铁心有效截面积Az大,铁心用量多;铁心有效截面积Az不变而每匝电势et取值小,铜线用量多;每匝电势et小些而铁心有效截面积Az大些,铜铁均费;
从上述分析可知Bm大些,省铁、省铜或均省些,但Bm值是由电工钢片及所要求的变压器性能(如过励磁)决定Bm只能在一定范围内。
Bm值是铁心材料主要的指标,冷轧电工钢片Bm=1.7-1.8T,比热轧电工钢片的Bm(1.4-1.45T)大得多,这就是现在采用冷轧电工钢的原因。
此外,Az也是变压器的最基本参数,因为铁心截面积的大小一旦确定,也就决定了绕组的内径以及原、副绕组的匝数。从而影响到整个变压器的尺寸和各主要性能参数。它的正确选定还涉及到变压器材料消耗的铜铁比,是影响设计的重要因素。
从变压器原理分析可知,在保持磁通密度一定的条件下,Az增大将使绕组匝数减少,换言之,铁心材料消耗的增加将使得导线材料的消耗减少,并使得短路阻抗、负载损耗值降低;如果减少铁心截面积,则会得出相反结论。