I transformatorns övergripande struktur spelar järnkärnan rollen som den magnetiska kretskärnan, vilket ger en sluten bana med låg magnetisk resistans för att maximera den magnetiska flödeskopplingen mellan primärlindningen och sekundärlindningen, och därigenom uppnå effektiv energiomvandling. Kvaliteten på järnkärnan bestämmer direkt förlusten utan-belastning, exciteringsström, ljudnivå och till och med livslängden för hela transformatorn. Därför är en djup förståelse av materialegenskaperna, strukturformen och tillverkningsprocessen för järnkärnan av stor praktisk betydelse för yrkesverksamma som arbetar med transformatortillverkning och handel.
Järnkärnor är vanligtvis gjorda av mjuka magnetiska material med hög magnetisk permeabilitet, bland vilka kallvalsade orienterade silikonstålplåtar är de mest använda. Detta material uppvisar extremt låg hysteresförlust och hög mättnadsmagnetisk flödestäthet i magnetiseringsriktningen genom att selektivt arrangera korn längs valsriktningen genom en speciell valsningsprocess. För att minska virvelströmsförlusten inuti järnkärnan måste kiselstålplåtens yta beläggas med ett isoleringsskikt, och de tunna plåtarna bör staplas på ett visst sätt för att begränsa virvelströmmen inom enkelplåtsområdet, vilket avsevärt minskar virvelströmsförlusten som induceras mellan plåtarna på grund av det alternerande magnetfältet. Förutom kiselstålplåtar har amorfa legeringsmaterial använts i allt större utsträckning i hög-effektivitet och-energibesparande transformatorer de senaste åren. Amorf legerad järnkärna tillverkas genom att snabbt kyla smält metall med en hastighet av miljoner grader per sekund. Dess atomarrangemang är en glasliknande struktur med störning på långa-räckvidd och kort-ordning, med en smal hysteresloop och extremt låg koercitivitet. Därför kan tomgångsförlusten{11} minskas med 60 % till 80 % jämfört med traditionella silikonstålplåtar. Emellertid har amorfa legeringar lägre mättnadsmagnetisk flödestäthet och är känsliga för mekanisk påkänning, vilket ställer högre krav på den strukturella designen och tillverkningsprocessen av deras järnkärnor.
Ur ett strukturellt perspektiv är transformatorkärnor huvudsakligen indelade i två kategorier: laminerade kärnor och lindade kärnor. Staplad järnkärna tillverkas genom att skära kiselstålplåtar i specifika former och stapla dem en efter en. Den antar vanligtvis en struktur där kärnpelaren är separerad från järnoket, vilket är bekvämt för lindningsmontering och isoleringsbehandling. För att minska det magnetiska motståndet och excitationsströmmen vid fogen, antar modern lamineringsteknik generellt stegöverlappande eller snedställda fogar, vilket tillåter det magnetiska flödet att smidigt övergå i fogen. Tillverkningsprocessen för laminerade järnkärnor är mogen och lämplig för transformatorer med olika kapacitetsnivåer, särskilt krafttransformatorer med stor kapacitet. Å andra sidan bildas en lindad järnkärna genom att linda en kontinuerlig remsa av kiselstål till ett slutet cirkulärt eller rektangulärt- tvärsnitt, utan behov av hörnfogar. Den magnetiska kretsen är kontinuerlig och komplett, och järnförlusten och bruset är lägre än för en laminerad struktur. Den lindade järnkärnan används huvudsakligen i små och medelstora-distributionstransformatorer, särskilt i den tre-dimensionella triangulära lindade järnkärnstrukturen. De tre järnkärnkolonnerna är arrangerade i en liksidig triangel, med symmetriska magnetiska kretsar, trefasbalans och högre mekanisk styrka och lägre tomgångsström. Utrustningsinvesteringen för lindning av järnkärnor är dock relativt hög, och lindningen måste lindas direkt på den slutna järnkärnan, vilket har vissa begränsningar för flexibiliteten i produktionsprocessen.
The manufacturing process of iron core covers multiple key links from material cutting to final assembly. Firstly, the longitudinal and transverse cutting processes of silicon steel sheets are carried out. The rolled silicon steel strip is cut into specific shaped pieces according to the design dimensions through high-precision cutting lines. For oriented silicon steel, it is necessary to strictly ensure that the shear direction is consistent with the rolling direction, otherwise it will significantly reduce the magnetic conductivity of the material and increase losses. The cut sheet material undergoes deburring treatment and then enters the stacking process. In modern iron core production lines, the stacking operation often uses a pneumatic flipping stand stacking table, combined with precise positioning fixtures, to ensure that the misalignment tolerance between pieces is controlled within a very small range. After the stacking is completed, the iron core needs to be tied and compressed to prevent noise and additional losses caused by inter piece vibration during operation. For the iron core of large capacity transformers, uniform clamping force should be applied at the end, and fixed structures such as insulation pressure plates and through screws should be set up. After the iron core is stacked and compressed, it is usually necessary to conduct a visual inspection and dimensional measurement to confirm that the joints are tight, there are no warping or short circuits before entering the next process.
Among the performance parameters of the iron core, no-load loss and no-load current are the most concerned indicators. The no-load loss is mainly composed of hysteresis loss and eddy current loss. The former is proportional to the hysteresis loop area and alternating frequency of the material, while the latter is proportional to the square of the sheet thickness, the square of the magnetic flux density, and the square of the frequency. Therefore, using thinner silicon steel sheets (such as 0.23mm or 0.27mm instead of the traditional 0.35mm) and increasing the electrical resistivity of silicon steel sheets are effective ways to reduce eddy current losses. The no-load current depends on the magnetization characteristics of the iron core, and the excitation current of high-quality iron cores at rated voltage is usually only 0.5% to 2% of the rated current. The joint form and assembly quality of the iron core have a significant impact on the no-load current. Local high magnetic resistance areas are generated at the joint due to the perpendicular passage of magnetic flux between the sheets, which will increase the excitation demand. In addition, the grounding method of the iron core is also a detail that cannot be ignored. Due to the floating potential generated by electric field induction during the operation of the iron core, intermittent discharge may occur if it is not grounded. However, if multiple points are grounded, a short circuit loop will be formed between the pieces, resulting in local overheating. Therefore, the standard practice is to reliably ground a certain point of the iron core and set up a grounding strip to lead it out to the outside of the fuel tank.
När den globala kraftindustrin övergår till effektivitet, grön och intelligens, utvecklas också transformatorkärnornas teknologi ständigt. Å ena sidan ersätter nya mjuka magnetiska material representerade av amorfa legeringar gradvis traditionella kiselstålplåtar, särskilt inom området för distributionstransformatorer som kräver extremt låga-lastförluster. Tillämpningsmöjligheterna för amorfa legerade järnkärnor är breda. Å andra sidan håller den tre-dimensionella lindade järnkärnstrukturen på att bli den vanliga tekniken för små och medelstora-högeffektiva transformatorer på grund av dess utmärkta magnetiska kretssymmetri och energi-besparande effekt. Samtidigt fortsätter digitaliserings- och automatiseringsnivån för tillverkningsprocesser att förbättras, och tillämpningen av avancerad utrustning som laserskärning, online tjockleksdetektering och automatiska staplingsrobotar har avsevärt förbättrat tillverkningsnoggrannheten och konsistensen hos järnkärnor. För transformatortillverkningsföretag hjälper det att behärska kärntekniken för järnkärna och kontinuerligt optimera dess design och process inte bara minska produktdriftsförlusterna och förbättra marknadens konkurrenskraft, utan också svara på det globala kravet på energibesparing och utsläppsminskning, och uppfyller allt strängare energieffektivitetsstandarder. Inom exporthandeln är förståelsen av de regulatoriska kraven i olika länder eller regioner för transformatorkärnmaterial och förlustgränser (såsom energieffektivitetsstandarderna från det amerikanska energidepartementet och EU:s direktiv om ekologisk design), och att omvandla dem till tekniska insatser för produktdesign, också en viktig förmåga som utrikeshandelspersonal måste vara uppmärksam på.
