تفاوت ترانس حلقوی با EI

 در طراحی ترانسفورماتورهای معمولی چند لایه، از یک سیم‌پیچ پیچیده شده به دور قرقره استفاده می کنند که این سیم‌پیچ روی ورقه‌های لایه E شکل قرار می‌گیرد. یک دسته به شکل “I” به “E” متصل می‌شود و مسیر مغناطیسی را تکمیل می‌کند.

 اتصال بین E و I یک اتصال کامل نیست و همیشه باعث ایجاد ناپیوستگی یا به وجود آمدن شکاف هوا، در مسیر جریان مغناطیسی می‌شود. این شکاف با داشتن رلوکتانس بیشتر، باعث ایجاد میدان مغناطیسی تابشی بیشتری می‌شود. در هر هسته شکاف‌دار، ویژگی‌های شکاف‌ها غیرقابل پیش‌بینی است و به فشار و کیفیت سطوح شکاف بستگی دارد.

 ویژگی دومی که باعث ایجاد جریان نشتی در ترانسفورماتور‌های هسته E-I می شود، عدم پیوستگی در سیم پیچ‌هایی است که، مسیر شار را احاطه کرده اند. سیم‌پیچ‌ها در نواحی کوتاهی از ورقه‌ها، متمرکز شده‌اند که بخش‌های بزرگی از مسیر شار را آشکار می‌کنند. انتقال ناگهانی از سیم‌پیچ‌ها به لایه‌های لخت فرصتی را برای شار مغناطیسی ایجاد می‌کند تا از محصور شدن هسته فرار کند و مسیرهای پیوندی را در خارج از ترانسفورماتور تشکیل دهد. انتقال در سیم پیچ‌ها همچنین می‌تواند منجر به القای نشتی زیادی در دستگاه شود.

 در ترانسفورماتور حلقوی ، هیچگونه شکاف هوایی وجود ندارد و هسته با گره‌هایی از یک نوار فولاد الکتریکی پیوسته، مانند فنر ساعت، محکم و استوار روی یک قالب پیچیده شده است. جوش نقطه ای، در ابتدا و انتهای آن از شل شدن جلوگیری می‌کند.  فشارهایی که با خروج از ریل و سیم‌پیچ ایجاد می‌شود، می‌تواند منجر به از دست دادن بیش از حد انتظار هسته شود، که با گرم کردن هسته پیچیده شده، این فشار تحت جو نیتروژن خشک کاهش می‌یابد.

 در نتیجه یک هسته پایدار و قابل پیش بینی، عاری از ناپیوستگی، سوراخ، گیره و شکاف داریم.

کاهش وزن و سایز

 در ساختار E-I، شار مغناطیسی تقریباً 25 درصد از مسیر را با ذرات فولادی همسو نیست (به شکل 1 مراجعه کنید).  این ناهماهنگی باعث تلفات مغناطیسی بیشتر می‌شود و حداکثر چگالی شار قابل استفاده در هسته را کاهش می‌دهد. راندمان بالاتر، با استفاده از درجات بالای ذرات فولاد، امکان‌پذیر است که باعث افزایش چگالی شار و در عین حال به حداقل رساندن تلفات می‌شود. 

 با این حال، حداکثر استفاده از این ویژگی‌ها تنها زمانی اتفاق می‌افتد که شار مغناطیسی در فولاد موازی با جهت ذرات باشد. در شکل 1 مشاهده می‌شود که شار مغناطیسی در یک هسته حلقوی 100% با ذرات فولاد همراستاست. چگالی کارکرد شار معمولی لمینت های EI، از 1.2 تا 1.4 تسلا است، در حالی که تروئیدها معمولاً از 1.6 تا 1.8 تسلا کار می‌کنند.

 در مقطع معینی از هسته، ولتاژ القا شده در یک سیم‌پیچ به طور مستقیم متناسب با چگالی شار و تعداد دورهاست. چگالی شار مجاز بالای یک ترانسفورماتور حلقوی، نیازمند دور سیم کمتری در سیم‌پیچ‌ها می‌باشد که بتوان نتیجه یکسانی دریافت کرد. طی مقایسه یک لمینت شناخته شده 960 VA E-I ، با یک حلقوی معادل، وزن و حجم تروئید 50 درصدکمتر از لمینت E-I به دست آمده است.

 اغلب در یک محصول که از ورقه‌های E-I استفاده می‌کند، می‌توان E-I را با یک تروئید جایگزین کرد که تقریباً همان تاثیر را دارد، اما ارتفاع آن تنها 60 درصد با ترانس EI مشابه است. بهترین حالت آن است که بدون افزایش اندازه آن، توان منبع تغذیه را افزایش دهیم، E-I ممکن است با یک تروئید هم‌اندازه‌ی E-I جایگزین شود، اما 1.5 تا 2 برابر توان آن را دارد.

 درست است که سوراخ مرکزی یک ترانسفورماتور حلقوی جهت تهیه سیم‌پیچ، مقداری از حجم تلف شده را اشغال می‌کند اما، این کمبود حجم هدر رفته، با مزیت حجمی تروئید در حدود 50 VA و بالاتر از آن برطرف می‌شود. بنابراین، در ترانسفورماتورهایی با ولتاژ کمتر از 50 VA، کاهش اندازه یک ویژگی محسوب نمی‌شود، اما مزایای دیگر همچنان باقیست.

صدای وزوز 

 صدای وزوز در ترانسفورماتورها در اثر لرزش سیم‌پیچ‌ها و لایه‌های هسته(به دلیل نیروهای بین چرخشی سیم‌پیچ و لایه‌های هسته) ایجاد می‌شود. گیره ها، نوارها، پرچ ها و جوش ها نمی‌توانند کل سازه را ببندند.

 لاک تا حد کمی به لمینیت ها نفوذ می‌کند و لمینیت‌ها به مرور زمان شل می‌شوند در نتیجه وزوز فزاینده‌ای را تولید می‌کنند. ماهیت ساختار ترانسفورماتور حلقوی به کاهش نویز صوتی کمک می‌کند. هسته به شکل فنر ساعتی محکم پیچ می‌شود، نقطه جوش می‌شود، آنیل می‌شود و با رزین اپوکسی پوشانده می‌شود.

صدای وزوزی که بلافاصله پس از استفاده از پاور شنیده می‌شود، ممکن است در قسمت حلقوی قابل توجه باشد ولی پس از چند ثانیه، بعد از اعمال پاور به سطحی آرام‌تر می‌رسد. این نتیجه‌ی جریان هجومی بیشتری ابه تروئید است.

بهره‌وری

 بازدهی ترانسفورماتور به صورت زیر بیان می‌شود:

                                 توان خروجی مفید

بهره‌وری = _____________________________________

                         نیروی ورودی به ترانسفورماتور

 مابه التفاوت بین توان خروجی مفید و نیروی ورودی با تلفات در هسته و سیم پیچ ها مصرف می‌شود. مدار مغناطیسی ایده‌آل حلقوی، توانایی کار با چگالی شار بالا نسبت به لایه‌های E-I، تعداد دور سیم مورد نیاز و یا سطح مقطع هسته را کاهش می‌دهد که این دو باعث کاهش تلفات می‌‎شوند. ترانسفورماتورهای حلقوی معمولاً 90 تا 95 درصد بهره‌وری دارند. در حالی که لمینت‌های E-I بازدهی معمولی کمتر از 90 درصدی دارند.