Espessura da laminação do núcleo do transformador EI: como escolher o valor correto em mm

Espessura da laminação do núcleo do transformador EI: os números que você precisa

Se você estiver especificando, reparando ou reprojetando um transformador EI, a primeira questão central geralmente é: qual a espessura de cada laminação? Para um transformador de frequência de rede a resposta prática é 0,35 mm ou 0,50 mm . A maioria dos tamanhos de laminação EI padrão, de EI-28 a EI-96, são estampados em aço silício não orientado de 0,50 mm, enquanto 0,35 mm é escolhido quando o projeto deve reduzir a perda sem carga, diminuir o aumento de temperatura ou reduzir o ruído audível. As respostas dos livros didáticos geralmente citam 0,25–0,5 mm como faixa geral; as estampagens EI comerciais, entretanto, convergem para 0,35 e 0,50 mm porque as ferramentas e os tipos de aço são padronizados.

Um ponto causa mais erros de especificação do que qualquer outro: espessura da laminação é a espessura de uma única chapa de aço, não a largura do núcleo empilhado . Uma construção de núcleo de 40 mm, por exemplo, contém 80 folhas de aço de 0,50 mm ou cerca de 114 folhas de aço de 0,35 mm. Confundir esses dois valores é o erro mais comum na ordenação do núcleo EI.

Transformadores padrão 50/60 Hz: 0,35–0,50 mm
Equipamento aeroespacial e industrial de 400 Hz: 0,10–0,20 mm
Transformadores inversores de 1–5 kHz: 0,05–0,10 mm
Acima de 10 kHz: núcleos de ferrite ou amorfos, não laminações estampadas

Por que a espessura da laminação controla diretamente a perda do núcleo

Existem laminações para confinar correntes parasitas. O fluxo alternado induz correntes circulantes no interior do aço; um bloco sólido de ferro carregaria enormes correntes parasitas e superaqueceria em minutos. Cortar o núcleo em folhas isoladas limita essas correntes ao volume de cada folha fina.

P _e =K _e × f² × B² × t²

Nesta expressão de perda por corrente parasita, t é a espessura da laminação, f é a frequência, B é a densidade de pico de fluxo e K _e é uma constante material. O termo t² é o mais importante: duplicar a espessura aumenta o componente da corrente parasita em cerca de quatro vezes, enquanto reduzi-lo para metade reduz esse componente para um quarto. A perda por histerese, por outro lado, depende do material e da densidade do fluxo, não da espessura da laminação, de modo que a melhoria total da perda do núcleo do aço mais fino é sempre menor do que apenas a redução das correntes parasitas.

Perda relativa de correntes parasitas por espessura da laminação (0,35 mm = 100)

33

0,20 mm

100

0,35mm

204

0,50 mm

345

0,65 mm

Escalas de perda por correntes parasitas com o quadrado da espessura da laminação; os valores são índices relativos, não watts absolutos.

Em um núcleo EI típico de 0,50 mm a 50Hz, a perda sem carga se divide aproximadamente em 55% de histerese, 40% de corrente parasita e 5% de perda parasita:

Histerese 55%
Corrente parasita 40%
Perdido 5%

Divisão de perda aproximada para um núcleo de grau M-45 de 0,50 mm a 50 Hz e cerca de 1,5 T; a proporção de redemoinhos cai quando aço mais fino é usado.

Mover de 0,50 mm para 0,35 mm normalmente reduz a parcela de correntes parasitas pela metade, e é por isso que um núcleo de 0,35 mm funciona mensuravelmente mais frio e consome menos corrente sem carga. A penalidade é o maior custo do material e um pouco mais de folhas para empilhar na mesma área central.

Espessura típica de laminação por frequência, tamanho e classe de material

A frequência é o primeiro filtro ao selecionar a espessura; o grau do material é o segundo. Os transformadores EI normalmente usam aço silício não orientado porque o formato EI possui cantos onde a orientação dos grãos não pode ser totalmente explorada. As designações AISI comuns são M-45, M-22 e M-19, e existem classes equivalentes de acordo com a IEC e a maioria dos padrões nacionais.

A frequência, e não o tamanho do núcleo, é o principal fator da espessura da laminação.
Aplicação	Espessura típica	Material típico
Transformadores de rede de 50–60 Hz	0,35–0,50 mm	M-45, M-22, M-19 (não orientado)
Equipamento aeroespacial e industrial de 400 Hz	0,10–0,20mm	Tira fina não orientada ou com grãos orientados
Transformadores inversores de 1–5 kHz	0,05–0,10 mm	Níquel-ferro ou tira fina de silício
Acima de 10 kHz	Núcleo de ferrite (não aplicável)	Ferrita Mn-Zn

Designações de aço elétrico AISI; Equivalentes IEC estão comumente disponíveis.
Nota	Espessura comum	Função típica
M-45	0,50 mm	Transformadores de potência EI de uso geral, projetos sensíveis ao custo
M-22	0,50 mm	Transformadores de controle e isolamento industriais com limites de perda moderados
M-19	0,35mm	Transformadores EI médicos e de áudio de maior eficiência
M-19 ou melhor	0,27–0,30mm	Projetos premium de baixa perda onde o custo extra é aceitável

Índice relativo de perda total do núcleo para ambas as espessuras; a lacuna aumenta com a frequência porque o termo da corrente parasita é dimensionado com f².

Como escolher a espessura certa de laminação

Escolha com números, não com hábito. A maioria dos designers trabalha em sete pontos antes de se comprometer com uma especificação central:

Confirme a frequência operacional e qualquer requisito de redução entre 50 e 60 Hz.
Defina o teto de perda sem carga de acordo com a especificação do cliente, classe de eficiência ou limite de aumento de temperatura.
Estime a perda do núcleo na densidade de fluxo planejada, geralmente 1,5–1,7 T para um núcleo EI de 50 Hz.
Compare as curvas de perda de 0,50 mm e 0,35 mm para o mesmo tipo de aço silício.
Verifique o fator de empilhamento: cerca de 0,95–0,97 para 0,50 mm e um pouco menor para 0,35 mm porque o revestimento isolante ocupa uma parcela maior de cada folha.
Confirme o custo: o aço mais fino custa mais por quilo e precisa de mais chapas para atingir a mesma área de ferro.
Construa um protótipo e verifique a corrente sem carga, o aumento de temperatura e o ruído audível antes da aprovação.

Se a janela do núcleo já estiver fixa e o transformador esquentar, 0,35 mm é a atualização prática porque reduz a parcela de perda por correntes parasitas. Se o projeto for baseado em custos e o aumento de temperatura for aceitável, 0,50 mm continua sendo o padrão mais inteligente para trabalho em 50/60 Hz.

Um risco oculto merece atenção: folhas muito finas são mais difíceis de estampar de maneira limpa e rebarbas nas bordas perfuradas causam curto-circuito nas laminações adjacentes . Especifique um limite de altura de rebarba no contrato de compra, caso contrário, o custo extra do aço fino pode ser perdido devido ao curto-circuito na borda.

O que verificar ao adquirir laminações ou transformadores EI acabados

A espessura em uma folha de dados nem sempre é a espessura na caixa. Ao qualificar um fornecedor, três medidas são mais importantes: espessura da chapa, altura da rebarba e fator de empilhamento. Meça a espessura da chapa com um micrômetro em três ou mais pontos e compare a média e a dispersão com a tolerância de ±0,03 mm típica do aço elétrico comercial. A altura da rebarba nas bordas puncionadas deve permanecer igual ou inferior a 0,05 mm, idealmente 0,03 mm para aço de 0,35 mm. O fator de empilhamento é a altura medida da pilha dividida pelo produto do número de folhas e a espessura nominal da folha; espere pelo menos 0,95 para laminações envernizadas de 0,50 mm.

Essas verificações de aceitação detectam a maioria dos erros de especificação principais antes do retrabalho dispendioso.
Parâmetro	Aceitação típica	Por que isso importa
Espessura da folha	Nominal ± 0,03mm	A perda por correntes parasitas depende de t², portanto, uma mudança de tolerância altera a curva de perda diretamente
Altura da rebarba	≤ 0,05 mm (0,03 mm ideal)	Rebarba curto nas laminações adjacentes, aumentando a corrente sem carga e criando pontos quentes
Fator de empilhamento	≥ 0,95 para 0,50 mm	Um fator menor força uma pilha mais alta e um custo de cobre mais alto para a mesma área de ferro
Revestimento interlaminar	Revestimento C-2, C-3 ou grau recozido	A integridade do revestimento é o que faz com que as folhas finas se comportem como circuitos magnéticos separados
Perda sem carga em V/Hz nominal	Dentro de ±10% do valor cotado	Confirma se a classe e a espessura entregues correspondem ao projeto

Um fabricante com uma linha de transformadores EI estabelecida normalmente apoia esta verificação com dados de produção. A equipe Ningbo Chuangbiao, apresentada no página Sobre da empresa , lista os transformadores EI como sua especialidade e afirma que cada transformador passa por um teste elétrico completo antes da entrega. Se o seu projeto precisar de um tamanho EI não padronizado ou de um tipo específico de aço silício, indique a espessura da laminação, o limite de perda e as condições de teste em um solicitação de personalização então a fábrica mede exatamente o que você irá medir.

Espessura da laminação do núcleo EI: perguntas comuns, respostas diretas

0,35 mm é sempre melhor que 0,50 mm?

Não. Em 50/60 Hz, 0,35 mm reduz o componente de correntes parasitas da perda do núcleo em aproximadamente metade em comparação com 0,50 mm do mesmo tipo, mas o aço custa mais e a pilha precisa de mais folhas. Para transformadores pequenos com margem de temperatura confortável, 0,50 mm é a escolha econômica e comprovada. Escolha 0,35 mm quando a especificação definir um limite de perda sem carga, uma meta de baixo aumento de temperatura ou operação em serviço contínuo.

Mudar um transformador quente de 0,50 mm para 0,35 mm corrigirá o superaquecimento?

Provavelmente, mas não é uma troca imediata. Laminações mais finas reduzem a parte da corrente parasita da perda do núcleo, de modo que a temperatura do núcleo cai e a corrente sem carga cai. O número de folhas muda para a mesma área central e a nova corrente sem carga, aumento de temperatura e ruído audível devem ser verificados novamente em um protótipo antes da produção.

Que espessura um transformador EI de 400 Hz deve usar?

Cerca de 0,10–0,20 mm. Como a perda por correntes parasitas é escalonada com f², um núcleo construído com aço de 0,50 mm superaqueceria rapidamente a 400 Hz. Mover para 0,20 mm reduz o componente de corrente parasita para cerca de 16% de seu valor de 0,50 mm na mesma densidade de fluxo.

Posso medir a espessura da laminação sem desmontar um transformador acabado?

Apenas aproximadamente. A borda central mostra as linhas da folha, mas a folha externa geralmente contém tinta ou verniz, portanto sua leitura inclui o revestimento. Para testes de aceitação, use uma laminação sobressalente ou um núcleo inacabado, faça leituras em vários pontos com um micrômetro e calcule a média delas em vez de confiar em uma única medição.

Resumindo: para a maioria dos transformadores EI de 50/60 Hz, 0,50 mm é o padrão econômico e 0,35 mm é a atualização com menor perda. Coloque a espessura da laminação, o tipo de aço, o limite de rebarbas e o teste de perda sem carga em sua consulta e revise o página inicial da empresa para obter informações sobre a linha de produtos antes de se comprometer com um fornecedor.