Penggulungan pengubah hampir keseluruhannya diperbuat daripada kuprum, khususnya, kuprum kekonduksian tinggi. Tembaga mempunyai banyak kegunaan dalam industri elektrik. Sebagai tambahan kepada sifat mekanikalnya yang sangat baik, kuprum mempunyai kekonduksian elektrik tertinggi di kalangan bahan logam industri. Kuprum mempunyai nilai penting dalam transformer kerana prestasinya yang baik boleh mengurangkan jumlah penggulungan dan meminimumkan kehilangan beban.
1. Kehilangan beban
Kehilangan beban pengubah adalah sebahagian daripada kerugian yang disebabkan oleh arus beban, yang berbeza dengan kuasa dua arus beban. Arus beban boleh dibahagikan kepada tiga bahagian:
1) Kehilangan rintangan dalam wayar penggulungan dan petunjuk;
2) Kehilangan arus pusar wayar penggulungan;
3) Kehilangan arus pusar bagi tangki bahan api dan komponen struktur keluli.
Mengurangkan bilangan lilitan belitan, meningkatkan-luas keratan rentas wayar atau gabungan kedua-duanya boleh mengurangkan kehilangan rintangan. Mengurangkan bilangan lilitan memerlukan peningkatan-luas keratan rentas teras besi, tetapi akibat berbuat demikian ialah peningkatan berat dan kehilangan teras besi. Oleh itu, pengurangan kehilangan beban boleh ditukar dengan peningkatan tanpa-kehilangan beban, dan sebaliknya. Meningkatkan saiz rangka teras besi memerlukan pengurangan ketinggian belitan untuk mengimbangi impedans, supaya impedans kekal malar. Walaupun impedans sebahagiannya mengimbangi akan mengurangkan bilangan lilitan (tujuan awal). Mengurangkan ketinggian paksi belitan bermakna mengurangkan ketinggian lajur teras besi, yang juga boleh sedikit sebanyak mengimbangi peningkatan berat teras besi yang disebabkan oleh peningkatan saiz bingkai. Oleh itu, variasi kehilangan sepadan dengan satu atau dua saiz bingkai adalah tidak ketara, jadi rangka teras besi yang optimum boleh dipilih untuk memenuhi keperluan lain, seperti nisbah tetap kehilangan beban atau keperluan ketinggian pengangkutan.
Laluan arus pusar bagi wayar penggulungan adalah sangat kompleks. Fluks kebocoran belitan pengubah boleh menyebabkan perubahan dalam fluks jejari dan paksi belitan dalam mana-mana ruang tertentu dan pada bila-bila masa. Perubahan fluks magnet mendorong voltan, yang menyebabkan arus mengalir dalam arah yang berserenjang dengan perubahan fluks magnet. Meningkatkan rintangan laluan semasa boleh mengurangkan amplitud arus, atau ia boleh dicapai dengan mengurangkan jumlah -luas keratan rentas wayar penggulungan atau membahagikan wayar penggulungan kepada banyak berkas wayar berpenebat (sama seperti cara teras besi bertindan boleh mengurangkan kehilangan arus pusar dalam teras besi). Yang pertama meningkatkan jumlah rintangan penggulungan, yang seterusnya meningkatkan kerugian rintangan. Sebaliknya, jika jumlah -luas keratan rentas wayar dinaikkan untuk mengurangkan kehilangan perintang, hasilnya pasti akan menjadi peningkatan kehilangan arus pusar. Oleh itu, percanggahan ini hanya boleh diselesaikan dengan mengurangkan-luas keratan rentas helai wayar dan menambah jumlah bilangan helai. Kos penggulungan selari wayar adalah tinggi, jadi pengeluar berharap untuk mengehadkan jumlah bilangan helai selari, dan meningkatkan bilangan helai akan meningkatkan lapisan penebat, mengakibatkan kitaran tugas penggulungan yang lemah.
Mengurangkan saiz adalah penting untuk mana-mana komponen peralatan elektrik. Ini benar terutamanya untuk belitan pengubah. Saiz belitan transformer menentukan saiz transformer. Seperti yang dinyatakan di atas, belitan mesti mempunyai-luas keratan rentas yang besar untuk mencapai tahap kehilangan beban yang boleh diterima, bukan sahaja kerana kehilangan itu adalah pembaziran untuk pengguna, tetapi juga kerana haba yang dijana oleh kehilangan itu mesti dilesapkan melalui saluran minyak penyejuk. Sekiranya kerugian meningkat, lebih banyak ruang mesti disediakan untuk laluan minyak, yang juga akan meningkatkan saiz belitan dan saiz teras besi. Meningkatkan saiz teras besi akan meningkatkan kehilangan-beban teras besi. Di samping itu, apabila saiz belitan meningkat, tangki minyak juga mesti dinaikkan secara sepadan, mengakibatkan peningkatan dalam penggunaan minyak dan secara beransur-ansur menjejaskan keseluruhan proses pembuatan. Sebaliknya, mengurangkan saiz belitan sering membawa kepada pengurangan saiz keseluruhan pengubah, yang seterusnya menjimatkan aspek lain. Sebagai bahan yang paling ekonomik boleh memenuhi piawaian umum di atas dan boleh dibeli di pasaran komersial, tembaga kekonduksian tinggi secara semula jadi menjadi pilihan pilihan untuk bahan penggulungan pengubah.
Kehilangan arus pusar tangki bahan api dan komponen struktur keluli dalaman, seperti pengapit teras besi, disebabkan oleh fluks magnet kebocoran, dan mengawal kehilangan arus pusar terutamanya melibatkan mengawal fluks magnet kebocoran.
Pada tahun 1960-an, terdapat satu tempoh peningkatan pesat dalam harga tembaga, dan orang ramai cuba menggantikan tembaga dengan aluminium, yang jauh lebih murah daripada tembaga, dalam pelbagai peranti elektrik. Sememangnya, dalam tempoh ini, penggunaan aluminium untuk membuat kabel adalah sangat biasa dan terdapat rancangan untuk terus menggunakannya sejak itu. Walau bagaimanapun, walaupun beberapa belitan pengubah yang lebih besar diperbuat daripada wayar aluminium, terutamanya digalakkan oleh pengeluar aluminium, amalan telah membuktikan bahawa penggunaan bahan aluminium dalam pengubah kuasa besar mempunyai banyak kelemahan.
Aluminium hanya sesuai untuk aspek transformer tertentu, dengan belitan foil menjadi yang paling menonjol, yang memerlukan pengkapsulan resin. Dalam kes ini, pekali pengembangan haba aluminium adalah lebih dekat dengan resin daripada tembaga. Oleh itu, resin jarang retak semasa memuatkan.
Sumber perlombongan tembaga banyak terdapat di seluruh dunia. Kelebihan kuprum yang luar biasa ialah ia mudah dikitar semula. Ia mudah untuk mengekstrak dan menapis daripada sisa, menghalang pembangunan sumber mineral yang tidak perlu. Tembaga kekonduksian tinggi mempunyai pelbagai aplikasi dalam industri elektrik. Sebilangan besar jenis kuprum yang berbeza boleh disenaraikan, tetapi kebanyakan industri elektrik memilih kuprum tegar elektrolitik (Cu-ETP-2) atau kuprum CH-ETP1 gred yang lebih tinggi. Yang pertama ialah kuprum kekonduksian tinggi (mengandungi-oksigen), yang telah menjalani penapisan elektrolitik untuk mengurangkan kekotoran, dengan jumlah tahap kekotoran di bawah 0.03%. Di UK, Cu-ETP-2 ialah kuprum tuang dan C101 ialah tembaga palsu. Tembaga jenis ini boleh diproses dengan mudah ke dalam pelbagai bentuk dan boleh tertakluk kepada pemprosesan panas atau sejuk. Ia tidak mudah retak semasa proses pemprosesan panas kerana unsur plumbum dan bismut yang menyebabkan keretakan telah dihadkan dalam julat tertentu; Cu-ETP-1 yang terakhir ialah kuprum tuang, dan C100 ialah kuprum palsu. Kedua-dua bahan ini digunakan oleh kilang pengeluaran kerana kelebihannya yang boleh diproses pada mesin penggulungan dan wayar berkelajuan tinggi moden dan boleh disepuhlindapkan dalam talian. Tembaga ini adalah bahan mentah yang sangat baik untuk membuat pelbagai wayar enamel. Dalam proses menghasilkan wayar enamel ini, penyepuhlindapan suhu rendah yang berterusan diperlukan untuk memastikan wayar tersebut mempunyai sifat pemprosesan semula yang baik.
2. Proses pengeluaran kuprum kekonduksian tinggi
Seperti yang dinyatakan di atas, tembaga diekstrak dan ditapis di banyak negara di seluruh dunia. Produk tembaga tuang pelebur datang dalam pelbagai bentuk, bergantung pada jenis-bahan separuh siap untuk diproses selanjutnya. Kuprum elektrolitik katodik ialah produk ditapis elektrolitik kuprum. Sebelum digunakan, ia mesti dicairkan semula dan kemudian dibuang ke dalam "bentuk produk peleburan" yang berbeza. Bilet digunakan untuk menekan panas, jongkong tembaga digunakan untuk menggulung plat tembaga, bar boleh digunakan untuk melancarkan rod tembaga, dan rod tembaga digunakan untuk menarik wayar tembaga. Variasi saiz kuprum elektrolitik ditentukan oleh pelebur. Secara umumnya, ia berbentuk plat-, dengan dimensi 1200mm * 900mm dan berat 100-300kg.
Diameter jongkong tembaga biasanya 200mm dan panjangnya tidak melebihi 750mm, supaya ia boleh diletakkan di dalam kotak penekan panas. Selepas menekan panas secara am, jongkong tembaga (atau blok tembaga) perlu ditarik ke dalam saiz yang diperlukan menggunakan mesin lukisan dawai berbilang pas, yang boleh ditekan ke dalam plat tembaga, kepingan tembaga, jalur tembaga dan kerajang tembaga. Pada masa ini, hampir semua jongkong tembaga dibuang secara berterusan. Umumnya, guling panas dilakukan dari 150mm hingga 9mm, diikuti dengan guling sejuk.
Selepas penggelek panas, plat tembaga menjadi bilet dawai tembaga, yang perlu dibuang secara mendatar untuk mempunyai lapisan oksida di permukaan. Ia kini boleh dilakukan secara berterusan secara menegak dengan gergaji yang digantung pada peralatan untuk memotongnya mengikut panjang tertentu, tetapi amalan ini jarang digunakan pada masa ini.
Kawat tembaga kosong merujuk kepada bahan tembaga yang digulung menjadi diameter 6-35mm (biasanya 9mm), yang boleh ditarik untuk membuat wayar tembaga. Untuk satu tempoh masa, berat bilet dawai kuprum yang digulung dihadkan kepada 100kg, iaitu berat kelompok plat kuprum yang digulung menjadi bilet dawai kuprum. Jadi, sebelum menghantar wayar tembaga kosong ke mesin lukisan wayar berterusan, kimpalan arka harus digunakan untuk mengimpal cakera bersama-sama.
Amalan semasa ialah mencairkan kuprum elektrolitik secara berterusan dalam relau menegak, dan kemudian, di bawah kawalan ketat kepekatan oksigen, menghantar kuprum cair ke acuan yang boleh dibentuk secara berterusan. Bahan mentah yang dibentuk oleh acuan kemudiannya terus dimasukkan ke dalam kilang rolling panas berbilang port. Kosong wayar tembaga yang diperolehi dengan cara ini boleh menimbang beberapa tan setiap plat. Untuk memudahkan lukisan wayar seterusnya, bilet dawai kuprum ini perlu dihantar ke-kilang gelek berkelajuan tinggi, yang menjalankan penyepuhlindapan berperingkat pada bilet dawai kuprum halus yang digulung pada kelajuan barisan pengeluaran melalui pemanasan rintangan. Kaedah ini menggantikan kaedah penyepuhlindapan kelompok sebelumnya dan telah menunjukkan manfaat ekonomi yang ketara, tetapi ia memerlukan-kuprum berkualiti tinggi secara konsisten.
3. Sifat elektrik dan haba kuprum
Kuprum bukan sahaja konduktor elektrik yang baik, tetapi juga konduktor haba yang baik. Piawaian untuk menilai konduktor lain ialah "Piawaian Antarabangsa untuk Tembaga Annealed" yang diterbitkan pada tahun 1913, yang menyatakan bahawa kuprum mempunyai kekonduksian sebanyak 100%.
4. aloi tembaga kekonduksian tinggi
Terdapat banyak aloi kuprum dan aloi kuprum kekonduksian tinggi, semuanya mempunyai kegunaan khusus dalam pelbagai jenis peranti kuasa. Kebanyakan unsur mempunyai keterlarutan tertentu dalam kuprum. Dan bahan-bahan tidak larut itu hampir tidak mempunyai kesan ke atas kekonduksian, dan mereka sering ditambah untuk meningkatkan pemprosesan mekanikal dan sifat-sifat lain tembaga kekonduksian tinggi.
Setakat ini, aloi yang paling berguna untuk pereka pengubah ialah tembaga perak. Menambah perak kepada tembaga tulen akan meningkatkan suhu pelembutannya dengan ketara dan hampir tidak mempunyai kesan ke atas kekonduksian. Jumlah minimum perak yang ditambahkan pada aloi tembaga perak am ialah 0.01%, yang boleh memberikan kekuatan mekanikal yang diperlukan untuk belitan kuprum pengubah, menahan daya litar-pendek yang dijana oleh kerosakan luaran dan litar pintas semasa operasi, dan meningkatkan sifat mekanikal kuprum yang lain, terutamanya rintangan rayapan. Kelemahan bahan ini ialah selepas menambah perak, kekerasannya meningkat, menjadikannya sukar untuk digulung, jadi penggunaannya terhad kepada transformer yang lebih besar yang memerlukan kekuatan mekanikal yang sangat tinggi.
Maklumat lanjut tentang kuprum elektrik, termasuk pengekstrakan kuprum dan sifat elektrik dan mekanikalnya, boleh didapati daripada buku kecil "High Conductivity Copper" yang dikeluarkan oleh British Copper Development Association. Penerangan terdahulu tentang tembaga adalah berdasarkan buku kecil ini.
5. Wayar penggulungan kuprum
Wayar kuprum yang digunakan dalam belitan pengubah hampir keseluruhannya berbentuk segi empat tepat-bahagian dawai kuprum atau jalur kuprum, menurut piawaian Eropah EN13601:2002 "Emas Dielektrik Tembaga dan Tembaga, Rod Tembaga dan Wayar Tembaga untuk Kegunaan Elektrik Am". Selain menentukan keperluan ketulenan, pembulatan, kerintangan dan saiz margin untuk konduktor kuprum, lampiran juga menyenaraikan saiz yang disyorkan. Penggulungan yang diperbuat daripada dawai kuprum bulat mempunyai kitaran tugas yang lebih rendah dan kestabilan mekanikal yang lebih lemah berbanding dengan penggulungan dawai kuprum rata. Kawat tembaga bulat biasanya hanya digunakan dalam transformer pengedaran kecil dengan voltan sederhana, dan wayar bulat adalah dalam bentuk wayar enamel. Penggulungan jenis khas mesti dililit dengan dawai kuprum bulat
