ٹرانسفارمر آئرن کور کی تفصیلی وضاحت اصل: پاور ٹرانسفارمرز کا وژن

ٹرانسفارمر کے "دل" کے طور پر، آئرن کور برقی مقناطیسی توانائی کی تبدیلی میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔ یہ نہ صرف ٹرانسفارمرز کی توانائی کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے بلکہ اس کا براہ راست تعلق آلات کے حجم، وزن اور آپریشنل اعتبار سے بھی ہوتا ہے۔ آج کل صنعتی خالص لوہے سے لے کر بے ساختہ مرکب تک لوہے کے بنیادی مواد کے ارتقاء نے ٹرانسفارمر ٹیکنالوجی کی شاندار ترقی کا مشاہدہ کیا ہے۔

آئرن کور کی بنیادی تقریب اور کارکردگی کی ضروریات
ٹرانسفارمر کور کا بنیادی کام ایک موثر مقناطیسی سرکٹ فراہم کرنا ہے، جس سے برقی توانائی کو برقی مقناطیسی انڈکشن کے اصول کے ذریعے مختلف سرکٹس کے درمیان منتقل کیا جا سکتا ہے۔ آئرن کور کی کارکردگی ٹرانسفارمر کے تکنیکی اور اقتصادی اشارے کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔ لوہے کے بنیادی مواد کے لیے بنیادی تقاضے یہ ہیں: ایک مخصوص فریکوئنسی اور مقناطیسی بہاؤ کثافت پر لوہے کے کور کا کم نقصان، اور ایک مخصوص مقناطیسی فیلڈ کی طاقت پر اعلی مقناطیسی بہاؤ کثافت۔
بنیادی نقصان میں دو حصے شامل ہیں: ہسٹریسس نقصان اور ایڈی کرنٹ نقصان۔ Hysteresis کے نقصان کا تعلق مادی مقناطیسیت کی دشواری سے ہے، جبکہ ایڈی کرنٹ کا نقصان آئرن کور میں مقناطیسی بہاؤ کے متبادل کی وجہ سے گردش کرنے والے کرنٹ کی وجہ سے ہوتا ہے۔ ان نقصانات کو کم کرنے کے لیے، مثالی لوہے کے بنیادی مواد میں اعلیٰ برقی مزاحمتی صلاحیت، اعلی مقناطیسی پارگمیتا، اور کم جبر ہونا چاہیے۔

لوہے کے بنیادی مواد کے ارتقاء کا عمل
ٹرانسفارمر بنیادی مواد کی ترقی ایک طویل اور دلچسپ سفر سے گزری ہے۔ ابتدائی ٹرانسفارمر کور میں عام کاربن اسٹیل وائر یا کاربن اسٹیل کو مقناطیسی مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا۔ 1885 میں، ہنگری میں گنز فیکٹری نے ایک بند مقناطیسی سرکٹ کے ساتھ پہلا سنگل فیز ٹرانسفارمر تیار کیا، اور اس کا آئرن کور اس قسم کے مواد سے بنا تھا۔

1900 میں، RA Hadfield، ایک انگریز، اور دوسروں نے پایا کہ ہلکے اسٹیل میں سلیکان شامل کرنے سے مزاحمتی صلاحیت میں بہتری، ایڈی کرنٹ اور ہسٹریسس کے نقصانات کو کم کیا جا سکتا ہے، اور "بنیادی عمر" کے رجحان کو کم کیا جا سکتا ہے۔ 1903 میں، ریاستہائے متحدہ اور جرمنی نے گرم رولڈ سلکان سٹیل شیٹس کی پیداوار شروع کی، سلکان سٹیل کی چادروں کے دور کے آغاز کو نشان زد کیا.
ہاٹ رولڈ سلکان اسٹیل شیٹس میں ناہموار کارکردگی اور زیادہ نقصانات جیسے مسائل ہوتے ہیں۔ 1930 کی دہائی میں، کولڈ رولڈ سلکان سٹیل شیٹس کی ٹیکنالوجی میں پیش رفت ہوئی۔ 1933 میں، گاس نے رولنگ سمت کے ساتھ اعلی مقناطیسی خصوصیات کے ساتھ 3% Si اسٹیل تیار کرنے کے لیے دو کولڈ رولنگ اور اینیلنگ کے طریقے استعمال کیے تھے۔ 1935 میں، ریاستہائے متحدہ کی آرمکو اسٹیل کمپنی نے ویسٹنگ ہاؤس کمپنی کے ساتھ مل کر کولڈ رولڈ اورینٹڈ سلکان اسٹیل کی پیداوار شروع کی۔

1960 کی دہائی کے بعد، بڑے صنعتی ممالک نے آہستہ آہستہ ہاٹ رولڈ سلکان سٹیل شیٹس کی پیداوار بند کر دی اور بہتر کارکردگی کے ساتھ کولڈ رولڈ سلیکون سٹیل شیٹس کا رخ کیا۔ 1964 میں، جاپان کی نپون اسٹیل کارپوریشن نے اعلی پارگمیتا اناج پر مبنی کولڈ رولڈ سلکان اسٹیل شیٹس (Hi-B اسٹیل) تیار کیں، جس سے ٹرانسفارمرز کے بغیر بوجھ کے نقصانات کو مزید کم کیا گیا۔
1970 کی دہائی میں، بے ساختہ کھوٹ کے مواد نے تاریخی مرحلے پر اپنا آغاز کیا۔ 1974 میں، یونائیٹڈ مائیکرو الیکٹرانکس کارپوریشن نے لوہے پر مبنی بے ساختہ مرکبات تیار کیے، اور 1978 میں، ریاستہائے متحدہ نے 10KVA بے ساختہ آئرن کور ٹرانسفارمر تیار کیا۔ اس نئی قسم کے مواد میں لوہے کے انتہائی کم نقصان کی خصوصیت ہے، روایتی سلیکون اسٹیل شیٹس کا صرف 1/3-1/5، ٹرانسفارمرز کے لیے توانائی کی بچت کے ایک نئے دور کا آغاز کرتا ہے۔

آئرن کور مواد کی اہم اقسام اور خصوصیات
سلکان سٹیل شیٹ
سلکان اسٹیل شیٹ سلکان آئرن کا ایک نرم مقناطیسی مرکب ہے جس میں کاربن کی انتہائی کم مقدار ہوتی ہے، عام طور پر اس میں سلیکون مواد 0.5-4.5% ہوتا ہے۔ سلکان کو شامل کرنے سے برقی مزاحمت اور لوہے کی زیادہ سے زیادہ مقناطیسی پارگمیتا میں اضافہ ہوسکتا ہے، جبر، بنیادی نقصان، اور مقناطیسی عمر بڑھنے کو کم کیا جاسکتا ہے۔ سلیکون سٹیل کی چادروں کو دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: ہاٹ رولڈ اور کولڈ رولڈ، کولڈ رولڈ کو مزید اورینٹڈ اور غیر اورینٹڈ اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
کولڈ رولڈ نان اورینٹڈ سلکان اسٹیل شیٹ سے مراد 0.5%~4.0% (Si+Al) کا مرکب ہے، جو 0.65mm، 0.5mm، اور 0.35mm پر کولڈ رولڈ ہوتا ہے اور پھر اسے بنانے کے لیے اینیلڈ اور کوٹ دیا جاتا ہے۔ اس کی اناج کی ساخت نسبتاً بکھری ہوئی ہے، اور اس کی تمام سمتوں میں نسبتاً یکساں مقناطیسی خصوصیات ہیں۔

اورینٹڈ سلکان اسٹیل میں آسانی سے مقناطیسی <001> سمت میں اعلی مقناطیسی پارگمیتا اور کم نقصان کی خصوصیات ہیں، جو جامد بجلی کے آلات جیسے ٹرانسفارمرز کی مقناطیسی چالکتا کی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔ عام اورینٹڈ سلکان اسٹیل (CGO) کا اوسط اناج کی واقفیت انحراف کا زاویہ تقریباً 7 ° ہے، اور سنترپتی مقناطیسی حساسیت کی قیمت B8 1.82Tesla سے اوپر ہے۔ اعلی مقناطیسی واقفیت پر مبنی سلکان اسٹیل (Hi-B) کا اوسط اناج واقفیت انحراف زاویہ تقریبا 3 ° ہے، اور B8 کی قیمت 1.90 ٹیسلا سے اوپر ہے۔

بے ساختہ کھوٹ
امورفوس الائے ایک دھاتی فنکشنل مواد ہے جس میں ایٹموں کو تصادفی طور پر مادی میٹرکس میں تقسیم کیا جاتا ہے، جس میں "شیشے والی" ساخت ہوتی ہے۔ ایک عام بے ساختہ کھوٹ میں 80% آئرن ہوتا ہے، باقی اجزاء بوران اور سلکان ہوتے ہیں۔ اس مواد میں اعلی سنترپتی مقناطیسی انڈکشن طاقت (1.54T)، اعلی مقناطیسی پارگمیتا، کم جوش کرنٹ، اور انتہائی کم لوہے کے نقصان کی خصوصیات ہیں۔
لوہے پر مبنی بے ساختہ مرکب دھاتوں کا لوہے کا نقصان صرف ایک تہائی سے پانچواں حصہ ہے اورینٹڈ سلکان اسٹیل شیٹس کے، جو روایتی سلکان اسٹیل ٹرانسفارمرز کے مقابلے میں بے ساختہ الائے ٹرانسفارمرز کے بغیر بوجھ کے نقصان کو 70% سے 80% تک کم کرتا ہے۔ بے ترتیب مرکب دھاتوں کی سنترپتی مقناطیسی بہاؤ کثافت نسبتاً کم ہے (تقریباً 1.5T)، اس لیے درجہ بند مقناطیسی بہاؤ کثافت کو عام طور پر 1.3-1.4T کے طور پر منتخب کیا جاتا ہے۔
بے ساختہ کھوٹ کی پٹی کی موٹائی انتہائی پتلی ہے، صرف 0.03 ملی میٹر، جس کے نتیجے میں بے ترتیب آئرن کور کے لیے تقریباً 80 فیصد کا لیمینیشن گتانک ہے۔ اگرچہ بے ساختہ مرکب دھاتوں میں سلکان اسٹیل شیٹس کے مقابلے میں کم مخصوص کشش ثقل ہوتی ہے، لیکن لوہے کے کور کا وزن اب بھی نسبتاً بھاری ہے۔

بنیادی ڈھانچہ ڈیزائن
ٹرانسفارمر کے بنیادی ڈھانچے کے ڈیزائن میں بھی نمایاں ارتقاء ہوا ہے۔ ابتدائی پرتدار آئرن کور سے لے کر سی کے سائز کے آئرن کور تک، اور پھر انگوٹھی کے سائز کے (کوائلڈ آئرن کور) آئرن کور تک، ہر ڈھانچے کی اپنی خصوصیات اور فوائد ہیں۔
سرکلر آئرن کور سلیکون سٹیل کی پٹیوں کو سمیٹ کر بنایا جاتا ہے، جیسے ایک مضبوط زخم گھڑی کے موسم بہار کی طرح۔ اس قسم کے آئرن کور میں ہوا کے خلا کے بغیر مسلسل مقناطیسی سرکٹ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں کم مقناطیسی مزاحمت اور اعلی کارکردگی ہوتی ہے۔ اسی صلاحیت کے لیمینیٹڈ ٹرانسفارمرز کے مقابلے میں، ٹورائیڈل ٹرانسفارمرز میں چھوٹے سائز، ہلکے وزن اور کم مقناطیسی رساو کے فوائد ہیں۔
بے ساختہ الائے ٹرانسفارمرز کے لیے، ان کے مواد کو کاٹنے میں دشواری کی وجہ سے، وہ عام طور پر کوائلڈ آئرن کور ڈھانچے کے طور پر ڈیزائن کیے جاتے ہیں۔ سنگل فیز ٹرانسفارمر کا بنیادی ڈھانچہ ایک فریم ہے، جب کہ تھری فیز ٹرانسفارمر کا بنیادی ڈھانچہ چار فریموں کو تین فیز فائیو کالم ڈھانچے کی طرح کے ڈھانچے میں ملا کر بنتا ہے۔ یہ ڈھانچہ ہر فیز وائنڈنگ کو مقناطیسی سرکٹ کے دو آزاد فریموں پر رکھنے کے قابل بناتا ہے، مؤثر طریقے سے تیسرے ہارمونک مقناطیسی بہاؤ کے اثر کو ختم کرتا ہے۔

لوہے کے بنیادی مواد کی تیاری کا عمل
سلکان سٹیل شیٹس کی مینوفیکچرنگ کا عمل پیچیدہ ہے، خاص طور پر مبنی سلکان سٹیل شیٹس. اس کی پیداوار کا عمل پیچیدہ ہے، عمل کی کھڑکی تنگ ہے، اور پیداوار کی مشکل زیادہ ہے۔ اسے "اسٹیل کی مصنوعات کی دستکاری" کے نام سے جانا جاتا ہے۔
کولڈ رولڈ نان اورینٹڈ سلیکون اسٹیل شیٹس کے مینوفیکچرنگ کے عمل میں عام طور پر شامل ہوتے ہیں: گرم رولنگ اسٹیل بلٹس یا تقریباً 2.3 ملی میٹر موٹائی والی کوائلز میں لگاتار کاسٹنگ بلٹس، اس کے بعد تیزاب دھونے، کولڈ رولنگ، اینیلنگ، اور موصلیت والی فلم کوٹنگ کے عمل۔ ہائی سیلیکون پراڈکٹس کے لیے ضروری ہے کہ پہلے گرم رولنگ کے بعد انہیں 800-850 ℃ پر معمول پر لایا جائے، اس کے بعد تیزاب سے دھونا، ایک خاص موٹائی تک کولڈ رولنگ، اینیلنگ، پھر کم کمی کی شرح پر کولڈ رولنگ، اور آخر میں حتمی اینیلنگ۔
بے ساختہ مرکب بنانے کا سب سے عام طریقہ یہ ہے کہ پگھلی ہوئی دھات کے بخارات کو تیز رفتار گھومنے والے تانبے کے سمیٹنے والے فریم پر اسپرے کیا جائے، اور پگھلی ہوئی دھات کو 106 ℃/s کی شرح سے ٹھنڈا کر کے پتلی پسلیوں میں مضبوط کیا جاتا ہے۔ اچھی مقناطیسی خصوصیات حاصل کرنے کے لیے بجھانے سے پیدا ہونے والے اعلیٰ اندرونی تناؤ کو 200 ℃ اور 280 ℃ کے درمیان اینیلنگ کے ذریعے کم کیا جانا چاہیے۔

لوہے کے بنیادی مواد کے توانائی کی بچت کے فوائد
ٹرانسفارمرز بے شمار ہیں اور پاور سسٹم میں ان کی گنجائش بہت زیادہ ہے، جس کے نتیجے میں کافی نقصان ہوتا ہے۔ ایک اندازے کے مطابق چین میں ٹرانسفارمرز کا مجموعی نقصان سسٹم کی بجلی کی پیداوار کا تقریباً 10 فیصد ہے۔ نقصانات میں ہر 1 فیصد کمی سے سالانہ اربوں کلو واٹ گھنٹے بجلی کی بچت ہو سکتی ہے۔
بے ساختہ کھوٹ آئرن کور ٹرانسفارمرز میں توانائی کی بچت کے اہم اثرات ہوتے ہیں۔ S9 سیریز کے سلیکون سٹیل ٹرانسفارمرز کے مقابلے SH12 سیریز کے امورفوس الائے کور ٹرانسفارمرز کے بغیر لوڈ ہونے والے نقصان میں تقریباً 75 فیصد کمی واقع ہوئی ہے۔ اگرچہ بے ساختہ الائے ٹرانسفارمرز روایتی ٹرانسفارمرز سے زیادہ مہنگے ہوتے ہیں، لیکن ان کے آپریٹنگ اخراجات انتہائی کم ہوتے ہیں، اور سرمایہ کاری کی واپسی کی مدت عام طور پر 2-5 سال کے درمیان ہوتی ہے۔
شنگھائی، جیانگ سو، اور ژیجیانگ صوبوں کی نمائندگی کرنے والے اقتصادی طور پر ترقی یافتہ علاقوں نے بڑے پیمانے پر بے ساختہ الائے ٹرانسفارمرز کو اپنایا ہے۔ جیانگ سو الیکٹرک پاور کمپنی مستقبل میں بھی نئی اور تجدید شدہ لائنیں لگانے کا ارادہ رکھتی ہے، اور بے ترتیب الائے ٹرانسفارمرز کا استعمال 30% سے کم نہیں ہوگا۔

لوہے کے بنیادی مواد کی ترقی کا رجحان
آئرن کور مواد لوہے کے کم نقصان اور اعلی مقناطیسی انڈکشن کی طرف ترقی کر رہے ہیں۔ سلیکون اسٹیل شیٹس کے لیے، بشمول لوہے کے کم ہونے والی ہائی ایفینسی موٹرز کے لیے غیر اورینٹڈ سلکان اسٹیل، پتلی تصریح الٹرا لو آئرن نقصان ہائی میگنیٹک انڈکشن اورینٹڈ سلکان اسٹیل، اور درمیانے اور ہائی فریکوئنسی توانائی بچانے والے برقی آلات کے لیے ہائی سلکان اسٹیل۔
ہائی سیلیکون اسٹیل (4.5%~6.7% Si کے ساتھ Si Fe الائے) میں اعلی تعدد، اعلی زیادہ سے زیادہ مقناطیسی پارگمیتا، اور کم جبر پر لوہے کے نقصان کو نمایاں طور پر کم کرنے کی خصوصیات ہیں۔ لیکن اس کا سی مواد بہت زیادہ ہے، اور کمرے کے درجہ حرارت پر اس کی پلاسٹکٹی انتہائی ناقص ہے، جس کی وجہ سے اسے رول کرنا اور بننا مشکل ہو جاتا ہے۔ اس وقت غیر اورینٹڈ 6.5% Si Fe الائے مواد بنیادی طور پر سلکان انفلٹریشن کے عمل کے ذریعے تیار کیے جاتے ہیں۔
نینو تبدیل شدہ مواد اور بائیو بیسڈ مواد بھی مستقبل کی ترقی کی سمتوں میں سے ایک ہیں۔ ماحولیاتی تحفظ کی بڑھتی ہوئی مانگ کے ساتھ، غیر زہریلے، بایوڈیگریڈیبل، یا ری سائیکلیبل آئرن کور مواد کی ترقی ایک اہم تحقیقی سمت بن جائے گی۔

نتیجہ
ٹرانسفارمر بنیادی مواد کے ارتقاء نے میٹریل سائنس اور الیکٹریکل انجینئرنگ کے کامل امتزاج کا مشاہدہ کیا ہے۔ عام کاربن اسٹیل سے لے کر سلکان اسٹیل شیٹس تک، اور پھر بے ساختہ مرکب تک، ہر مادی پیش رفت نے ٹرانسفارمرز کی توانائی کی کارکردگی کی سطح کو نمایاں طور پر بہتر کیا ہے۔
آج کی دنیا میں جہاں توانائی کا تحفظ اور اخراج میں کمی ایک عالمی اتفاق رائے بن چکی ہے، موثر لوہے کے بنیادی مواد کا انتخاب نہ صرف اقتصادی فوائد سے متعلق ہے بلکہ ماحولیاتی ذمہ داری بھی ہے۔ مستقبل میں، نئے مواد اور عمل کے مسلسل ابھرنے کے ساتھ، ٹرانسفارمر کور کم نقصانات اور اعلی کارکردگی کی طرف ترقی کرتے رہیں گے، جس سے سبز اور کم کاربن توانائی کے نظام کی تعمیر میں مدد ملے گی۔