פיתולי שנאי ובידוד שנאי

פיתולי שנאי הם מרכיבי המעגל של שנאי והם חלקי הליבה להמרת אנרגיה אלקטרומגנטית. הם עשויים מחוטים מבודדים (בדרך כלל נחושת או אלומיניום) מלופפים לפי תבנית ספציפית ומעבירים אנרגיה באמצעות עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית.

1. פונקציות עיקריות

• יצירת שדה מגנטי: כאשר הפיתול הראשוני מסופק בזרם חילופין, נוצר שדה מגנטי לסירוגין.
• השראת כוח אלקטרו-מוטיבי: שדה מגנטי לסירוגין זה עובר דרך הפיתול המשנית, גורם לכוח אלקטרו-מוטיבי (מתח) בפיתול המשני.
• שינוי מתח: על ידי התאמת יחס הסיבובים של הפיתולים הראשוניים והמשניים, ניתן להגביר או להוריד את המתח.

2. סוגי פיתולים (מסווגים לפי רמת מתח ומיקום יחסי)

• פיתול-מתח גבוה: פיתול העומד בפני מתח גבוה יותר. בדרך כלל יש לו חתך חוט קטן יותר-(מכיוון שהזרם קטן יחסית), אך דורש בידוד גבוה.
• פיתול-מתח נמוך: פיתול שעומד בפני מתח נמוך יותר. בדרך כלל יש לו חתך חוט- גדול יותר (מכיוון שהזרם גדול יחסית), ויש לו דרישות בידוד נמוכות יחסית.

מבחינה מבנית, בהתבסס על הסידור שלהם על הליבה, הם מחולקים בעיקר לשני סוגים:

(1) סלילה קונצנטרית:

• מבנה: פיתולי המתח הגבוה-והמתח הנמוך{{1} מפותלים לצורות גליליות בקטרים ​​שונים וממוקמים באופן קונצנטרי על איבר הליבה.
• סידור נפוץ: כדי להקל על הבידוד, פיתול המתח הנמוך- ממוקם בדרך כלל מבפנים (קרוב יותר לליבה) ואת פיתול המתח הגבוה- מבחוץ. הסיבה לכך היא שבידוד בין מתפתל המתח הנמוך- לבין הליבה (המקורקעת) קל יותר לטיפול.
• יישום: רוב שנאי הכוח (במיוחד אלה בעלי קיבולת גדולה יותר) משתמשים במבנה זה. תהליך הייצור פשוט יחסית והמבנה חזק.

(2) סלילה משולבת:

• מבנה: גם פיתולי המתח הגבוה-והמתח הנמוך- עשויים לצורות דיסק ומוערמים לסירוגין לאורך גובה איבר הליבה.
• יתרונות: שטף דליפה מופחת בין הפיתולים, חוזק מכני גבוה ועמידות חזקה במעגל קצר-.
• יישום: משמש בעיקר לשנאים מיוחדים, כגון שנאי תנורים חשמליים ושנאי ריתוך, שצריכים לעמוד בכוחות אלקטרומגנטיים גדולים.

3. דרישות עיקריות לפיתולים
ביצועים חשמליים: חייבים לעמוד במתח הפעלה-לטווח ארוך ומתח יתר חולף (כגון פגיעות ברק).
ביצועים מכניים: המבנה חייב להיות חזק מספיק כדי לעמוד בכוחות האלקטרומגנטיים העצומים הנוצרים במהלך קצרים ללא עיוות.
ביצועים תרמיים: צריך להיות פיזור חום טוב כדי להבטיח שעליית הטמפרטורה בעומס לטווח ארוך-לא תחרוג מהמגבלה.
ביצועי תהליך: תהליך הליפול צריך להיות פשוט, חסכוני ואמין.

מערכת החומרים היא המבודדת חלקים שונים של הפיתול זה מזה ומפרידה בין הפיתול לחלקים מקורקעים (כגון הליבה ומיכל השמן). זהו חלק שאינו- במעגל של השנאי, אך הוא קובע את הבטיחות ואת תוחלת החיים של השנאי.
1. פונקציות עיקריות

• בידוד פוטנציאלי: מפריד בצורה מהימנה חלקים מוליכים עם פוטנציאלים שונים (כגון פיתולי מתח גבוה ונמוך, ופיתול מהליבה) כדי למנוע קצרים.
• ערוץ פיזור חום: חומרים מבודדים (כגון שמן שנאי) משמשים לעתים קרובות כאמצעי קירור, ומעבירים את החום שנוצר על ידי הפיתול והליבה.
• תמיכה מכנית: חומרי בידוד (כגון לוח בידוד) עוזרים גם הם לתקן ולתמוך בפיתולים.

2. סיווג בידוד (לפי מיקום ותפקוד)
מערכת בידוד השנאים מחולקת בדרך כלל לשתי קטגוריות עיקריות:

• בידוד פנימי: ממוקם בתוך מיכל השמן של השנאי, לא במגע ישיר עם האוויר החיצוני.
• בידוד ראשי: מתייחס לבידוד בין פיתולים לחלקים מוארקים (כגון הליבה ומיכל השמן), ובין פיתולים ברמות מתח שונות (כגון בין פיתולי מתח גבוה- למתח נמוך-). זוהי הליבה של מערכת בידוד השנאים וקובעת את רמת המתח של השנאי.
• בידוד אורך: מתייחס לבידוד בתוך אותה סלילה, כגון בידוד בין סיבובים (לפנות-ל-להפוך בידוד), בין שכבות מתפתלות (שכבה-לבידוד-שכבה), ובין מקטעים מתפתלים (מקטע-ל-חתך).
• בידוד חיצוני: מתייחס לחלקי בידוד החשופים לאוויר מחוץ לשנאי, בעיקר הבידוד בחלק העליון של תותבים (מחוץ למיכל השמן). חוזק הבידוד שלו תלוי בעיקר בתנאי האוויר ובמרחק הזחילה.

3. חומרי בידוד עיקריים
הבידוד של שנאים (במיוחד שנאים שקועים בשמן-) הוא מערכת מורכבת. חומרים נפוצים כוללים:
(1) חומרי בידוד נוזליים:

• שמן שנאי מינרלי: הנפוץ ביותר. הפונקציות כוללות: בידוד (חוזק דיאלקטרי גבוה בהרבה מאוויר), פיזור חום (מסלק חום באמצעות הסעה), הגנה (מבודד חמצן, מעכב את הזדקנות החומר).
• שמן בידוד אסטר סינטטי או טבעי: כגון שמן סיליקון או שמן בידוד צמחי, נפוץ במקומות עם דרישות עמידות בפני אש גבוהות.

(2) חומרי בידוד מוצקים:

• נייר בידוד, לוח בידוד: משמש לבידוד סיבובים, בידוד שכבות, מפרידים בין פיתולים וצילינדרים לבידוד. מערכת הבידוד המרוכבת של הנייר-היא הסוג הקלאסי והאמין ביותר של בידוד שנאים.
• שרף אפוקסי: בשימוש נרחב בשנאים -יבשים, ויוצרים בידוד כולל מוצק באמצעות יציקה.
• נייר NOMEX®: נייר פוליאמיד ארומטי בעל ביצועים גבוהים-עם עמידות תרמית גבוהה, בשימוש נפוץ בשנאים- יבשים או מיוחדים.

פיתולי שנאי הם 'תעלות המעגל' להשגת המרת אנרגיה אלקטרומגנטית, בעוד בידוד שנאי הוא 'מערכת ההגנה' המפרידה בבטחה רכיבים בעלי פוטנציאלים שונים; בידוד משמש כ'שריון' עבור הפיתולים, מספק בטיחות לפעולתם הרגילה ומונע תאונות-במעגל קצר. השניים משלימים זה את זה וקובעים יחד את ביצועי השנאי, רמת המתח והאמינות התפעולית.