در ساختار کلی ترانسفورماتور، هسته آهنی نقش هسته مدار مغناطیسی را ایفا می کند که یک مسیر بسته با مقاومت مغناطیسی کم را برای به حداکثر رساندن جفت شار مغناطیسی بین سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه فراهم می کند و در نتیجه تبدیل انرژی کارآمد را به دست می آورد. کیفیت هسته آهنی مستقیماً اتلاف بدون بار، جریان تحریک، سطح نویز و حتی طول عمر کل ترانسفورماتور را تعیین می کند. بنابراین، درک عمیق از ویژگی های مواد، فرم ساختاری و فرآیند ساخت هسته آهنی برای متخصصان درگیر در ساخت و تجارت ترانسفورماتور از اهمیت عملی زیادی برخوردار است.
هسته‌های آهنی معمولاً از مواد مغناطیسی نرم با نفوذپذیری مغناطیسی بالا ساخته می‌شوند که در میان آنها ورق‌های فولادی سیلیکونی جهت نورد سرد{{0} بیشترین استفاده را دارند. این ماده افت پسماند بسیار کم و چگالی شار مغناطیسی اشباع بالا را در جهت مغناطیسی با مرتب کردن انتخابی دانه‌ها در امتداد جهت غلتش از طریق یک فرآیند نورد خاص نشان می‌دهد. برای کاهش تلفات جریان گردابی در داخل هسته آهنی، سطح ورق فولادی سیلیکونی باید با یک لایه عایق پوشانده شود و ورق های نازک باید به روش خاصی روی هم چیده شوند تا جریان گردابی در محدوده تک ورق محدود شود، در نتیجه تلفات جریان گردابی ناشی از میدان مغناطیسی متناوب بین ورق ها به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. علاوه بر ورق های فولادی سیلیکونی، مواد آلیاژی آمورف به طور فزاینده ای در ترانسفورماتورهای-با راندمان بالا و صرفه جویی در انرژی{5}} در سال های اخیر به طور فزاینده ای استفاده شده اند. هسته آهن آلیاژی آمورف با سرد شدن سریع فلز مذاب با سرعت میلیون ها درجه در ثانیه ساخته می شود. آرایش اتمی آن ساختاری شیشه ای با-بی نظمی برد بلند و ترتیب برد کوتاه-، با یک حلقه پسماند باریک و اجبار بسیار کم است. بنابراین، در مقایسه با ورق‌های فولادی سیلیکونی سنتی، اتلاف بدون بار را می‌توان بین 60 تا 80 درصد کاهش داد. با این حال، آلیاژهای آمورف چگالی شار مغناطیسی اشباع کمتری دارند و به تنش مکانیکی حساس هستند، که الزامات بالاتری را برای طراحی ساختاری و فرآیند ساخت هسته‌های آهنی آنها ایجاد می‌کند.
هسته های ترانسفورماتور از منظر فرم سازه ای عمدتاً به دو دسته هسته های چند لایه و هسته های کویل دار تقسیم می شوند. هسته آهنی انباشته با برش ورق های فولادی سیلیکونی به شکل های خاص و روی هم چیدن آنها یک به یک ساخته می شود. معمولاً ساختاری را اتخاذ می کند که در آن ستون هسته از یوغ آهنی جدا می شود، که برای مونتاژ سیم پیچ و درمان عایق مناسب است. به منظور کاهش مقاومت مغناطیسی و جریان تحریک در محل اتصال، فناوری لمینیت مدرن به طور کلی از همپوشانی پله‌ای یا طراحی اتصال مورب استفاده می‌کند که به شار مغناطیسی اجازه می‌دهد به آرامی در ناحیه اتصال انتقال یابد. فرآیند تولید هسته های آهنی چند لایه بالغ و مناسب برای ترانسفورماتورهایی با سطوح مختلف ظرفیت، به ویژه ترانسفورماتورهای قدرت با ظرفیت بالا است. از طرف دیگر، یک هسته آهنی سیم پیچی با پیچاندن یک نوار پیوسته از فولاد سیلیکونی در یک مقطع دایره ای یا مستطیلی بسته- بدون نیاز به اتصالات گوشه ای تشکیل می شود. مدار مغناطیسی پیوسته و کامل است و تلفات آهن و نویز کمتر از ساختارهای چند لایه است. هسته آهنی سیم پیچی عمدتاً در ترانسفورماتورهای توزیع کوچک و متوسط-به ویژه در ساختار هسته آهنی مثلثی سه بعدی استفاده می‌شود. سه ستون هسته آهنی در یک مثلث متساوی الاضلاع با مدارهای مغناطیسی متقارن، تعادل سه فاز، و استحکام مکانیکی بالاتر و جریان بدون بار کمتر قرار گرفته اند. با این حال، سرمایه‌گذاری تجهیزات برای هسته‌های آهنی سیم‌پیچ نسبتاً زیاد است و سیم‌پیچ باید مستقیماً روی هسته آهنی بسته پیچیده شود، که محدودیت‌های خاصی در انعطاف‌پذیری فرآیند تولید دارد.
فرآیند تولید هسته آهنی چندین پیوند کلیدی از برش مواد تا مونتاژ نهایی را پوشش می دهد. در مرحله اول، فرآیندهای برش طولی و عرضی ورق های فولادی سیلیکونی انجام می شود. نوار فولادی سیلیکونی نورد شده با توجه به ابعاد طراحی از طریق خطوط برش با دقت بالا به قطعات شکل خاص بریده می شود. برای فولاد سیلیکونی جهت دار، لازم است کاملاً اطمینان حاصل شود که جهت برش با جهت نورد مطابقت دارد، در غیر این صورت هدایت مغناطیسی ماده را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و تلفات را افزایش می دهد. مواد ورق برش خورده تحت عملیات جداسازی قرار می گیرند و سپس وارد فرآیند انباشتگی می شوند. در خطوط تولید هسته آهنی مدرن، عملیات انباشتگی اغلب از میز انباشته پایه پنوماتیکی همراه با وسایل دقیق موقعیت یابی استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که تحمل ناهماهنگی بین قطعات در محدوده بسیار کمی کنترل می شود. پس از اتمام انباشته شدن، هسته آهنی باید گره خورده و فشرده شود تا از نویز و تلفات اضافی ناشی از لرزش بین قطعه در حین کار جلوگیری شود. برای هسته آهنی ترانسفورماتورهای با ظرفیت بزرگ، نیروی گیره یکنواخت باید در انتها اعمال شود و سازه های ثابت مانند صفحات فشار عایق و پیچ های عبوری باید راه اندازی شود. پس از اینکه هسته آهنی روی هم چیده و فشرده شد، معمولاً لازم است قبل از ورود به فرآیند بعدی، بازرسی بصری و اندازه‌گیری ابعاد انجام شود تا اطمینان حاصل شود که اتصالات سفت هستند، هیچ تاب خوردگی یا اتصال کوتاه وجود ندارد.
در بین پارامترهای عملکرد هسته آهنی، عدم تلفات بار و عدم وجود-جریان بار مهم‌ترین شاخص‌ها هستند. تلفات بدون بار عمدتاً از افت پسماند و تلفات جریان گردابی تشکیل شده است. اولی متناسب با مساحت حلقه پسماند و فرکانس متناوب ماده است، در حالی که دومی متناسب با مربع ضخامت ورق، مربع چگالی شار مغناطیسی و مربع فرکانس است. بنابراین، استفاده از ورق‌های فولادی سیلیکونی نازک‌تر (مانند 0.23 میلی‌متر یا 0.27 میلی‌متر به جای 0.35 میلی‌متر سنتی) و افزایش مقاومت الکتریکی ورق‌های فولادی سیلیکونی، راه‌های مؤثری برای کاهش تلفات جریان گردابی است. جریان بدون بار{10}به ویژگی‌های مغناطیسی هسته آهنی بستگی دارد و جریان تحریک هسته‌های آهنی با کیفیت بالا در ولتاژ نامی معمولاً فقط 0.5٪ تا 2٪ جریان نامی است. شکل اتصال و کیفیت مونتاژ هسته آهنی تأثیر قابل توجهی بر جریان بدون بار{15} دارد. مناطق با مقاومت مغناطیسی بالا محلی در محل اتصال به دلیل عبور عمودی شار مغناطیسی بین ورق ها ایجاد می شود که باعث افزایش تقاضای تحریک می شود. علاوه بر این، روش اتصال به زمین هسته آهنی نیز جزییاتی است که نمی توان از آن چشم پوشی کرد. با توجه به پتانسیل شناور تولید شده توسط القای میدان الکتریکی در حین کار هسته آهنی، در صورت عدم اتصال به زمین ممکن است تخلیه متناوب رخ دهد. با این حال، اگر چندین نقطه به زمین متصل شوند، یک حلقه اتصال کوتاه بین قطعات تشکیل می شود که منجر به گرمای بیش از حد موضعی می شود. بنابراین، روش استاندارد این است که نقطه خاصی از هسته آهنی را به طور قابل اعتماد زمین کنید و یک نوار اتصال به زمین برای هدایت آن به خارج از مخزن سوخت ایجاد کنید.
همانطور که صنعت برق جهانی در حال گذار به سمت کارایی، سبز و هوشمندی است، فناوری هسته های ترانسفورماتور نیز به طور مداوم در حال تکامل است. از یک طرف، مواد مغناطیسی نرم جدید که توسط آلیاژهای آمورف نشان داده می شوند، به تدریج جایگزین ورق های فولادی سیلیکونی سنتی می شوند، به ویژه در زمینه ترانسفورماتورهای توزیع که نیاز به تلفات بدون بار بسیار کم- دارند. چشم انداز کاربرد هسته های آهن آلیاژی آمورف گسترده است. از سوی دیگر، ساختار هسته آهنی سیم‌پیچ سه‌بعدی به دلیل تقارن مدار مغناطیسی عالی و اثر صرفه‌جویی در انرژی-در حال تبدیل شدن به فناوری اصلی برای ترانسفورماتورهای کوچک و متوسط-با راندمان بالا-می‌باشد. در عین حال، سطح دیجیتالی شدن و اتوماسیون فرآیندهای تولید همچنان در حال بهبود است و استفاده از تجهیزات پیشرفته مانند برش لیزری، تشخیص ضخامت آنلاین و ربات های انباشته خودکار به طور قابل توجهی دقت و قوام هسته های آهنی را بهبود بخشیده است. برای شرکت های تولید ترانسفورماتور، تسلط بر فناوری اصلی هسته آهنی و بهینه سازی مستمر طراحی و فرآیند آن نه تنها به کاهش تلفات عملیاتی محصول و افزایش رقابت در بازار کمک می کند، بلکه به درخواست جهانی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار پاسخ می دهد و استانداردهای کارایی انرژی را به طور فزاینده ای برآورده می کند. در تجارت صادراتی، درک الزامات نظارتی کشورها یا مناطق مختلف برای مواد هسته ترانسفورماتور و محدودیت های تلفات (مانند استانداردهای بهره وری انرژی وزارت انرژی ایالات متحده و دستورالعمل های طراحی زیست محیطی اتحادیه اروپا)، و تبدیل آنها به ورودی های فنی برای طراحی محصول، نیز توانایی مهمی است که پرسنل تجارت خارجی باید به آن توجه کنند.
