Différences de matériaux du noyau entre les transformateurs de distribution en alliage amorphe immergés dans l'huile et les transformateurs de distribution classiques en acier au silicium

1. Structure interne et forme physique

Transformateur à alliage amorphe : Le matériau du noyau est un ruban magnétique amorphe extrêmement fin. Les atomes de ce matériau sont disposés selon une structure non cristalline désordonnée (également connue sous le nom de verre métallique). En raison de l'extrême finesse et de la fragilité du matériau, il est difficile à cisailler et est donc généralement formé en une structure de noyau enroulé.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Le noyau est généralement assemblé à partir de tôles d'acier au silicium empilées à haute teneur en silicium. La surface de chaque tôle est revêtue d'un vernis isolant. Il s'agit d'un matériau à structure cristalline.

2. Performances électromagnétiques et pertes

Transformateur à alliage amorphe : Parce que la structure amorphe ne présente ni anisotropie magnétocristalline ni joints de grains, elle offre une perméabilité magnétique élevée et une coercivité faible. De plus, la résistivité électrique de l'alliage amorphe est 2–3 fois supérieure à celle de l'acier au silicium, ce qui réduit efficacement les pertes par courants de Foucault. Par conséquent, les pertes à vide sont nettement inférieures à celles des transformateurs conventionnels en acier au silicium.

Transformateur de distribution d'énergie à alliage amorphe immergé dans l'huile

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Bien que les tôles d'acier au silicium offrent également de bonnes performances magnétiques, leurs pertes par hystérésis et par courants de Foucault à la même densité de flux de travail restent nettement supérieures à celles du matériau en alliage amorphe.

3. Facteur d'empilage du noyau, poids et dimensions

Transformateur à alliage amorphe : En raison des caractéristiques du matériau et des limites du processus d'enroulement, le facteur d'empilage du noyau est plus faible. Pour une même capacité nominale, le poids et les dimensions d'un transformateur à alliage amorphe sont généralement supérieurs à ceux d'un transformateur conventionnel en acier au silicium.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Le facteur d'empilage des tôles d'acier au silicium est plus élevé, permettant une structure globale plus compacte et un poids plus léger.

4. Caractéristiques de fonctionnement et résistance mécanique

Transformateur à alliage amorphe : L'alliage amorphe présente une magnétostriction plus élevée, ce qui signifie une plus grande déformation sous des champs électromagnétiques alternatifs. Par conséquent, le bruit de fonctionnement est généralement supérieur à celui des transformateurs en acier au silicium. De plus, le ruban amorphe est très sensible aux contraintes et relativement fragile, ce qui lui confère une capacité de résistance aux courts-circuits légèrement plus faible. En cas de dommage, la réparation sur site n'est généralement pas possible et l'unité doit être renvoyée à l'usine.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Les tôles d'acier au silicium offrent une résistance mécanique élevée et une forte capacité de résistance aux courts-circuits. Les vibrations et le bruit pendant le fonctionnement sont relativement faibles, et la maintenance ultérieure est plus pratique.

5. Stabilité thermique et capacité de surcharge

Transformateur à alliage amorphe : Le matériau en alliage amorphe est sensible à la température. Lorsque la température de fonctionnement dépasse sa température de cristallisation, la structure amorphe est détruite, ce qui entraîne une dégradation sévère des propriétés magnétiques. Par conséquent, sa capacité de surcharge à long terme est inférieure à celle des transformateurs en acier au silicium, et la conception nécessite généralement une densité de flux de travail réduite.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Les tôles d'acier au silicium ont une structure cristalline avec une température de Curie et une température de cristallisation plus élevées, offrant une excellente stabilité thermique. Elles peuvent supporter des surcharges importantes à court terme et un fonctionnement à charge élevée à long terme.

6. Structure d'enroulement et mécanisme de résistance aux courts-circuits

Transformateur en alliage amorphe : Étant donné que le ruban amorphe est extrêmement fin et fragile, il ne peut pas être empilé comme des tôles d'acier au silicium et doit utiliser une structure de noyau enroulé rectangulaire. Cela nécessite que les enroulements haute tension et basse tension soient tous deux formés sous forme de bobines rectangulaires. Dans des conditions de court-circuit, les forces électromagnétiques radiales sur les enroulements rectangulaires ont tendance à provoquer des déformations, ce qui entraîne une résistance aux courts-circuits plus faible. De plus, pour éviter les dommages causés par les contraintes au noyau, le noyau amorphe est généralement suspendu, ce qui réduit encore la résistance mécanique globale.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Utilise des enroulements circulaires conventionnels et une structure de noyau feuilleté. Le noyau et les enroulements se soutiennent mutuellement, offrant une résistance mécanique globale élevée et une excellente capacité de résistance aux courts-circuits.

7. Coût et avantages économiques

Transformateur en alliage amorphe : Étant donné que la fabrication et le traitement du ruban en alliage amorphe sont plus complexes, le coût d'acquisition initial est généralement supérieur à celui des transformateurs conventionnels en acier au silicium. Cependant, les pertes à vide ultra-faibles signifient que l'investissement initial supplémentaire est généralement récupéré en quelques années de fonctionnement, après quoi des économies substantielles sur les coûts d'électricité sont réalisées.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : Le coût de fabrication initial est plus faible, mais en raison de pertes de fonctionnement relativement plus élevées, le coût total à long terme de la consommation d'électricité est plus élevé.

Transformateur de puissance immergé dans l'huile scellé

8. Avantages environnementaux et cycle de vie

Transformateur en alliage amorphe : Au-delà des économies d'énergie pendant le fonctionnement, le processus de production du ruban en alliage amorphe est considérablement simplifié, la consommation d'énergie de fabrication n'étant que de 20 %–25 % de celle requise pour la production de tôles d'acier au silicium. De plus, les pertes de fonctionnement extrêmement faibles et l'élévation de température réduite ralentissent considérablement le taux de vieillissement de l'huile isolante, réduisant les émissions de gaz nocifs et offrant une grande valeur environnementale.

Transformateur conventionnel en acier au silicium : La production de tôles d'acier au silicium est un processus à forte intensité énergétique, et les pertes de fonctionnement plus élevées ainsi que l'élévation de température accélèrent le vieillissement de l'huile isolante.

Résumé

L'avantage principal du transformateur en alliage amorphe réside dans ses pertes à vide ultra-faibles, ce qui en fait le choix idéal pour les opérations continues de longue durée et les applications sensibles à l'énergie. Cependant, il présente des limites, notamment un coût initial plus élevé, des dimensions plus importantes, un bruit plus fort et une résistance aux chocs plus faible. Le transformateur conventionnel en acier au silicium, bien qu'ayant des pertes à vide plus élevées, reste le leader du marché en raison de son coût inférieur, de sa résistance mécanique élevée et de sa taille compacte. Le choix réel doit prendre en compte le facteur de charge, l'environnement de fonctionnement et le budget afin de trouver l'équilibre optimal entre l'investissement initial et l'efficacité énergétique sur le cycle de vie.

Édité à partir de :Leon