Какви са предимствата и недостатъците от използването на феромагнитен материал в трансформатори

Преимущества

• Висока магнитна проницаемост: Феромагнитни материали имат висока магнитна проницаемост, което означава, че могат да генерират голяма магнитна индукция при относително малка магнитна интензивност. В трансформатора използването на феромагнитни материали за ядрото позволява повечето от магнитното поле, генерирано от обиколките, да се концентрира вътре в ядрото, подобрявайки ефекта на магнитната свързаност. Това, по своя ред, подобрява електромагнитната преобразувателна ефективност на трансформатора, позволявайки му да прехвърля и преобразува електрическата енергия по-ефективно.

• Ниска хистерезисна загуба: Хистерезисът е явление, при което изменението на магнитната индукция забавя след изменението на магнитната интензивност в магнитен материал при алтернативно магнитно поле, водейки до загуба на енергия. Феромагнитни материали като силиконово желязо имат относително малка хистерезисна петля. Това показва, че при алтернативно магнитно поле, загубата на енергия, причинена от хистерезисното явление, е относително ниска, което помага за подобряване на ефективността на трансформатора и намаляване на загубата на енергия.

• Ниска загуба от вихреви токове: Когато трансформаторът работи, алтернативното магнитно поле индуцира електрически ток, известен като вихрев ток, в ядрото. Вихревите токове причиняват затопляне на ядрото и водят до загуба на енергия. Използвайки феромагнитни материали с висока удельна електрическа съпротивителност и правейки ядрото от тънки плочки (като силиконово желязо), които са изолирани една от друга, може да се намали ефективно пътя на вихревите токове, като по този начин се намалят загубите от вихреви токове и се подобри производителността и надеждността на трансформатора.

• Добра характеристика на насыщаване: Феромагнитни материали могат да поддържат добра линейна магнитна характеристика в определен диапазон на магнитната интензивност и влиза в състояние на насыщаване само когато магнитната интензивност достигне определена стойност. Тази характеристика позволява на трансформатора да прехвърля електрическата енергия стабилно при нормална работа. Освен това, при аномални ситуации като прекомерна нагрузка, характеристиката на насыщаване на ядрото може да ограничи допълнителното увеличение на тока на трансформатора, предлагайки известна степен на защита.

Недостатъци

• Хистерезисни и вихреви загуби: Въпреки че хистерезисните и вихревите загуби на феромагнитните материали са относително ниски, при дългосрочната работа на трансформатора, тези загуби все още генерират топлина, причинявайки температурата на трансформатора да се увеличи. За да се осигури нормалната работа на трансформатора, трябва да се предприемат ефективни мерки за разпръскване на топлината, което увеличава разходите за проектиране и производство на трансформатора.

• Тегло: Феромагнитните материали имат относително висока плътност. Използването на феромагнитни материали за производството на ядрото на трансформатора увеличава общото тегло на трансформатора. Това не само усложнява транспортирането и инсталирането на трансформатора, но може да изисква и по-здрава конструкция за подкрепа, което допълнително увеличава разходите.

• Значително влияние на температурата: Магнитните свойства на феромагнитните материали се влияят от температурата. Когато операционната температура на трансформатора се увеличи, магнитната проницаемост на феромагнитния материал намалява, а хистерезисните и вихреви загуби се увеличават, което влияе на производителността и ефективността на трансформатора. Ето защо при проектирането на трансформатора трябва да се вземе предвид влиянието на температурата върху свойствата на феромагнитните материали и да се предприемат съответни мерки за компенсиране на температурата.

• Възможна генерация на шум: По време на работа на трансформатора, поради ефекта на магнестрикции на ядрото, феромагнитният материал се механически вибрира, генерирайки шум. Този шум не само влияе на околната среда, но може да засегне и продължителността на живота и надеждността на трансформатора. За намаляване на шума трябва да се използват специални методи за проектиране и производство, като използването на материали с нисък шум за ядрото и оптимизиране на структурата на ядрото.