Quins són els avantatges i els inconvenients d'utilitzar material ferromagnètic en els transformadors?

Avantatges

• Alta permeabilitat magnètica: Els materials ferromagnètics tenen una alta permeabilitat magnètica, el que significa que poden generar una gran intensitat d'inducció magnètica sota una força de camp magnètic relativament petita. En un transformador, utilitzar materials ferromagnètics per al nucli permet concentrar la major part del camp magnètic generat pels voltants dins del nucli, augmentant l'efecte de couplage del camp magnètic. Això, a la vegada, millora l'eficiència de conversió electromagnètica del transformador, permetent-li transferir i transformar l'energia elèctrica de manera més efectiva.

• Baixa pèrdua d'histeresis: L'histeresis es refereix al fenomen en què el canvi en la intensitat d'inducció magnètica s'endarrereix respecte al canvi en la força de camp magnètic en un material magnètic sota un camp magnètic altern. Això resulta en una pèrdua d'energia. Materials ferromagnètics com les lloses d'acer siliciós tenen una àrea de bucle d'histeresis relativament petita. Això indica que, en un camp magnètic altern, la pèrdua d'energia causada pel fenomen d'histeresis és relativament baixa, el que ajuda a millorar l'eficiència del transformador i a reduir el despes d'energia.

• Baixa pèrdua per corrents d'Eddy: Quan un transformador està en funcionament, el camp magnètic altern induix una corrent elèctrica, coneguda com a corrent d'Eddy, al nucli. Les corrents d'Eddy fan que el nucli es calore i resulten en una pèrdua d'energia. Utilitzant materials ferromagnètics amb alta resistivitat i fent el nucli en lloses fines (com ara lloses d'acer siliciós) aïllades entre si, es pot reduir eficaçment la via per a les corrents d'Eddy, així disminuint la pèrdua per corrents d'Eddy i millorant el rendiment i la fiabilitat del transformador.

• Bones característiques de saturació: Els materials ferromagnètics poden mantenir bones propietats magnètiques lineals dins d'un cert rang de força de camp magnètic i només entren en estat de saturació quan la força de camp magnètic arriba a un cert valor. Aquesta característica permet al transformador transferir l'energia elèctrica de manera estable durant el funcionament normal. Més endavant, en situacions anòmals com sobrecàrrega, la característica de saturació del nucli pot limitar l'increment addicional de la corrent del transformador, proporcionant una certa mesura de protecció.

Desavantatges

• Pèrdues d'histeresis i corrents d'Eddy: Encara que les pèrdues d'histeresis i corrents d'Eddy dels materials ferromagnètics siguin relativament baixes, durant el funcionament a llarg termini del transformador, aquestes pèrdues encara generen calor, fent augmentar la temperatura del transformador. Per assegurar el funcionament normal del transformador, cal prendre mesures eficaços de dissipació de calor, el que incrementa els costos de disseny i fabricació del transformador.

• Pes elevat: Els materials ferromagnètics tenen una densitat relativament alta. Utilitzar materials ferromagnètics per fabricar el nucli del transformador augmenta el pes total del transformador. Això no només posa dificultats en el transport i instal·lació del transformador, sinó que també pot requerir una estructura de suport més robusta, incrementant així el cost.

• Influència significativa de la temperatura: Les propietats magnètiques dels materials ferromagnètics estan afectades per la temperatura. Quan la temperatura de funcionament del transformador augmenta, la permeabilitat magnètica del material ferromagnètic disminueix, i les pèrdues d'histeresis i corrents d'Eddy augmenten, el que afecta el rendiment i l'eficiència del transformador. Per tant, en dissenyar un transformador, cal considerar l'influència de la temperatura en les propietats dels materials ferromagnètics i adoptar mesures de compensació de temperatura corresponents.

• Generació possible de soroll: Durant el funcionament del transformador, a causa de l'efecte de magnetoestrictió del nucli, el material ferromagnètic vibra mecànicament, generant soroll. Aquest soroll no només afecta l'entorn circumdant, sinó que també pot impactar la vida útil i la fiabilitat del transformador. Per reduir el soroll, cal adoptar processos de disseny i fabricació especials, com l'ús de materials de nucli de baix soroll i l'optimització de l'estructura del nucli.