Jaké jsou výhody a nevýhody použití feromagnetického materiálu v transformátorech

Výhody

• Vysoká magnetická průchodosť: Feromagnetické materiály mají vysokou magnetickou průchodosť, což znamená, že mohou vygenerovat velkou magnetickou indukci za poměrně malé síly magnetického pole. V transformátoru umožňuje použití feromagnetických materiálů pro jádro, aby se většina magnetického pole generovaného vinutím soustředila uvnitř jádra, což posiluje efekt spojení magnetických polí. Toto zlepšuje elektromagnetickou převodnou efektivitu transformátoru a umožňuje mu efektivněji přenášet a transformovat elektrickou energii.

• Nízké hysterézní ztráty: Hysteréza je fenomén, kdy změna magnetické indukce následuje s časovým odkladem za změnou síly magnetického pole v magnetickém materiálu pod vlivem střídavého magnetického pole, což vede k energetickým ztrátám. Feromagnetické materiály, jako jsou silikátové plechy, mají relativně malou plochu hysteretického cyklu. To naznačuje, že ve střídavém magnetickém poli jsou energetické ztráty způsobené hysterézou relativně nízké, což pomáhá zvýšit efektivitu transformátoru a snížit energetické ztráty.

• Nízké ztráty eddy proudy: Když transformátor funguje, střídavé magnetické pole indukuje elektrický proud, známý jako eddy proud, v jádru. Eddy proudy způsobují ohřev jádra a energetické ztráty. Použitím feromagnetických materiálů s vysokou elektrickou odporovostí a vytvořením jádra z tenkých plechů (např. silikátových plechů) izolovaných od sebe, lze efektivně snížit cestu pro eddy proudy, čímž se snižují ztráty eddy proudy a zlepšuje se výkon a spolehlivost transformátoru.

• Dobré nasycovací charakteristiky: Feromagnetické materiály mohou udržovat dobré lineární magnetické vlastnosti v určitém rozmezí síly magnetického pole a vstupují do stavu nasycení až dosažením určité hodnoty síly magnetického pole. Tato charakteristika umožňuje transformátoru stabilně přenášet elektrickou energii během normálního provozu. Kromě toho, v neobvyklých situacích, jako je přetížení, mohou nasycovací charakteristiky jádra omezit další nárůst proudu transformátoru, což poskytuje určitou míru ochrany.

Nevýhody

• Hysterézní a eddy proudové ztráty: I když hysterézní a eddy proudové ztráty feromagnetických materiálů jsou relativně nízké, během dlouhodobého provozu transformátoru tyto ztráty stále produkují teplo, což způsobuje zvýšení teploty transformátoru. Pro zajištění normálního chodu transformátoru je třeba přijmout efektivní opatření k odvodu tepla, což zvyšuje náklady na návrh a výrobu transformátoru.

• Velká hmotnost: Feromagnetické materiály mají relativně vysokou hustotu. Použití feromagnetických materiálů k výrobě jádra transformátoru zvyšuje celkovou hmotnost transformátoru. To nejen komplikuje dopravu a instalaci transformátoru, ale může také vyžadovat robustnější nosné struktury, což dále zvyšuje náklady.

• Značný vliv teploty: Magnetické vlastnosti feromagnetických materiálů jsou ovlivněny teplotou. Když se provozní teplota transformátoru zvýší, klesne magnetická průchodosť feromagnetického materiálu a hysterézní a eddy proudové ztráty se zvýší, což ovlivňuje výkon a efektivitu transformátoru. Proto je třeba při návrhu transformátoru zohlednit vliv teploty na vlastnosti feromagnetických materiálů a přijmout odpovídající opatření k kompenzaci teploty.

• Možné vytváření hluku: Během provozu transformátoru dochází kvůli magnetostrukčnímu efektu jádra k mechanické vibraci feromagnetického materiálu, což vede k vytváření hluku. Tento hluk nejen ovlivňuje okolí, ale může také ovlivnit životnost a spolehlivost transformátoru. Pro snížení hluku je třeba použít speciální návrhy a výrobní procesy, jako je použití materiálů jádra s nízkým hlukem a optimalizace struktury jádra.