¿Cuáles son las ventajas y desventajas de utilizar material ferromagnético en transformadores?

Ventajas

• Alta permeabilidad magnética: Los materiales ferromagnéticos tienen alta permeabilidad magnética, lo que significa que pueden generar una gran intensidad de inducción magnética bajo un campo magnético relativamente pequeño. En un transformador, el uso de materiales ferromagnéticos para el núcleo permite concentrar la mayor parte del campo magnético generado por los devanados dentro del núcleo, mejorando así el efecto de acoplamiento magnético. Esto, a su vez, mejora la eficiencia de conversión electromagnética del transformador, permitiéndole transferir y transformar la energía eléctrica de manera más efectiva.

• Baja pérdida por histeresis: La histeresis se refiere al fenómeno en el que el cambio en la intensidad de inducción magnética se retrasa respecto al cambio en la intensidad del campo magnético en un material magnético bajo un campo magnético alternante, resultando en una pérdida de energía. Materiales ferromagnéticos como las láminas de acero silicio tienen un área de bucle de histeresis relativamente pequeña. Esto indica que, en un campo magnético alternante, la pérdida de energía causada por el fenómeno de histeresis es relativamente baja, lo que ayuda a mejorar la eficiencia del transformador y reduce el desperdicio de energía.

• Baja pérdida por corrientes parásitas: Cuando un transformador está en operación, el campo magnético alternante induce una corriente eléctrica, conocida como corriente parásita, en el núcleo. Las corrientes parásitas causan que el núcleo se caliente y resulten en una pérdida de energía. Al utilizar materiales ferromagnéticos con alta resistividad y hacer el núcleo en láminas finas (como las láminas de acero silicio) que están aisladas entre sí, se puede reducir eficazmente el camino para las corrientes parásitas, disminuyendo así la pérdida por corrientes parásitas y mejorando el rendimiento y la confiabilidad del transformador.

• Buenas características de saturación: Los materiales ferromagnéticos pueden mantener buenas propiedades magnéticas lineales dentro de un cierto rango de intensidad del campo magnético y solo entran en estado de saturación cuando la intensidad del campo magnético alcanza un valor determinado. Esta característica permite que el transformador transfiera la energía eléctrica de manera estable durante la operación normal. Además, en situaciones anormales como sobrecargas, la característica de saturación del núcleo puede limitar el aumento adicional de la corriente del transformador, proporcionando cierto grado de protección.

Desventajas

• Pérdidas por histeresis y corrientes parásitas: Aunque las pérdidas por histeresis y corrientes parásitas de los materiales ferromagnéticos son relativamente bajas, durante la operación a largo plazo del transformador, estas pérdidas aún generan calor, causando un aumento en la temperatura del transformador. Para garantizar la operación normal del transformador, se deben tomar medidas de disipación de calor efectivas, lo que aumenta los costos de diseño y fabricación del transformador.

• Peso elevado: Los materiales ferromagnéticos tienen una densidad relativamente alta. El uso de materiales ferromagnéticos para fabricar el núcleo del transformador aumenta el peso total del transformador. Esto no solo supone dificultades en el transporte e instalación del transformador, sino que también puede requerir una estructura de soporte más robusta, aumentando aún más los costos.

• Influencia significativa de la temperatura: Las propiedades magnéticas de los materiales ferromagnéticos se ven afectadas por la temperatura. Cuando la temperatura de operación del transformador aumenta, la permeabilidad magnética del material ferromagnético disminuye y las pérdidas por histeresis y corrientes parásitas aumentan, lo que afecta el rendimiento y la eficiencia del transformador. Por lo tanto, al diseñar un transformador, es necesario considerar la influencia de la temperatura en las propiedades de los materiales ferromagnéticos y adoptar medidas de compensación de temperatura correspondientes.

• Posible generación de ruido: Durante la operación del transformador, debido al efecto de magnetostricción del núcleo, el material ferromagnético vibra mecánicamente, generando ruido. Este ruido no solo afecta el entorno circundante, sino que también puede impactar la vida útil y la confiabilidad del transformador. Para reducir el ruido, se deben adoptar procesos de diseño y fabricación especiales, como el uso de materiales de núcleo de bajo ruido y la optimización de la estructura del núcleo.