چه مزایا و معایبی در استفاده از مواد فررومغناطیسی در ترانسفورماتورها وجود دارد

پارسایی

• نفوذپذیری مغناطیسی بالا: مواد فررومغناطیسی دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا هستند که به این معنی است که آنها می‌توانند تحت یک میدان مغناطیسی نسبتاً کوچک، شدت القاء مغناطیسی زیادی تولید کنند. در یک ترانسفورماتور، استفاده از مواد فررومغناطیسی برای هسته اجازه می‌دهد که بیشتر میدان مغناطیسی تولید شده توسط پیچه‌ها در داخل هسته تمرکز یابد و اثر جفت‌گیری مغناطیسی را افزایش دهد. این امر به نوبه خود کارایی تبدیل الکترومغناطیسی ترانسفورماتور را بهبود می‌بخشد و امکان انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی به صورت مؤثرتری را فراهم می‌کند.

• تلفات هیستریسی پایین: هیستریس به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن تغییر در شدت القاء مغناطیسی در یک ماده مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی متناوب، پشت سر تغییر در شدت میدان مغناطیسی باقی می‌ماند و منجر به تلفات انرژی می‌شود. مواد فررومغناطیسی مانند ورق‌های سنگفرشی دارای حلقه هیستریس با مساحت کمتری هستند. این نشان می‌دهد که در یک میدان مغناطیسی متناوب، تلفات انرژی ناشی از پدیده هیستریس نسبتاً کم است که به بهبود کارایی ترانسفورماتور و کاهش تلفات انرژی کمک می‌کند.

• تلفات گردابی پایین: هنگام عملکرد یک ترانسفورماتور، میدان مغناطیسی متناوب یک جریان الکتریکی به نام گردابه در هسته القا می‌کند. گردابه‌ها باعث گرم شدن هسته و تلفات انرژی می‌شوند. با استفاده از مواد فررومغناطیسی با مقاومت الکتریکی بالا و ساخت هسته از ورق‌های لاغر (مانند ورق‌های سنگفرشی) که از هم جدا شده‌اند، مسیر گردابه می‌تواند مؤثر به کاهش یافته و تلفات گردابی کاهش یابد و عملکرد و قابلیت اطمینان ترانسفورماتور بهبود یابد.

• ویژگی‌های اشباع خوب: مواد فررومغناطیسی می‌توانند در محدوده خاصی از شدت میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی خطی خوبی را حفظ کنند و فقط زمانی که شدت میدان مغناطیسی به مقدار خاصی برسد، وارد وضعیت اشباع می‌شوند. این ویژگی امکان انتقال پایدار انرژی الکتریکی در طول عملکرد عادی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، در شرایط غیرعادی مانند بارگذاری بیش از حد، ویژگی اشباع هسته می‌تواند افزایش بیشتر جریان ترانسفورماتور را محدود کند و درجه‌ای از محافظت را فراهم کند.

نقایص

• تلفات هیستریس و گردابی: اگرچه تلفات هیستریس و گردابی مواد فررومغناطیسی نسبتاً پایین است، اما در طول عملکرد بلندمدت ترانسفورماتور، این تلفات همچنان گرما تولید می‌کنند که باعث افزایش دما در ترانسفورماتور می‌شود. برای اطمینان از عملکرد عادی ترانسفورماتور، تدابیر تخلیه گرما مؤثری باید اتخاذ شود که هزینه‌های طراحی و تولید ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد.

• وزن زیاد: مواد فررومغناطیسی دارای چگالی نسبتاً بالا هستند. استفاده از مواد فررومغناطیسی برای ساخت هسته ترانسفورماتور وزن کلی ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد. این امر نه تنها مشکلاتی در حمل و نصب ترانسفورماتور ایجاد می‌کند، بلکه ممکن است نیاز به ساختار پشتیبان قوی‌تری داشته باشد که هزینه را افزایش می‌دهد.

• تأثیر دمای قابل توجه: خواص مغناطیسی مواد فررومغناطیسی تحت تأثیر دما قرار می‌گیرند. هنگامی که دمای عملکرد ترانسفورماتور افزایش می‌یابد، نفوذپذیری مغناطیسی ماده فررومغناطیسی کاهش می‌یابد و تلفات هیستریس و گردابی افزایش می‌یابند که عملکرد و کارایی ترانسفورماتور را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بنابراین، هنگام طراحی یک ترانسفورماتور، تأثیر دما بر خواص مواد فررومغناطیسی باید در نظر گرفته شود و تدابیر جبران دما مناسب باید اتخاذ شود.

• تولید احتمالی سر و صدا: در طول عملکرد ترانسفورماتور، به دلیل اثر مغناطیس‌گریزی هسته، ماده فررومغناطیسی به صورت مکانیکی ارتعاش می‌کند و سر و صدا تولید می‌کند. این سر و صدا نه تنها محیط اطراف را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بلکه ممکن است عمر مفید و قابلیت اطمینان ترانسفورماتور را نیز تحت تأثیر قرار دهد. برای کاهش سر و صدا، نیاز به استفاده از مواد هسته با سر و صدا پایین و بهینه‌سازی ساختار هسته است.