چه مزایا و معایبی برای استفاده از مواد فرومغناطیس در ترانسفورماتورها وجود دارد

مزایا

• تراوایی مغناطیسی بالا: مواد فرومغناطیس دارای تراوایی مغناطیسی بالا هستند که به این معنی است که می‌توانند تحت یک شدت میدان مغناطیسی نسبتاً کم، یک القای مغناطیسی قوی ایجاد کنند. در یک ترانسفورماتور، استفاده از مواد فرومغناطیس برای هسته اجازه می‌دهد که بیشتر میدان مغناطیسی تولید شده توسط پیچک‌ها در داخل هسته متمرکز شود و اثر جفت‌شدن مغناطیسی را افزایش دهد. این امر به نوبه خود باعث افزایش کارایی تبدیل الکترومغناطیسی ترانسفورماتور می‌شود و آن را قادر می‌سازد که انرژی الکتریکی را به صورت مؤثرتری منتقل و تبدیل کند.

• اتلاف هیستریس کم: هیستریس به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن تغییر در القای مغناطیسی در یک ماده مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی متناوب، پس از تغییر در شدت میدان مغناطیسی، با تأخیر رخ می‌دهد و منجر به اتلاف انرژی می‌شود. مواد فرومغناطیس مانند ورق‌های فولاد سیلیسیوم دارای حلقه هیستریس با مساحت نسبتاً کم هستند. این نشان‌دهنده آن است که در یک میدان مغناطیسی متناوب، اتلاف انرژی ناشی از پدیده هیستریس نسبتاً کم است که به بهبود کارایی ترانسفورماتور و کاهش تلفات انرژی کمک می‌کند.

• اتلاف گردابه‌ای کم: هنگام عملکرد یک ترانسفورماتور، میدان مغناطیسی متناوب یک جریان الکتریکی به نام جریان گردابه‌ای را در هسته القاء می‌کند. جریان‌های گردابه‌ای باعث گرم شدن هسته و اتلاف انرژی می‌شوند. با استفاده از مواد فرومغناطیس با مقاومت الکتریکی بالا و تبدیل هسته به ورق‌های نازک (مانند ورق‌های فولاد سیلیسیوم) که از یکدیگر جدا شده‌اند، مسیر جریان گردابه‌ای می‌تواند مؤثرتر کاهش یابد و در نتیجه اتلاف گردابه‌ای کاهش یافته و عملکرد و قابلیت اعتماد ترانسفورماتور بهبود می‌یابد.

• ویژگی‌های اشباع خوب: مواد فرومغناطیس می‌توانند در محدوده‌ای از شدت میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی خطی خوبی را حفظ کنند و فقط زمانی به وضعیت اشباع می‌رسند که شدت میدان مغناطیسی به یک مقدار مشخص برسد. این ویژگی به ترانسفورماتور اجازه می‌دهد تا در طول عملکرد عادی انرژی الکتریکی را به صورت پایدار منتقل کند. 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 ایجاد کند.

معایب

• اتلاف هیستریس و گردابه‌ای: اگرچه اتلاف هیستریس و گردابه‌ای مواد فرومغناطیس نسبتاً کم است، اما در طول عملکرد بلندمدت ترانسفورماتور، این اتلاف‌ها همچنان گرما تولید می‌کنند و باعث افزایش دما در ترانسفورماتور می‌شوند. برای تضمین عملکرد عادی ترانسفورماتور، تدابیر موثر برای تخلیه گرما لازم است که این امر به نوبه خود هزینه‌های طراحی و تولید ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد.

• وزن سنگین: مواد فرومغناطیس دارای چگالی نسبتاً بالا هستند. استفاده از مواد فرومغناطیس برای ساخت هسته ترانسفورماتور وزن کلی ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد. این امر نه تنها موجب دشواری‌هایی در حمل و نصب ترانسفورماتور می‌شود، بلکه ممکن است نیاز به ساختار پشتیبانی محکم‌تری داشته باشد که هزینه را افزایش می‌دهد.

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

• احتمال تولید نویز: در طول عملکرد ترانسفورماتور، به دلیل اثر مغناطیسی انقباض-انبساط هسته، ماده فرومغناطیس به صورت مکانیکی ارتعاش می‌کند و نویز تولید می‌کند. این نویز 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 نویز، نیاز به استفاده از مواد هسته با کم‌صدا و بهینه‌سازی ساختار هسته با استفاده از فرآیندهای طراحی و تولید خاص است.