Que prós e contras hai no uso de material ferromagnético en transformadores

Ventajas

• Alta permeabilidade magnética: Os materiais ferromagnéticos teñen alta permeabilidade magnética, o que significa que poden xerar unha gran intensidade de indución magnética baixo un campo magnético relativamente pequeno. No transformador, o uso de materiais ferromagnéticos para o núcleo permite que a maioría do campo magnético xerado polas bobinas se concentre dentro do núcleo, mellorando o efecto de acoplamento do campo magnético. Isto, por sua vez, melhora a eficiencia de conversión electromagnética do transformador, permitindo que transfira e transforme a enerxía eléctrica de forma máis eficaz.

• Baixa perda de histerese: A histerese refírese ao fenómeno no que a variación da intensidade de indución magnética atrasa respecto á variación da intensidade do campo magnético nun material magnético baixo un campo magnético alternativo, resultando en unha perda de enerxía. Materiais ferromagnéticos como as láminas de silicio teñen unha área de ciclo de histerese relativamente pequena. Isto indica que, nun campo magnético alternativo, a perda de enerxía causada polo fenómeno de histerese é relativamente baixa, o que axuda a mellorar a eficiencia do transformador e reducir o desperdicio de enerxía.

• Baixa perda de correntes de Foucault: Cando un transformador está en funcionamento, o campo magnético alternativo induce unha corrente eléctrica, coñecida como corrente de Foucault, no núcleo. As correntes de Foucault provocan que o núcleo se aqueza e resulten en unha perda de enerxía. Utilizando materiais ferromagnéticos con alta resistividade e facendo o núcleo en láminas finas (como as láminas de silicio) que están aisladas entre si, pode reducirse eficazmente o camiño para as correntes de Foucault, diminuíndo así a perda de correntes de Foucault e mellorando o rendemento e a fiabilidade do transformador.

• Bons características de saturación: Os materiais ferromagnéticos poden manter boas propiedades magnéticas lineares dentro dun certo rango de intensidade do campo magnético e só entran no estado de saturación cando a intensidade do campo magnético alcanza un valor determinado. Esta característica permite que o transformador transfira a enerxía eléctrica de forma estable durante o funcionamento normal. Ademais, en situacións anormais como a sobrecarga, a característica de saturación do núcleo pode limitar o aumento adicional da corrente do transformador, proporcionando un grao de protección.

Desvantaxes

• Pérdidas de histerese e correntes de Foucault: Aínda que as pérdidas de histerese e correntes de Foucault dos materiais ferromagnéticos son relativamente baixas, durante a operación a longo prazo do transformador, estas pérdidas xeran calor, causando un aumento da temperatura do transformador. Para asegurar o funcionamento normal do transformador, deben adoptarse medidas eficaces de dissipación de calor, o que aumenta os custos de deseño e fabricación do transformador.

• Gran peso: Os materiais ferromagnéticos teñen unha densidade relativamente alta. O uso de materiais ferromagnéticos para fabricar o núcleo do transformador aumenta o peso global do transformador. Isto non só supón dificultades na transporte e instalación do transformador, senón que tamén pode require unha estrutura de soporte máis robusta, incrementando así o custo.

• Influencia significativa da temperatura: As propiedades magnéticas dos materiais ferromagnéticos están afectadas pola temperatura. Cando a temperatura de funcionamento do transformador aumenta, a permeabilidade magnética do material ferromagnético diminúe, e as pérdidas de histerese e correntes de Foucault aumentan, o que afecta o rendemento e a eficiencia do transformador. Polo tanto, ao deseñar un transformador, debe terse en conta a influencia da temperatura nas propiedades dos materiais ferromagnéticos e deben adoptarse medidas de compensación de temperatura correspondentes.

• Posible xeración de ruído: Durante a operación do transformador, debido ao efecto de magnetorrestrición do núcleo, o material ferromagnético vibra mecánicamente, xerando ruído. Este ruído non só afecta ao ambiente circundante, senón que tamén pode impactar na vida útil e na fiabilidade do transformador. Para reducir o ruído, deben adoptarse procesos de deseño e fabricación especiais, como o uso de materiais de núcleo de baixo ruído e a optimización da estrutura do núcleo.