Koji su prednosti i nedostaci korištenja feromagnetskog materijala u transformatorima

Prednosti

• Visoka magnetna prozirnost: Feromagnetski materijali imaju visoku magnetnu prozirnost, što znači da mogu generirati veliku intenzitet magnetske indukcije pod relativno malim jačinama magnetskog polja. U transformatoru, korištenje feromagnetskih materijala za jezgra omogućuje da se većina magnetskog polja generiranog zavojnicama koncentriše unutar jezgra, poboljšavajući efekt spojenosti magnetskog polja. Time se povećava elektromagnetska konverzija učinkovitosti transformatora, omogućujući mu da efikasnije prenosi i transformira električnu energiju.

• Niska gubitak histerese: Histeresa se odnosi na pojavu pri kojoj promjena intenziteta magnetske indukcije zapazi promjenu jačine magnetskog polja u magnetskom materijalu pod izmjeničnim magnetskim poljem, rezultirajući gubitkom energije. Feromagnetski materijali poput silicijevih čelika imaju relativno mali površinu petlje histerese. To ukazuje da su u izmjeničnom magnetskom polju gubitci energije uzrokovani pojavi histerese relativno niski, što pomaže u poboljšanju učinkovitosti transformatora i smanjuje gubitak energije.

• Niske gubitke vrtloga struje: Kada je transformator u operaciji, izmjenično magnetsko polje inducira električnu struju, poznatu kao vrtlog struje, u jezgru. Vrtluge struje dovode do zagrijavanja jezgra i rezultiraju gubitkom energije. Korištenjem feromagnetskih materijala s visokim otporom i pravljenjem jezgra u tankim listićima (poput silicijevih čelika) koji su medusobno izolirani, putanja za vrtluge struje može biti efektivno smanjena, time smanjujući gubitke vrtluga struje i poboljšavajući performanse i pouzdanost transformatora.

• Dobre karakteristike nasitljivosti: Feromagnetski materijali mogu održavati dobre linearne magnetske osobine unutar određenog raspona jačine magnetskog polja i ulaze u stanje nasitljivosti tek kada jačina magnetskog polja dostigne određenu vrijednost. Ova karakteristika omogućuje transformatoru da stabilno prenosi električnu energiju tijekom normalne operacije. Nadalje, u nepravilnim situacijama, poput preopterećenja, karakteristika nasitljivosti jezgra može ograničiti daljnji porast struje transformatora, pružajući određeni stupanj zaštite.

Nedostaci

• Gubitci histerese i vrtluga struje: Iako su gubitci histerese i vrtluga struje feromagnetskih materijala relativno niski, tijekom dugotrajne operacije transformatora, ti gubitci i dalje generiraju toplinu, povrhujui temperaturu transformatora. Za osiguranje normalne operacije transformatora potrebne su učinkovite mjere odscajivanja topline, što povećava troškove dizajna i proizvodnje transformatora.

• Težak težina: Feromagnetski materijali imaju relativno visoku gustoću. Korištenje feromagnetskih materijala za izradu jezgra transformatora povećava ukupnu težinu transformatora. To ne samo stvara probleme u prijevozu i instalaciji transformatora, već također može zahtijevati čvrstiju nosivu konstrukciju, što dodatno povećava troškove.

• Značajan utjecaj temperature: Magnetske osobine feromagnetskih materijala ovisne su o temperaturi. Kada se radna temperatura transformatora poveća, magnetna prozirnost feromagnetskog materijala smanji se, a gubitci histerese i vrtluga struje povećaju, što utječe na performanse i učinkovitost transformatora. Stoga, prilikom dizajna transformatora, treba uzeti u obzir utjecaj temperature na osobine feromagnetskih materijala i primijeniti odgovarajuće mjere kompenzacije temperature.

• Moguće generiranje buke: Tijekom operacije transformatora, zbog magnetostriccionog učinka jezgra, feromagnetski materijal mehanički vibrira, generirajući buku. Ova buka ne samo da utječe na okruženje, već može utjecati i na životni vijek i pouzdanost transformatora. Za smanjenje buke, potrebno je koristiti specifične dizajne i procese proizvodnje, poput korištenja materijala sa niskom bukom za jezgra i optimizacije strukture jezgra.