Wat zijn de voordelen en nadelen van het gebruik van ferromagnetisch materiaal in transformatoren?

Voordelen

• Hoog magnetisch doorlaatbaarheid: Ferromagnetische materialen hebben een hoge magnetische doorlaatbaarheid, wat betekent dat ze onder een relatief kleine magnetische veldsterkte een grote magnetische inductie kunnen genereren. In een transformator stelt het gebruik van ferromagnetische materialen voor de kern de meeste van het magnetische veld dat door de windingen wordt gegenereerd in staat om zich binnen de kern te concentreren, waardoor het magnetische veldkoppelingseffect wordt versterkt. Dit verbetert op zijn beurt de elektromagnetische conversie-efficiëntie van de transformator, zodat elektrische energie effectiever kan worden overgebracht en getransformeerd.

• Lage hystereseverliezen: Hysterese verwijst naar het verschijnsel waarbij de verandering in magnetische inductie achterloopt op de verandering in magnetische veldsterkte in een magnetisch materiaal onder een wisselend magnetisch veld, wat leidt tot energieverlies. Ferromagnetische materialen zoals siliciumstaalplaten hebben een relatief klein hysterese-loopgebied. Dit geeft aan dat in een wisselend magnetisch veld, het energieverlies veroorzaakt door het hystereseverschijnsel relatief laag is, wat helpt bij het verbeteren van de efficiëntie van de transformator en het verminderen van energieverspilling.

• Lage wervelstroomverliezen: Wanneer een transformator in bedrijf is, genereert het wisselende magnetische veld een elektrische stroom, bekend als wervelstroom, in de kern. Wervelstromen veroorzaken dat de kern opwarmt en resulteren in energieverlies. Door het gebruik van ferromagnetische materialen met hoge weerstand en het maken van de kern in dunne plaatjes (zoals siliciumstaalplaten) die van elkaar geïsoleerd zijn, kan de pad voor de wervelstroom effectief worden verkleind, waardoor de wervelstroomverliezen worden verlaagd en de prestaties en betrouwbaarheid van de transformator worden verbeterd.

• Goede verzadigingskenmerken: Ferromagnetische materialen kunnen goede lineaire magnetische eigenschappen behouden binnen een bepaald bereik van magnetische veldsterkte en gaan pas in de verzadigde toestand over wanneer de magnetische veldsterkte een bepaalde waarde bereikt. Dit kenmerk stelt de transformator in staat om tijdens normaal gebruik stabiel elektrische energie over te brengen. Bovendien, in abnormale situaties zoals overbelasting, kan het verzadigingskenmerk van de kern de verdere toename van de transformatorstroom beperken, wat een zekere mate van bescherming biedt.

Nadelen

• Hysterese- en wervelstroomverliezen: Hoewel de hysterese- en wervelstroomverliezen van ferromagnetische materialen relatief laag zijn, genereren deze verliezen tijdens de lange-termijnbedrijf van de transformator nog steeds warmte, waardoor de temperatuur van de transformator stijgt. Om het normale functioneren van de transformator te garanderen, moeten effectieve koelmiddelen worden toegepast, wat de ontwerpen fabricagekosten van de transformator doet stijgen.

• Zwaar gewicht: Ferromagnetische materialen hebben een relatief hoge dichtheid. Het gebruik van ferromagnetische materialen voor de vervaardiging van de transformatorkern verhoogt het totale gewicht van de transformator. Dit maakt niet alleen de transport- en installatie van de transformator moeilijk, maar kan ook een robuustere ondersteunende structuur vereisen, wat de kosten verder doet stijgen.

• Grote temperatuurinvloed: De magnetische eigenschappen van ferromagnetische materialen worden beïnvloed door de temperatuur. Wanneer de werkelijke temperatuur van de transformator stijgt, neemt de magnetische doorlaatbaarheid van het ferromagnetische materiaal af, en nemen de hysterese- en wervelstroomverliezen toe, wat de prestaties en efficiëntie van de transformator beïnvloedt. Daarom moet bij het ontwerpen van een transformator rekening worden gehouden met de invloed van de temperatuur op de eigenschappen van ferromagnetische materialen, en dienen overeenkomstige temperatuurcompensatiemaatregelen te worden genomen.

• Mogelijke geluidsgeneratie: Tijdens de werking van de transformator, veroorzaken door het magnetostrictie-effect van de kern, trillen de ferromagnetische materialen mechanisch, waardoor geluid wordt geproduceerd. Dit geluid beïnvloedt niet alleen de omgeving, maar kan ook de levensduur en betrouwbaarheid van de transformator beïnvloeden. Om het geluid te verminderen, moeten speciale ontwerpen en productieprocessen worden toegepast, zoals het gebruik van lage-geluidskernmaterialen en de optimalisatie van de kernstructuur.