Hva er fordelene og ulemper ved bruk av ferromagnetisk materiale i transformatorer

Fordeler

• Høy magnetisk permeabilitet: Ferromagnetiske materialer har høy magnetisk permeabilitet, som betyr at de kan generere en stor magnetisk induksjonsintensitet under en relativt liten magnetfeltstyrke. I en transformator tillater bruk av ferromagnetiske materialer i kjernen at det meste av det magnetiske feltet generert av spoler konsentres inni kjernen, noe som forbedrer effekten av det magnetiske feltkoblingen. Dette fører til økt elektromagnetisk konverteringsverknad i transformator, som gjør at den kan overføre og transformere elektrisk energi mer effektivt.

• Lav hysteresistap: Hysteresis refererer til fenomenet der endringen i magnetisk induksjonsintensitet kommer etter endringen i magnetfeltstyrken i et magnetisk materiale under et alternerende magnetfelt, noe som fører til energitap. Ferromagnetiske materialer som silisijernplater har en relativt liten hysteresissløyfeareal. Dette indikerer at under et alternerende magnetfelt er energitapet forårsaket av hysteresisfenomenet relativt lavt, noe som bidrar til å forbedre transformatorens effektivitet og redusere energispill.

• Lav virvelstrømstap: Når en transformator er i drift, inducerer det alternerende magnetfelt en elektrisk strøm, kjent som virvelstrøm, i kjernen. Virvelstrømmer fører til at kjernen blir varm og resulterer i energitap. Ved å bruke ferromagnetiske materialer med høy resistivitet og lage kjernen av tynne plater (som silisijernplater) som er isolert fra hverandre, kan banen for virvelstrømmene effektivt reduseres, noe som nedsinker virvelstrømtapet og forbedrer ytelsen og påliteligheten til transformator.

• God saturasjonskarakteristikker: Ferromagnetiske materialer kan opprettholde gode lineære magnetiske egenskaper innenfor et visst område av magnetfeltstyrken, og går bare i saturasjonstilstand når magnetfeltstyrken når en viss verdi. Denne egenskapen lar transformator stabilt overføre elektrisk energi under normal drift. I tillegg, i uvanlige situasjoner som overbelasting, kan kjernens saturasjonsegenskap begrense videre økning av transformatorstrømmen, noe som gir en viss grad av beskyttelse.

Ulemper

• Hysteresis- og virvelstrømtap: Selv om hysteresis- og virvelstrømtapene til ferromagnetiske materialer er relativt lave, genererer disse tapene fortsatt varme under langvarig drift av transformator, noe som fører til at temperaturen i transformator stiger. For å sikre normal drift av transformator, må effektive kuleforingsforanstaltninger tas, noe som øker design- og produksjonskostnadene til transformator.

• Tung vekt: Ferromagnetiske materialer har relativt høy tetthet. Bruk av ferromagnetiske materialer til å lage kjernen i transformator øker den totale vekten av transformator. Dette skaper ikke bare problemer med transport og installasjon av transformator, men kan også kreve en mer robust støttekonstruksjon, noe som øker kostnadene ytterligere.

• Betydelig temperaturinfluens: De magnetiske egenskapene til ferromagnetiske materialer er påvirket av temperatur. Når driftstemperaturen til transformator stiger, synker magnetisk permeabilitet til ferromagnetisk materiale, og hysteresis- og virvelstrømtapene øker, noe som påvirker transformatorens ytelse og effektivitet. Derfor må innvirkningen av temperatur på egenskapene til ferromagnetiske materialer tas i betraktning ved utforming av transformator, og tilsvarende temperaturkompenserende tiltak må tas.

• Mulig støygenerering: Under drift av transformator, pga. magnetostrikk-effekten i kjernen, vibrerer ferromagnetisk materiale mekanisk, noe som genererer støy. Denne støyen påvirker ikke bare omgivelsene, men kan også påvirke servicelevertid og påliteligheten til transformator. For å redusere støy, må spesielle design- og produksjonsprosesser, som bruk av lavstøy-kjerneverk og optimalisering av kjernestrukturen, benyttes.