Kaj so prednosti in nedostatki uporabe feromagnetnega materiala v transformatorjih?

Prednosti

• Visoka magnetna vodljivost: Feromagnetni materiali imajo visoko magnetno vodljivost, kar pomeni, da lahko pri relativno majhni moči magnetnega polja ustvarijo veliko indukcijo magnetnega polja. V transformatorju omogoča uporaba feromagnetnih materialov za jezgre, da se večina magnetnega polja, ki ga generirajo viti, koncentrira znotraj jezgre, kar izboljša učinek kopliranja magnetnega polja. To na svojo stran izboljša elektromagnetno pretvorbo učinkovitosti transformatorja, s čimer omogoča bolj učinkovito prenašanje in pretvorbo električne energije.

• Nizka histerza: Histerza se nanaša na pojav, kjer zamenjava indukcije magnetnega polja zapade za spremembo moči magnetnega polja v magnetnem materialu pod naprskajočim magnetnim poljem, kar povzroča izgubo energije. Feromagnetni materiali, kot so silikatne jeklene pleške, imajo relativno majhen obseg histerznega cikla. To kaže, da je v naprskajočem magnetnem polju izguba energije zaradi histerze relativno nizka, kar pomaga izboljšati učinkovitost transformatorja in zmanjša porabo energije.

• Nizka izguba zaradi vrtilčnih tokov: Ko je transformator v delovanju, naprskajoče magnetno polje inducira električni tok, znan tudi kot vrtilčni tok, v jezgru. Vrtilčni toki povzročajo segrevanje jezgra in izgubo energije. Z uporabo feromagnetnih materialov z visokim upornostnim koeficientom in izdelavo jezgra v tanko pleščico (kot so silikatne jeklene pleške), ki so med seboj izolirane, lahko učinkovito zmanjšate pot vrtilčnega toka, s tem pa zmanjšate izgubo zaradi vrtilčnih tokov in izboljšate delovanje in zanesljivost transformatorja.

• Dobre zasičevanje lastnosti: Feromagnetni materiali lahko v določenem obsegu moči magnetnega polja ohranjajo dobre linearne magnetne lastnosti in pridejo v stanje zasičevanja le, ko doseže moč magnetnega polja določeno vrednost. Ta značilnost omogoča transformatorju, da stabilno prenaša električno energijo med normalnim delovanjem. Poleg tega v nezgodah, kot je pretovar, lahko zasičevanje jezgra omeji nadaljnji naraštaj toka transformatorja, kar zagotavlja določeno raven zaščite.

Nedostatki

• Histerza in izguba zaradi vrtilčnih tokov: Čeprav so histerza in izguba zaradi vrtilčnih tokov feromagnetnih materialov relativno nizka, ti še vedno generirajo toploto med dolgoročnim delovanjem transformatorja, kar povzroča povišanje temperature transformatorja. Za zagotavljanje normalnega delovanja transformatorja je potrebno sprejeti učinkova mera za odvajanje toplote, kar poveča stroške oblikovanja in izdelave transformatorja.

• Težka telesna masa: Feromagnetni materiali imajo relativno visoko gostoto. Uporaba feromagnetnih materialov za izdelavo jezgra transformatorja poveča skupno maso transformatorja. To ne le ustvarja težave pri prevozu in namestitvi transformatorja, ampak lahko tudi zahteva močnejšo nosilno strukturo, kar še dodatno poveča stroške.

• Značilen vpliv temperature: Magnetne lastnosti feromagnetnih materialov so odvisne od temperature. Ko se operativna temperatura transformatorja poveča, se magnetna vodljivost feromagnetnega materiala zmanjša, histerza in izguba zaradi vrtilčnih tokov pa se povečata, kar vpliva na delovanje in učinkovitost transformatorja. Zato mora biti pri oblikovanju transformatorja upoštevan vpliv temperature na lastnosti feromagnetnih materialov in sprejeta ustrezna mera za kompenzacijo temperature.

• Mogoče nastajanje šuma: Med delovanjem transformatorja se zaradi magnetostrukcijskega efekta jezgra feromagnetni material mehansko vibrira, kar ustvari šum. Ta šum ne le vpliva na okolje, ampak lahko tudi vpliva na življenjsko dobo in zanesljivost transformatorja. Za zmanjšanje šuma je potrebno uporabiti posebna oblikovalska in proizvodna postopka, kot je uporaba nizkošumnih jezgrenih materialov in optimizacija strukture jezgra.