Koji su prednosti i nedostaci korišćenja feromagnetskog materijala u transformatorima

Prednosti

• Visoka magnetna prozirnost: Feromagnetni materijali imaju visoku magnetnu prozirnost, što znači da mogu generisati veliku magnetnu indukciju pod relativno malim jačinama magnetnog polja. U transformatoru, korišćenje feromagnetnih materijala za jezgra omogućava da se veći deo magnetnog polja generisanog vitanicama koncentriše unutar jezgra, pojačavajući efekat spojenja magnetnog polja. Time se povešava elektromagnetska efikasnost transformatora, omogućavajući mu da efektivnije prenosi i transformiše električnu energiju.

• Niska gubitak histerese: Histeresa predstavlja fenomen u kojem promena magnetne indukcije zaostaje za promenom jačine magnetnog polja u magnetnom materijalu pod dejstvom alternativnog magnetnog polja, rezultujući gubitkom energije. Feromagnetni materijali, poput silicijskih čelika, imaju relativno mali obim petlje histerese. To ukazuje na to da su u alternativnom magnetnom polju gubitci energije uzrokovani histeresom relativno niski, što doprinosi poboljšanju efikasnosti transformatora i smanjenju odlaganja energije.

• Niska gubitak vrtiljastih struja: Kada je transformator u radu, alternativno magnetno polje indukuje električnu struju, poznatu kao vrtiljasta struja, u jezgru. Vrtiljaste struje dovode do zagrevanja jezgra i gubitka energije. Koristeći feromagnetne materijale sa visokom električnom otpornosti i izrađujući jezgro od tankih lista (poput silicijskog čelika) koji su međusobno izolovani, putanjа vrtiljastih struja može biti efektivno smanjena, s tim smanjujući gubitke vrtiljastih struja i poboljšavajući performanse i pouzdanost transformatora.

• Dobre karakteristike nasitljivosti: Feromagnetni materijali mogu održavati dobre linearne magnetske osobine unutar određenog opsega jačina magnetnog polja i ulaze u stanje nasitljivosti tek kada jačina magnetnog polja dostigne određenu vrednost. Ova karakteristika omogućava transformatoru da stabilno prenosi električnu energiju tokom normalnog rada. Takođe, u nepravilnim situacijama, poput preopterećenja, karakteristika nasitljivosti jezgra može ograničiti dalji porast struje transformatora, pružajući određeni stepen zaštite.

Nedostaci

• Gubitci histerese i vrtiljastih struja: Iako su gubitci histerese i vrtiljastih struja feromagnetnih materijala relativno niski, tokom dugotrajnog rada transformatora, ovi gubitci još uvek stvaraju toplotu, dovodeći do porasta temperature transformatora. Da bi se osiguralo normalno funkcionisanje transformatora, potrebne su efektivne mere za odbijanje toplote, što povećava troškove dizajna i proizvodnje transformatora.

• Velika težina: Feromagnetni materijali imaju relativno visoku gustinu. Korišćenje feromagnetnih materijala za izradu jezgra transformatora povećava ukupnu težinu transformatora. To ne samo da komplikuje transport i montažu transformatora, već može zahtevati i čvrstiji nosač, što dodatno povećava troškove.

• Značajan uticaj temperature: Magnetske osobine feromagnetnih materijala su pod uticajem temperature. Kada temperatura rada transformatora poraste, magnetna prozirnost feromagnetnog materijala opada, a gubitci histerese i vrtiljastih struja se povećavaju, što utiče na performanse i efikasnost transformatora. Stoga, pri dizajniranju transformatora, potrebno je uzeti u obzir uticaj temperature na osobine feromagnetnih materijala i primeniti odgovarajuće mere za kompenzaciju temperature.

• Mogućnost nastanka buke: Tokom rada transformatora, zbog efekta magnetostrikcije jezgra, feromagnetni materijal mehanički vibrira, stvarajući buku. Ova buka ne samo da utiče na okolinu, već može uticati i na životnu vreme i pouzdanost transformatora. Da bi se smanjila buka, potrebni su specifični dizajn i proizvodni procesi, poput korišćenja materijala za jezgra sa niskom bukom i optimizacije strukture jezgra.