Vilka är fördelarna och nackdelarna med att använda ferromagnetiskt material i transformatorer?

Fördelar

• Hög magnetisk permeabilitet: Ferromagnetiska material har hög magnetisk permeabilitet, vilket betyder att de kan generera en stor magnetisk induktion under relativt liten magnetfältstyrka. I en transformator gör användningen av ferromagnetiska material i kärnan att det mesta av det magnetfält som genereras av vindningarna koncentreras inuti kärnan, vilket förbättrar den magnetiska fältskopplingseffekten. Detta leder till att transformatorns elektromagnetiska konverteringsverkningsgrad förbättras, vilket möjliggör mer effektiv överföring och omvandling av elektrisk energi.

• Låg hysteresisförlust: Hysteresis refererar till fenomenet där förändringen i magnetisk induktion försenas jämfört med förändringen i magnetfältets styrka i ett magnetiskt material under ett växlande magnetfält, vilket resulterar i energiförlust. Ferromagnetiska material som siliciumstålplattor har en relativt liten hysteresisslutenhet. Detta indikerar att i ett växlande magnetfält är energiförlusten orsakad av hysteresisfenomenet relativt låg, vilket hjälper till att förbättra transformatorns effektivitet och minskar energiförsäkningen.

• Låg virvelströmsförlust: När en transformator är i drift induceras en elektrisk ström, känd som virvelström, i kärnan av det växlande magnetfältet. Virvelströmmar gör att kärnan uppvärms och orsakar energiförlust. Genom att använda ferromagnetiska material med hög resistivitet och göra kärnan till tunna plattor (som siliciumstålplattor) som är isolerade från varandra, kan banan för virvelströmmar effektivt reduceras, vilket minskar virvelströmsförlusten och förbättrar transformatorns prestanda och tillförlitlighet.

• Bra sättningsegenskaper: Ferromagnetiska material kan behålla goda linjära magnetiska egenskaper inom vissa gränser för magnetfältets styrka och går endast in i sättningstillstånd när magnetfältets styrka når ett visst värde. Denna egenskap gör att transformatorn kan överföra elektrisk energi stabilt under normal drift. Dessutom, vid ovanliga situationer som överbelastning, kan kärnans sättningsegenskaper begränsa det ytterligare ökande av transformatorströmmen, vilket ger en viss grad av skydd.

Nackdelar

• Hysteresis- och virvelströmsförluster: Även om hysteresis- och virvelströmsförlusterna för ferromagnetiska material är relativt låga, genererar dessa förluster fortfarande värme under transformatorns långsiktiga drift, vilket gör att transformatorns temperatur stiger. För att säkerställa transformatorns normala drift krävs effektiva kylåtgärder, vilket ökar design- och tillverkningskostnaderna för transformatorn.

• Tung vikt: Ferromagnetiska material har en relativt hög densitet. Användningen av ferromagnetiska material för att tillverka transformatorns kärna ökar den totala vikten av transformatorn. Detta skapar inte bara svårigheter vid transport och installation av transformatorn, utan kan också kräva en mer robust stödstruktur, vilket ytterligare ökar kostnaden.

• Signifikant temperaturinverkan: De magnetiska egenskaperna hos ferromagnetiska material påverkas av temperaturen. När transformatorns drifttemperatur stiger minskar ferromagnetiska materialens magnetiska permeabilitet, och hysteresis- och virvelströmsförlusterna ökar, vilket påverkar transformatorns prestanda och effektivitet. Därför måste inflytandet av temperaturen på ferromagnetiska materials egenskaper beaktas vid design av en transformator, och motsvarande temperaturkompenseringsåtgärder bör vidtas.

• Möjlig bullergenerering: Under transformatorns drift, på grund av magnetostrictionseffekten i kärnan, vibrerar ferromagnetiska material mekaniskt, vilket genererar buller. Detta buller påverkar inte bara omgivningen, men kan också påverka transformatorns livslängd och tillförlitlighet. För att minska bullret behöver specialdesign och tillverkningsprocesser, såsom användning av lågbullerkärnmaterial och optimering av kärnstrukturen, antas.