Điểm mạnh và điểm yếu của việc sử dụng vật liệu từ tính trong máy biến áp là gì?

Ưu điểm

• Độ thấm từ cao: Các vật liệu từ sắt có độ thấm từ cao, nghĩa là chúng có thể tạo ra cường độ cảm ứng từ lớn dưới một cường độ từ trường tương đối nhỏ. Trong máy biến áp, việc sử dụng vật liệu từ sắt cho lõi giúp tập trung hầu hết từ trường do cuộn dây tạo ra bên trong lõi, tăng cường hiệu ứng ghép từ trường. Điều này, ngược lại, cải thiện hiệu suất chuyển đổi điện từ của máy biến áp, cho phép nó truyền và biến đổi năng lượng điện hiệu quả hơn.

• Mất mát do hysteresis thấp: Hysteresis đề cập đến hiện tượng mà sự thay đổi của cường độ cảm ứng từ chậm hơn so với sự thay đổi của cường độ từ trường trong vật liệu từ dưới từ trường xoay chiều, dẫn đến mất mát năng lượng. Vật liệu từ sắt như thép silic có diện tích vòng hysteresis tương đối nhỏ. Điều này cho thấy, trong từ trường xoay chiều, mất mát năng lượng do hiện tượng hysteresis là tương đối thấp, giúp cải thiện hiệu suất của máy biến áp và giảm lãng phí năng lượng.

• Mất mát do dòng xoáy thấp: Khi máy biến áp hoạt động, từ trường xoay chiều gây ra dòng điện, được gọi là dòng xoáy, trong lõi. Dòng xoáy làm lõi nóng lên và gây mất mát năng lượng. Bằng cách sử dụng vật liệu từ có điện trở suất cao và làm lõi thành các tấm mỏng (như thép silic) được cách điện với nhau, đường đi của dòng xoáy có thể được giảm thiểu hiệu quả, do đó giảm mất mát do dòng xoáy và cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của máy biến áp.

• Đặc tính bão hòa tốt: Vật liệu từ sắt có thể duy trì các đặc tính từ tính tuyến tính tốt trong một phạm vi nhất định của cường độ từ trường và chỉ vào trạng thái bão hòa khi cường độ từ trường đạt một giá trị nhất định. Đặc tính này cho phép máy biến áp truyền năng lượng điện ổn định trong quá trình vận hành bình thường. Hơn nữa, trong các tình huống bất thường như quá tải, đặc tính bão hòa của lõi có thể hạn chế sự tăng thêm của dòng điện máy biến áp, cung cấp một mức độ bảo vệ nhất định.

Nhược điểm

• Mất mát do hysteresis và dòng xoáy: Mặc dù mất mát do hysteresis và dòng xoáy của vật liệu từ sắt là tương đối thấp, nhưng trong quá trình vận hành dài hạn của máy biến áp, những mất mát này vẫn sinh nhiệt, khiến nhiệt độ của máy biến áp tăng lên. Để đảm bảo vận hành bình thường của máy biến áp, cần phải thực hiện các biện pháp tản nhiệt hiệu quả, điều này làm tăng chi phí thiết kế và sản xuất của máy biến áp.

• Trọng lượng nặng: Vật liệu từ sắt có mật độ tương đối cao. Việc sử dụng vật liệu từ sắt để chế tạo lõi máy biến áp làm tăng trọng lượng tổng thể của máy biến áp. Điều này không chỉ gây khó khăn trong việc vận chuyển và lắp đặt máy biến áp mà còn có thể yêu cầu cấu trúc hỗ trợ mạnh mẽ hơn, làm tăng chi phí.

• Tác động đáng kể của nhiệt độ: Các đặc tính từ của vật liệu từ sắt bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Khi nhiệt độ vận hành của máy biến áp tăng, độ thấm từ của vật liệu từ sắt giảm và mất mát do hysteresis và dòng xoáy tăng, ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả của máy biến áp. Do đó, khi thiết kế máy biến áp, cần xem xét tác động của nhiệt độ đối với các đặc tính của vật liệu từ sắt và áp dụng các biện pháp bù đắp nhiệt độ tương ứng.

• Có thể sinh ra tiếng ồn: Trong quá trình vận hành của máy biến áp, do hiệu ứng magnetostriction của lõi, vật liệu từ sắt rung cơ học, tạo ra tiếng ồn. Tiếng ồn này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh mà còn có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của máy biến áp. Để giảm tiếng ồn, cần áp dụng các quy trình thiết kế và sản xuất đặc biệt, như sử dụng vật liệu lõi ít tiếng ồn và tối ưu hóa cấu trúc lõi.