Различия в материалах магнитопровода маслонаполненных распределительных трансформаторов с аморфным сплавом и традиционных распределительных трансформаторов из электротехнической стали

1. Внутренняя структура и физическая форма

Трансформатор с аморфным сплавом: Материалом магнитопровода является сверхтонкая аморфная магнитная лента. Атомы в этом материале расположены в неупорядоченной некристаллической структуре (также известной как металлическое стекло). Поскольку материал чрезвычайно тонок и хрупок, его трудно резать, поэтому он обычно формируется в структуру намотанного магнитопровода.

Обычный трансформатор из электротехнической стали: Магнитопровод обычно собирается из штабелированных листов электротехнической стали с высоким содержанием кремния. Поверхность каждого листа покрыта изоляционным лаком. Это материал с кристаллической структурой.

2. Электромагнитные характеристики и потери

Трансформатор с аморфным сплавом: Поскольку аморфная структура не имеет магнитокристаллической анизотропии и границ зерен, она обладает высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Кроме того, удельное электрическое сопротивление аморфного сплава в 2–3 раза выше, чем у электротехнической стали, что эффективно снижает потери на вихревые токи. В результате потери холостого хода значительно ниже, чем у обычных трансформаторов из электротехнической стали.

Маслонаполненный силовой распределительный трансформатор с аморфным сплавом

Обычный трансформатор из электротехнической стали: Хотя листы электротехнической стали также обладают хорошими магнитными характеристиками, их потери на гистерезис и вихревые токи при той же рабочей индукции остаются существенно выше, чем у материала из аморфного сплава.

3. Коэффициент заполнения магнитопровода, масса и габариты

Трансформатор с аморфным сплавом: Из-за характеристик материала и ограничений процесса намотки коэффициент заполнения магнитопровода ниже. При той же номинальной мощности масса и габариты трансформатора с аморфным сплавом обычно больше, чем у обычного трансформатора из электротехнической стали.

Обычный трансформатор из электротехнической стали: Коэффициент заполнения шихтованного пакета листов электротехнической стали выше, что позволяет обеспечить более компактную общую конструкцию и меньшую массу.

4. Эксплуатационные характеристики и механическая прочность

Трансформатор с аморфным сплавом: Аморфный сплав обладает более высокой магнитострикцией, что означает большую деформацию под воздействием переменных электромагнитных полей. В результате рабочий шум обычно выше, чем у трансформаторов из электротехнической стали. Кроме того, аморфная лента высокочувствительна к механическим напряжениям и относительно хрупка, что обеспечивает несколько более низкую стойкость к токам короткого замыкания. В случае повреждения ремонт на месте, как правило, невозможен, и устройство необходимо возвращать на завод.

Обычный трансформатор из электротехнической стали: Листы электротехнической стали обладают высокой механической прочностью и высокой стойкостью к токам короткого замыкания. Вибрация и шум во время работы относительно низки, а последующее техническое обслуживание более удобно.

5. Термическая стабильность и перегрузочная способность

Трансформатор с аморфным сплавом: Материал из аморфного сплава чувствителен к температуре. Когда рабочая температура превышает температуру кристаллизации, аморфная структура разрушается, что приводит к серьезному ухудшению магнитных свойств. Следовательно, его способность к длительной перегрузке уступает таковой у трансформаторов из электротехнической стали, и конструкция обычно требует снижения рабочей индукции.

Обычный трансформатор из электротехнической стали: Листы электротехнической стали имеют кристаллическую структуру с более высокой точкой Кюри и температурой кристаллизации, обеспечивая отличную термическую стабильность. Они способны выдерживать значительные кратковременные перегрузки и длительную работу при высоких нагрузках.

6. Конструкция обмотки и механизм стойкости к короткому замыканию

Аморфный трансформатор: Поскольку аморфная лента чрезвычайно тонкая и хрупкая, ее нельзя укладывать в стопку, как листы электротехнической стали, и необходимо использовать структуру прямоугольного витого магнитопровода. Это требует формирования как высоковольтных, так и низковольтных обмоток в виде прямоугольных катушек. В условиях короткого замыкания радиальные электромагнитные силы на прямоугольных обмотках склонны вызывать деформацию, что приводит к более слабой стойкости к короткому замыканию. Кроме того, во избежание повреждения магнитопровода от механических напряжений, аморфный магнитопровод обычно выполняется подвесным, что еще больше снижает общую прочность механической поддержки.

Трансформатор из традиционной электротехнической стали: Использует традиционные круговые обмотки и шихтованную структуру магнитопровода. Магнитопровод и обмотки поддерживают друг друга, обеспечивая высокую общую механическую прочность и отличную стойкость к токам короткого замыкания.

7. Стоимость и экономические выгоды

Аморфный трансформатор: Поскольку производство и обработка аморфной ленты более сложны, первоначальная стоимость закупки, как правило, выше, чем у трансформаторов из традиционной электротехнической стали. Однако сверхнизкие потери холостого хода означают, что дополнительные первоначальные инвестиции обычно окупаются в течение нескольких лет эксплуатации, после чего начинается значительная экономия затрат на электроэнергию.

Трансформатор из традиционной электротехнической стали: Первоначальная стоимость производства ниже, но из-за относительно более высоких эксплуатационных потерь долгосрочные общие затраты на потребление электроэнергии выше.

Герметичный масляный силовой трансформатор

8. Экологические преимущества и жизненный цикл

Аморфный трансформатор: Помимо экономии энергии во время эксплуатации, процесс производства аморфной ленты существенно упрощен, при этом энергозатраты на производство составляют лишь 20%–25% от энергии, необходимой для производства листов электротехнической стали. Кроме того, чрезвычайно низкие эксплуатационные потери и сниженный нагрев значительно замедляют скорость старения изоляционного масла, сокращая выбросы вредных газов и обеспечивая высокую экологическую ценность.

Трансформатор из традиционной электротехнической стали: Производство листов электротехнической стали является энергоемким процессом, а более высокие эксплуатационные потери и нагрев ускоряют старение изоляционного масла.

Резюме

Ключевым преимуществом аморфного трансформатора являются его сверхнизкие потери холостого хода, что делает его идеальным выбором для длительной непрерывной работы и энергоемких применений. Однако он имеет такие ограничения, как более высокая первоначальная стоимость, большие габариты, повышенный уровень шума и более слабая стойкость к ударным воздействиям. Трансформатор из традиционной электротехнической стали, несмотря на более высокие потери холостого хода, остается лидером рынка благодаря более низкой стоимости, высокой механической прочности и компактным размерам. При фактическом выборе следует учитывать коэффициент загрузки, условия эксплуатации и бюджет, чтобы найти оптимальный баланс между первоначальными инвестициями и энергоэффективностью в течение жизненного цикла.

Отредактировано：Leon