1. El paper bàsic del nucli de ferro del transformador
(1)Formant un circuit magnètic eficient de baixa{0}}reluctància:Aquesta és la funció fonamental del nucli de ferro. Quan el corrent altern flueix pel bobinatge primari, genera flux magnètic altern. El nucli de ferro proporciona un camí fàcilment magnetitzable, millorant molt la força del camp magnètic i limitant la major part del flux (flux principal) dins d'aquest camí d'alta-permeabilitat, acoblant-lo de manera efectiva al bobinatge secundari. Sense el nucli de ferro, una gran quantitat de flux es filtraria a l'aire (on la reluctància magnètica és molt alta), donant lloc a una eficiència de transferència d'energia molt baixa.
(2)Millora de l'eficiència de la inducció electromagnètica:A causa de la presència del nucli de ferro, es pot generar un camp magnètic molt més fort al bobinatge amb el mateix corrent d'excitació (corrent sense -càrrega). Això significa que per generar el flux suficient per a la transferència d'energia, el nombre de voltes i el corrent d'excitació necessaris es redueixen molt, millorant significativament l'eficiència del transformador i reduint tant la mida com els costos de fabricació.
(3)Donar suport estructural:El nucli de ferro actua com a esquelet mecànic del transformador, suportant els bobinatges primaris i secundaris, mantenint la seva estabilitat de posició i suportant les forces electromagnètiques que es poden produir durant el funcionament (com les forces electrodinàmiques massives durant un curtcircuit).
2. Requisits de rendiment dels materials bàsics
(1) Alta permeabilitat magnètica: aquesta és la característica més important. L'alta permeabilitat magnètica significa que el material es pot magnetitzar fàcilment, permetent que es generi una forta inducció magnètica amb una intensitat de camp magnètica molt petita, reduint així el corrent d'excitació i millorant l'eficiència.
(2) Alta resistivitat elèctrica: quan el nucli es troba en un camp magnètic altern, s'indueixen corrents de Foucault a l'interior. Els corrents de Foucault provoquen pèrdues d'energia (pèrdua de corrents de Foucault) i escalfament. L'alta resistivitat elèctrica pot limitar eficaçment la generació de corrents de Foucault i reduir aquesta part de la pèrdua.
(3) Baixa coercibilitat: la coercibilitat mesura la dificultat que és desmagnetitzar un material. La baixa coercivitat significa que el bucle d'histèresi és estret i empinat, facilitant la magnetització i la desmagnetització i resultant en una baixa pèrdua d'histèresi. La pèrdua d'histèresi és un altre tipus important de pèrdua d'energia al nucli.
(4) Inducció magnètica d'alta saturació: la inducció magnètica d'alta saturació significa que el nucli té menys probabilitats de saturar-se sota camps magnètics forts, cosa que permet dissenyar transformadors de manera més compacta (transmetent la mateixa potència amb una àrea de secció transversal més petita) o produir més potència dins del mateix volum.
3.Selecció de materials bàsics
(1)Materials principals: acer al silici (acer elèctric)
Aquest és actualment el material de nucli més madur i utilitzat en transformadors de potència.
Composició:Afegiu 2,5% ~ 4,5% de silici al ferro pur.
Funcions de l'addició de silici:
- - Augmenta significativament la resistivitat: afegir silici augmenta la resistivitat del ferro diverses vegades, reduint en gran mesura les pèrdues de corrents de Foucault.- Ajuda a reduir la coercibilitat: el silici pot suprimir els efectes adversos d'impureses com el carboni i el nitrogen, purificant i augmentant els grans, reduint així la pèrdua d'histèresi.
- - Mitiga l'envelliment: el silici retarda l'envelliment del ferro (deteriorament de les propietats magnètiques amb el temps).
Formulari del procés:Les làmines d'acer al silici s'enrotllen en forma laminat, amb un recobriment aïllant aplicat entre les làmines. Aquesta estructura laminada restringeix encara més els corrents de Foucault a cada fulla prima, augmentant substancialment la resistència al llarg del camí de Foucault, que és una característica clau del disseny per reduir la pèrdua de corrents de Foucault.
(2)Materials avançats: Aliatges amorfs
Característiques:Mitjançant tècniques de refredament ultra-ràpid, el metall fos es refreda tan ràpidament que els àtoms no tenen temps d'organitzar-se en una estructura cristal·lina ordenada, formant una estructura amorfa semblant al vidre-.
Avantatges:
- - Resistivitat extremadament alta: aproximadament 2-3 vegades més gran que l'acer al silici, el que resulta en una pèrdua de corrent de Foucault molt baixa.
- - Coercivitat molt baixa: la pèrdua d'histèresi també és mínima.
Resultat general:Les-pèrdues de càrrega (pèrdues de ferro) dels transformadors de nucli d'aliatge amorf són un 60% - 80% inferiors a les dels transformadors d'acer al silici de les mateixes especificacions, la qual cosa fa que l'efecte d'estalvi-d'energia sigui extremadament significatiu.
Inconvenients:
- - Menor densitat de flux magnètic de saturació: aproximadament el 80% de l'acer al silici, cosa que pot donar lloc a una mida i un pes lleugerament més grans per al mateix transformador de potència.
- - Material dur i trencadís: difícil de processar, tallar i enrotllar.
- - Cost més elevat: el material i el procés de producció són més cars que l'acer al silici.
Aplicacions:Especialment adequat per a escenaris amb temps d'inactivitat llargs i baixes taxes de càrrega, com ara xarxes rurals i transformadors de distribució per a la generació d'energia distribuïda, on els avantatges d'estalvi{0}}d'energia poden recuperar la inversió inicial durant el cicle de vida del transformador.
