1. Hlavní role železného jádra transformátoru
(1)Vytvoření účinného nízko{0}}reluktančního magnetického obvodu:To je základní funkce železného jádra. Když primárním vinutím protéká střídavý proud, generuje střídavý magnetický tok. Železné jádro poskytuje snadno magnetizovatelnou dráhu, výrazně zvyšuje sílu magnetického pole a omezuje většinu toku (hlavního toku) v této dráze s vysokou -permeabilitou a účinně jej spojuje se sekundárním vinutím. Bez železného jádra by velké množství toku uniklo do vzduchu (kde je magnetická reluktance velmi vysoká), což má za následek velmi nízkou účinnost přenosu energie.
(2)Zvýšení účinnosti elektromagnetické indukce:Díky přítomnosti železného jádra může být ve vinutí generováno mnohem silnější magnetické pole při stejném budícím proudu (bez-zatěžovacího proudu). To znamená, že pro vytvoření dostatečného toku pro přenos energie je značně snížen požadovaný počet závitů a budící proud, což výrazně zlepšuje účinnost transformátoru a snižuje jak velikost, tak výrobní náklady.
(3)Poskytování strukturální podpory:Železné jádro funguje jako mechanická kostra transformátoru, podpírá primární a sekundární vinutí, udržuje jejich polohovou stabilitu a odolává elektromagnetickým silám, které se mohou vyskytnout během provozu (jako jsou masivní elektrodynamické síly při zkratu).
2. Požadavky na výkon pro základní materiály
(1) Vysoká magnetická permeabilita: Toto je nejdůležitější vlastnost. Vysoká magnetická permeabilita znamená, že materiál lze snadno zmagnetizovat, což umožňuje generovat silnou magnetickou indukci s velmi malou intenzitou magnetického pole, čímž se snižuje budicí proud a zvyšuje se účinnost.
(2) Vysoký elektrický odpor: Když je jádro ve střídavém magnetickém poli, indukují se uvnitř vířivé proudy. Vířivé proudy způsobují ztrátu energie (ztráta vířivých proudů) a zahřívání. Vysoký elektrický odpor může účinně omezit vznik vířivých proudů a snížit tuto část ztráty.
(3) Nízká koercivita: Koercivita měří, jak obtížné je demagnetizovat materiál. Nízká koercivita znamená, že hysterezní smyčka je úzká a strmá, což usnadňuje magnetizaci a demagnetizaci a vede k nízkým ztrátám hystereze. Hysterezní ztráta je dalším hlavním typem ztráty energie v jádru.
(4) Magnetická indukce s vysokou saturací: Magnetická indukce s vysokou saturací znamená, že je méně pravděpodobné, že se jádro nasytí pod silnými magnetickými poli, což umožňuje navrhovat transformátory kompaktněji (přenášejí stejný výkon s menším průřezem-) nebo vydávají větší výkon ve stejném objemu.
3.Výběr základních materiálů
(1)Hlavní materiály: Silikonová ocel (elektrická ocel)
Toto je v současnosti nejrozšířenější a nejvyspělejší jádrový materiál ve výkonových transformátorech.
Složení:K čistému železu přidejte 2,5 % ~ 4,5 % křemíku.
Funkce přidávání křemíku:
- - Výrazně zvyšuje měrný odpor: Přidáním křemíku se několikrát zvyšuje měrný odpor železa, čímž se výrazně snižují ztráty vířivými proudy.- Pomáhá snižovat koercitivitu: Křemík dokáže potlačit nepříznivé účinky nečistot, jako je uhlík a dusík, čistí a zvětšuje zrna, čímž snižuje ztrátu hystereze
- - Zmírňuje stárnutí: Křemík zpomaluje stárnutí železa (zhoršování magnetických vlastností v průběhu času).
Procesní formulář:Plechy z křemíkové oceli jsou válcovány do laminované formy s izolační vrstvou nanesenou mezi plechy. Tato laminovaná struktura dále omezuje vířivé proudy na každou tenkou vrstvu, podstatně zvyšuje odpor podél cesty vířivých proudů, což je klíčový konstrukční prvek pro snížení ztrát vířivými proudy.
(2)Pokročilé materiály: Amorfní slitiny
Vlastnosti:Pomocí technik ultra{0}}rychlého chlazení je roztavený kov ochlazen tak rychle, že atomy nemají čas uspořádat se do uspořádané krystalické struktury a vytvoří amorfní strukturu podobnou sklu-.
výhody:
- - Extrémně vysoký odpor: Asi 2–3krát vyšší než u křemíkové oceli, což má za následek velmi nízké ztráty vířivými proudy.
- - Velmi nízká koercivita: Ztráta hystereze je také minimální.
Celkový výsledek:Žádné-ztráty při zatížení (ztráty v železe) u transformátorů s jádrem z amorfní slitiny jsou o 60 % - 80 % nižší než u transformátorů z křemíkové oceli stejných specifikací, díky čemuž je efekt úspory energie- extrémně významný.
Nevýhody:
- - Nižší saturační hustota magnetického toku: Přibližně 80 % křemíkové oceli, což může mít za následek mírně větší rozměry a hmotnost u stejného výkonového transformátoru.
- - Tvrdý a křehký materiál: Obtížné na zpracování, řezání a navíjení.
- - Vyšší náklady: Materiál a výrobní proces jsou dražší než silikonová ocel.
Aplikace:Obzvláště vhodné pro scénáře s dlouhými dobami nečinnosti a nízkým zatížením, jako jsou venkovské sítě a distribuční transformátory pro distribuovanou výrobu energie, kde výhody úspory energie- mohou vrátit počáteční investici během životního cyklu transformátoru.
