1. Hlavná úloha železného jadra transformátora
(1)Vytvorenie účinného-magnetického obvodu s nízkou reluktanciou:Toto je základná funkcia železného jadra. Keď cez primárne vinutie preteká striedavý prúd, vytvára striedavý magnetický tok. Železné jadro poskytuje ľahko magnetizovateľnú dráhu, čím výrazne zvyšuje intenzitu magnetického poľa a obmedzuje väčšinu toku (hlavného toku) v tejto dráhe s vysokou -permeabilitou, čím ho efektívne spája so sekundárnym vinutím. Bez železného jadra by veľké množstvo toku uniklo do ovzdušia (kde je magnetická reluktancia veľmi vysoká), čo má za následok veľmi nízku účinnosť prenosu energie.
(2)Zvýšenie účinnosti elektromagnetickej indukcie:Vďaka prítomnosti železného jadra môže byť vo vinutí generované oveľa silnejšie magnetické pole pri rovnakom budiacom prúde (bez-zaťažovacieho prúdu). To znamená, že na vytvorenie dostatočného toku na prenos energie sa výrazne zníži požadovaný počet závitov a budiaci prúd, čím sa výrazne zlepší účinnosť transformátora a znížia sa veľkosť aj výrobné náklady.
(3)Poskytovanie štrukturálnej podpory:Železné jadro funguje ako mechanická kostra transformátora, podopiera primárne a sekundárne vinutie, udržiava ich stabilitu polohy a odoláva elektromagnetickým silám, ktoré sa môžu vyskytnúť počas prevádzky (ako sú masívne elektrodynamické sily počas skratu).
2. Požiadavky na výkon základných materiálov
(1) Vysoká magnetická permeabilita: Toto je najdôležitejšia charakteristika. Vysoká magnetická permeabilita znamená, že materiál možno ľahko zmagnetizovať, čo umožňuje generovanie silnej magnetickej indukcie s veľmi malou intenzitou magnetického poľa, čím sa znižuje budiaci prúd a zlepšuje sa účinnosť.
(2) Vysoký elektrický odpor: Keď je jadro v striedavom magnetickom poli, vnútri sa indukujú vírivé prúdy. Vírivé prúdy spôsobujú stratu energie (strata vírivými prúdmi) a zahrievanie. Vysoký elektrický odpor môže účinne obmedziť tvorbu vírivých prúdov a znížiť túto časť straty.
(3) Nízka koercivita: Koercivita meria, aké ťažké je demagnetizovať materiál. Nízka koercivita znamená, že hysterézna slučka je úzka a strmá, čo uľahčuje magnetizáciu a demagnetizáciu a vedie k nízkej strate hysterézy. Strata hysterézy je ďalším hlavným typom straty energie v jadre.
(4) Magnetická indukcia s vysokou saturáciou: Magnetická indukcia s vysokou saturáciou znamená, že jadro je menej pravdepodobné, že sa saturuje pod silnými magnetickými poľami, čo umožňuje navrhnúť transformátory kompaktnejšie (prenášajú rovnaký výkon s menšou-plochou prierezu) alebo vydávajú väčší výkon v rámci rovnakého objemu.
3. Výber základných materiálov
(1)Hlavné materiály: Silikónová oceľ (elektrická oceľ)
Toto je v súčasnosti najpoužívanejší a najvyspelejší materiál jadra vo výkonových transformátoroch.
zloženie:Pridajte 2,5% ~ 4,5% kremíka do čistého železa.
Funkcie pridávania kremíka:
- - Výrazne zvyšuje merný odpor: Pridanie kremíka niekoľkonásobne zvyšuje merný odpor železa, čím sa výrazne znižujú straty vírivými prúdmi.- Pomáha znižovať koercitivitu: Kremík dokáže potlačiť nepriaznivé účinky nečistôt, ako je uhlík a dusík, čistí a zväčšuje zrná, čím znižuje stratu hysterézie
- - Zmierňuje starnutie: Kremík spomaľuje starnutie železa (zhoršovanie magnetických vlastností v priebehu času).
Procesný formulár:Plechy z kremíkovej ocele sú valcované do laminovanej formy s izolačným povlakom naneseným medzi plechmi. Táto laminovaná štruktúra ďalej obmedzuje vírivé prúdy na každú tenkú vrstvu, čím podstatne zvyšuje odpor pozdĺž dráhy vírivých prúdov, čo je kľúčový konštrukčný prvok na zníženie strát vírivými prúdmi.
(2)Pokročilé materiály: Amorfné zliatiny
Charakteristika:Pomocou techník ultra{0}}rýchleho chladenia sa roztavený kov ochladí tak rýchlo, že atómy nemajú čas usporiadať sa do usporiadanej kryštalickej štruktúry, čím sa vytvorí amorfná štruktúra podobná sklu-.
Výhody:
- - Extrémne vysoký odpor: približne 2-3 krát vyšší ako v prípade kremíkovej ocele, čo vedie k veľmi nízkym stratám vírivých prúdov.
- - Veľmi nízka koercivita: Strata hysterézy je tiež minimálna.
Celkový výsledok:Žiadne-straty pri zaťažení (straty železa) transformátorov s jadrom z amorfnej zliatiny sú o 60 % - 80 % nižšie ako u transformátorov z kremíkovej ocele rovnakých špecifikácií, vďaka čomu je efekt úspory energie- mimoriadne významný.
Nevýhody:
- - Nižšia saturačná hustota magnetického toku: Približne 80 % z kremíkovej ocele, čo môže mať za následok mierne väčšie rozmery a hmotnosť rovnakého výkonového transformátora.
- - Tvrdý a krehký materiál: Náročné na spracovanie, rezanie a navíjanie.
- - Vyššie náklady: Materiál a výrobný proces sú drahšie ako kremíková oceľ.
Aplikácie:Zvlášť vhodné pre scenáre s dlhými časmi nečinnosti a nízkymi mierami zaťaženia, ako sú vidiecke rozvodné siete a distribučné transformátory na distribuovanú výrobu energie, kde výhody úspory energie- môžu vrátiť počiatočnú investíciu počas životného cyklu transformátora.
