1. Osnovna vloga železnega jedra transformatorja
(1)Oblikovanje učinkovitega magnetnega vezja z nizko{0}}upornostjo:To je temeljna funkcija železnega jedra. Ko skozi primarno navitje teče izmenični tok, ustvarja izmenični magnetni tok. Železno jedro zagotavlja pot, ki jo je mogoče enostavno magnetizirati, močno poveča jakost magnetnega polja in omeji večino toka (glavnega toka) znotraj te visoko-prepustne poti, ki jo učinkovito poveže s sekundarnim navitjem. Brez železnega jedra bi velika količina toka uhajala v zrak (kjer je magnetni odpor zelo visok), kar bi povzročilo zelo nizko učinkovitost prenosa energije.
(2)Izboljšanje učinkovitosti elektromagnetne indukcije:Zaradi prisotnosti železnega jedra lahko v navitju pod enakim vzbujalnim tokom (brez{0}}obremenitveni tok) nastane veliko močnejše magnetno polje. To pomeni, da se za ustvarjanje zadostnega pretoka za prenos energije močno zmanjša zahtevano število ovojev in vzbujalni tok, kar znatno izboljša učinkovitost transformatorja in zmanjša velikost in proizvodne stroške.
(3)Zagotavljanje strukturne podpore:Železno jedro deluje kot mehansko okostje transformatorja, podpira primarno in sekundarno navitje, ohranja stabilnost njihovega položaja in vzdrži elektromagnetne sile, ki se lahko pojavijo med delovanjem (kot so velike elektrodinamične sile med kratkim stikom).
2. Zahteve glede zmogljivosti za osnovne materiale
(1) Visoka magnetna prepustnost: To je najpomembnejša lastnost. Visoka magnetna prepustnost pomeni, da je material mogoče enostavno magnetizirati, kar omogoča ustvarjanje močne magnetne indukcije z zelo majhno jakostjo magnetnega polja, s čimer se zmanjša vzbujevalni tok in izboljša učinkovitost.
(2) Visoka električna upornost: Ko je jedro v izmeničnem magnetnem polju, se v notranjosti inducirajo vrtinčni tokovi. Vrtinčni tokovi povzročajo izgubo energije (izguba vrtinčnih tokov) in segrevanje. Visoka električna upornost lahko učinkovito omeji nastajanje vrtinčnih tokov in zmanjša ta del izgube.
(3) Nizka koercitivnost: koercitivnost meri, kako težko je razmagnetiti material. Nizka koercitivnost pomeni, da je histerezna zanka ozka in strma, zaradi česar je magnetizacija in demagnetizacija lažja in posledično nizka histerezna izguba. Izguba zaradi histereze je še ena pomembna vrsta izgube energije v jedru.
(4) Magnetna indukcija z visoko nasičenostjo: Magnetna indukcija z visoko nasičenostjo pomeni, da je manjša verjetnost, da bo jedro prišlo do nasičenja pod močnimi magnetnimi polji, kar omogoča bolj kompaktno zasnovo transformatorjev (oddajajo enako moč z manjšim-prečnim prerezom) ali oddajo večjo moč znotraj iste prostornine.
3.Izbira osnovnih materialov
(1)Glavni materiali: Silicijevo jeklo (električno jeklo)
To je trenutno najbolj razširjen in zrel material jedra v močnostnih transformatorjih.
Sestava:Čistemu železu dodajte 2,5 % ~ 4,5 % silicija.
Funkcije dodajanja silicija:
- - Občutno poveča upornost: dodajanje silicija večkrat poveča upornost železa, kar močno zmanjša izgube zaradi vrtinčnih tokov.- Pomaga zmanjšati prisilo: silicij lahko zaduši škodljive učinke nečistoč, kot sta ogljik in dušik, ter očisti in poveča zrna ter tako zmanjša izgubo zaradi histereze
- - Blaži staranje: silicij upočasnjuje staranje železa (sčasoma poslabšanje magnetnih lastnosti).
Obrazec postopka:Pločevine iz silikonskega jekla so zvite v laminirano obliko, med ploščami pa je nanešen izolacijski premaz. Ta laminirana struktura dodatno omejuje vrtinčne tokove na vsako tanko ploščo, kar bistveno poveča upor vzdolž poti vrtinčnih tokov, kar je ključna konstrukcijska značilnost za zmanjšanje izgube zaradi vrtinčnih tokov.
(2)Napredni materiali: Amorfne zlitine
Značilnosti:S tehnikami ultra-hitrega hlajenja se staljena kovina ohladi tako hitro, da atomi nimajo časa, da bi se uredili v urejeno kristalno strukturo in tvorijo -steklu podobno amorfno strukturo.
Prednosti:
- - Izjemno visoka upornost: približno 2-3-krat višja od silicijevega jekla, kar ima za posledico zelo nizke izgube zaradi vrtinčnih tokov.
- - Zelo nizka koercitivnost: tudi histerezna izguba je minimalna.
Skupni rezultat:Izgube brez-obremenitve (izgube železa) transformatorjev z jedrom iz amorfne zlitine so 60 % - 80% nižje od transformatorjev iz silicijevega jekla z enakimi specifikacijami, zaradi česar je učinek-varčevanja z energijo izjemno pomemben.
Slabosti:
- - Nižja gostota magnetnega pretoka nasičenja: približno 80 % silicijevega jekla, kar lahko povzroči nekoliko večjo velikost in težo za isti močnostni transformator.
- - Trden in krhek material: Težko ga je obdelati, rezati in navijati.
- - Višji stroški: material in proizvodni postopek sta dražja od silicijevega jekla.
Aplikacije:Posebej primeren za scenarije z dolgimi časi mirovanja in nizkimi stopnjami obremenitve, kot so podeželska omrežja in distribucijski transformatorji za porazdeljeno proizvodnjo električne energije, kjer lahko prednosti-varčevanja z energijo povrnejo začetno naložbo v življenjskem ciklu transformatorja.
