1. Transformerens jernkernes kernerolle
(1)Danner et effektivt magnetisk kredsløb med lav-reluktans:Dette er den grundlæggende funktion af jernkernen. Når vekselstrøm løber gennem primærviklingen, genererer den vekslende magnetisk flux. Jernkernen giver en let magnetiserbar bane, der i høj grad forbedrer magnetfeltstyrken og begrænser det meste af fluxen (hovedfluxen) inden for denne høje-permeabilitetsbane, hvilket effektivt kobler den til den sekundære vikling. Uden jernkernen ville en stor mængde flux lække ud i luften (hvor den magnetiske reluktans er meget høj), hvilket resulterer i meget lav energioverførselseffektivitet.
(2)Forbedring af elektromagnetisk induktionseffektivitet:På grund af tilstedeværelsen af jernkernen kan der genereres et meget stærkere magnetfelt i viklingen under den samme excitationsstrøm (ingen-belastningsstrøm). Dette betyder, at for at generere tilstrækkelig flux til energioverførsel, reduceres det nødvendige antal drejninger og excitationsstrøm kraftigt, hvilket væsentligt forbedrer transformatoreffektiviteten og reducerer både størrelse og fremstillingsomkostninger.
(3)At yde strukturel støtte:Jernkernen fungerer som transformatorens mekaniske skelet, understøtter de primære og sekundære viklinger, bevarer deres positionsstabilitet og modstår de elektromagnetiske kræfter, der kan opstå under drift (såsom de massive elektrodynamiske kræfter under en kortslutning).
2. Ydelseskrav til kernematerialer
(1) Høj magnetisk permeabilitet: Dette er den vigtigste egenskab. Høj magnetisk permeabilitet betyder, at materialet let kan magnetiseres, hvilket tillader stærk magnetisk induktion at blive genereret med en meget lille magnetisk feltstyrke, hvorved excitationsstrømmen reduceres og effektiviteten forbedres.
(2) Høj elektrisk resistivitet: Når kernen er i et vekslende magnetfelt, induceres hvirvelstrømme indeni. Hvirvelstrømme forårsager energitab (hvirvelstrømstab) og opvarmning. Høj elektrisk resistivitet kan effektivt begrænse genereringen af hvirvelstrømme og reducere denne del af tabet.
(3) Lav koercitivitet: Koercivitet måler, hvor svært det er at afmagnetisere et materiale. Lav koercivitet betyder, at hysteresesløjfen er smal og stejl, hvilket gør magnetisering og afmagnetisering lettere og resulterer i lavt hysteresetab. Hysteresetab er en anden stor type energitab i kernen.
(4) Magnetisk induktion med høj mætning: Magnetisk induktion med høj mætning betyder, at kernen er mindre tilbøjelig til at mættes under stærke magnetiske felter, hvilket gør det muligt at designe transformatorer mere kompakt (transmitterer den samme effekt med et mindre tværsnitsareal) eller udsender mere effekt inden for samme volumen.
3. Udvælgelse af kernematerialer
(1)Almindelige materialer: Siliciumstål (elektrisk stål)
Dette er i øjeblikket det mest udbredte og modne kernemateriale i krafttransformatorer.
Sammensætning:Tilføj 2,5 % ~ 4,5 % silicium til rent jern.
Funktioner af siliciumtilsætning:
- - Øger modstandsevnen markant: Tilsætning af silicium øger jernets resistivitet adskillige gange, hvilket i høj grad reducerer hvirvelstrømstab.- Hjælper med at reducere tvangsevnen: Silicium kan undertrykke de negative virkninger af urenheder såsom kulstof og nitrogen, rense og forstørre kornene og derved sænke hysteresetabet
- - Afhjælper aldring: Silicium sænker ældningen af jern (forringelse af magnetiske egenskaber over tid).
Procesformular:Siliciumstålplader rulles til lamineret form, med isoleringsbelægning påført mellem pladerne. Denne laminerede struktur begrænser yderligere hvirvelstrømme til hver tynd plade, hvilket væsentligt øger modstanden langs hvirvelstrømsvejen, hvilket er en nøgledesignfunktion til at reducere hvirvelstrømtab.
(2)Avancerede materialer: Amorfe legeringer
Karakteristika:Ved hjælp af ultra-hurtige afkølingsteknikker afkøles det smeltede metal så hurtigt, at atomer ikke når at arrangere i en ordnet krystallinsk struktur, og danner en glaslignende amorf struktur-.
Fordele:
- - Ekstremt høj resistivitet: Cirka 2-3 gange højere end siliciumstål, hvilket resulterer i meget lavt tab af hvirvelstrøm.
- - Meget lav koercitivitet: Hysteresetab er også minimalt.
Samlet resultat:Ingen-belastningstab (jerntab) for transformatorer af amorfe legering er 60 % - 80 % lavere end siliciumståltransformatorer med samme specifikationer, hvilket gør den energibesparende-effekt ekstremt betydelig.
Ulemper:
- - Lavere mætningsmagnetisk fluxtæthed: Cirka 80 % af siliciumstål, hvilket kan resultere i en lidt større størrelse og vægt for den samme krafttransformator.
- - Hårdt og skørt materiale: Svært at behandle, skære og vinde.
- - Højere omkostninger: Materialet og produktionsprocessen er dyrere end siliciumstål.
Ansøgninger:Særligt velegnet til scenarier med lange tomgangstider og lave belastningshastigheder, såsom landdistriktsnet og distributionstransformatorer til distribueret strømproduktion, hvor de energibesparende fordele kan genvinde den oprindelige investering i løbet af transformatorens livscyklus.
