1. Kjernerollen til transformatorjernkjernen
(1)Danner en effektiv magnetisk krets med lav-reluktans:Dette er den grunnleggende funksjonen til jernkjernen. Når vekselstrøm flyter gjennom primærviklingen, genererer den vekslende magnetisk fluks. Jernkjernen gir en lett magnetiserbar bane, som i stor grad forbedrer magnetfeltstyrken og begrenser mesteparten av fluksen (hovedfluksen) innenfor denne høye-permeabilitetsbanen, og kobler den effektivt til sekundærviklingen. Uten jernkjernen ville en stor mengde fluks lekket ut i luften (der magnetisk motvilje er svært høy), noe som resulterer i svært lav energioverføringseffektivitet.
(2)Forbedring av elektromagnetisk induksjonseffektivitet:På grunn av tilstedeværelsen av jernkjernen kan et mye sterkere magnetfelt genereres i viklingen under samme eksitasjonsstrøm (ingen-laststrøm). Dette betyr at for å generere tilstrekkelig fluks for energioverføring, reduseres det nødvendige antall omdreininger og eksitasjonsstrøm kraftig, noe som forbedrer transformatoreffektiviteten betydelig og reduserer både størrelse og produksjonskostnader.
(3)Gi strukturell støtte:Jernkjernen fungerer som det mekaniske skjelettet til transformatoren, støtter primær- og sekundærviklingene, opprettholder deres posisjonsstabilitet og motstår de elektromagnetiske kreftene som kan oppstå under drift (som de massive elektrodynamiske kreftene under en kortslutning).
2. Ytelseskrav for kjernematerialer
(1) Høy magnetisk permeabilitet: Dette er den viktigste egenskapen. Høy magnetisk permeabilitet betyr at materialet lett kan magnetiseres, slik at sterk magnetisk induksjon kan genereres med en svært liten magnetisk feltstyrke, og dermed redusere eksitasjonsstrømmen og forbedre effektiviteten.
(2) Høy elektrisk resistivitet: Når kjernen er i et vekslende magnetfelt, induseres virvelstrømmer på innsiden. Virvelstrøm gir energitap (virvelstrømtap) og oppvarming. Høy elektrisk resistivitet kan effektivt begrense genereringen av virvelstrømmer og redusere denne delen av tapet.
(3) Lav koersivitet: Koercivitet måler hvor vanskelig det er å avmagnetisere et materiale. Lav koersivitet betyr at hysteresesløyfen er smal og bratt, noe som gjør magnetisering og avmagnetisering lettere og resulterer i lavt hysteresetap. Hysterese tap er en annen viktig type energitap i kjernen.
(4) Magnetisk induksjon med høy metning: Magnetisk induksjon med høy metning betyr at det er mindre sannsynlig at kjernen blir mettet under sterke magnetiske felt, noe som gjør at transformatorer kan utformes mer kompakt (som overfører samme kraft med et mindre tverrsnittsareal), eller gi mer kraft innenfor samme volum.
3.Utvalg av kjernematerialer
(1)Vanlige materialer: Silisiumstål (elektrisk stål)
Dette er for tiden det mest brukte og modne kjernematerialet i krafttransformatorer.
Sammensetning:Tilsett 2,5 % ~ 4,5 % silisium til rent jern.
Funksjoner av silisiumtilsetning:
- - Øker resistiviteten betraktelig: Tilsetning av silisium øker motstanden til jern flere ganger, og reduserer virvelstrømstap betraktelig.- Bidrar til å redusere tvangsevnen: Silisium kan undertrykke de negative effektene av urenheter som karbon og nitrogen, rense og forstørre kornene, og dermed redusere hysteresetapet
- - Reduserer aldring: Silisium bremser aldring av jern (forringelse av magnetiske egenskaper over tid).
Prosessskjema:Silisium stålplater rulles til laminert form, med isolasjonsbelegg påført mellom platene. Denne laminerte strukturen begrenser ytterligere virvelstrømmer til hvert tynt ark, og øker motstanden langs virvelstrømbanen betydelig, som er en nøkkeldesignfunksjon for å redusere virvelstrømstap.
(2)Avanserte materialer: Amorfe legeringer
Kjennetegn:Ved hjelp av ultra-hurtigkjølingsteknikker blir det smeltede metallet avkjølt så raskt at atomene ikke har tid til å ordne seg i en ordnet krystallinsk struktur, og danner en glasslignende amorf struktur-.
Fordeler:
- - Ekstremt høy resistivitet: Omtrent 2-3 ganger høyere enn silisiumstål, noe som resulterer i svært lavt virvelstrømtap.
- - Svært lav tvangsevne: Hysteresetapet er også minimalt.
Samlet resultat:Ingen-lasttap (jerntap) for kjernetransformatorer i amorfe legeringer er 60 % - 80% lavere enn transformatorer av silisiumstål med samme spesifikasjoner, noe som gjør energispareeffekten ekstremt betydelig.
Ulemper:
- - Lavere magnetisk flukstetthet med metning: Omtrent 80 % av silisiumstål, noe som kan resultere i litt større størrelse og vekt for samme krafttransformator.
- - Hardt og sprøtt materiale: Vanskelig å bearbeide, kutte og vikle.
- - Høyere kostnader: Materialet og produksjonsprosessen er dyrere enn silisiumstål.
Søknader:Spesielt egnet for scenarier med lange tomgangstider og lave belastningshastigheter, for eksempel landlige nett og distribusjonstransformatorer for distribuert kraftproduksjon, der de energisparende fordelene kan tjene tilbake den opprinnelige investeringen i løpet av transformatorens livssyklus.
