Cum afectează proiectarea miezului transformatorului pierderea de energie și eficiența?

În sistemele de alimentare moderne, transformatoarele sunt echipamente cheie în procesul de transport și distribuție a energiei, iar performanța lor este direct legată de nivelul de eficiență energetică a întregului sistem. Printre mulți factori decisivi, designul miezului de fier este, fără îndoială, una dintre verigile de bază care afectează eficiența și consumul de energie al transformatorului.
1. Rolul miezului de fier în transformator
Principiul de bază al transformatorului este inducția electromagnetică, iar miezul de fier este „punte intermediar” în acest proces. Când curentul AC trece prin înfășurarea primară, în miezul de fier este generat un flux magnetic alternativ, inducând astfel o tensiune în înfășurarea secundară. Proprietățile magnetice ale miezului de fier afectează în mod direct eficiența transferului de flux magnetic, care afectează și performanța generală a eficienței energetice a transformatorului.

2. Impactul designului miezului de fier asupra consumului de energie
Consumul de energie al transformatorului este compus în principal din două părți: pierderea de cupru (cauzată de rezistența înfășurării) și pierderea de fier (cauzată de modificarea câmpului magnetic din interiorul miezului de fier). Designul de bază are un impact deosebit de semnificativ asupra celui din urmă. Pierderea de fier include două forme principale:

1. Pierderea curentului turbionar
Când câmpul magnetic alternativ trece prin miezul de fier, un curent circular, adică „curent turbionar”, este indus în metal, generând energie termică și provocând pierderi de energie. Pierderea curenților turbionari este legată de grosimea și conductivitatea miezului de fier. Folosirea tablelor de oțel siliconic mai subțiri sau a materialelor amorfe și efectuarea tratamentului de acoperire izolatoare poate suprima în mod eficient formarea de curenți turbionari și poate reduce această parte a pierderii.

2. Pierderea histerezisului
Datorită „fenomenului de histerezis” al materialelor feromagnetice în timpul magnetizării și demagnetizării, fiecare modificare a fluxului magnetic consumă ceva energie. Pierderea prin histerezis este strâns legată de permeabilitatea magnetică, forța coercitivă și alte proprietăți ale materialului miezului de fier. Oțelul siliconic orientat de înaltă calitate sau materialele amorfe au bucle de histerezis mai înguste, reducând astfel pierderile de energie.

3. Impactul proiectării miezului de fier asupra eficienței
Un miez de fier bine proiectat poate nu numai să reducă pierderile de energie, ci și să îmbunătățească eficiența generală și fiabilitatea transformatorului. Performanța specifică este următoarea:

1. Selectarea materialului
Materialele de bază obișnuite includ oțel siliciu laminat la rece (CRGO), oțel siliciu laminat la cald, aliaje amorfe etc. Printre acestea, aliajele amorfe sunt utilizate pe scară largă în transformatoarele de economisire a energiei din cauza aranjamentului lor atomic dezordonat și a pierderilor magnetice extrem de scăzute. Alegerea materialelor afectează direct parametrii cheie, cum ar fi permeabilitatea magnetică, valoarea pierderilor și densitatea fluxului de saturație.

2. Structura de bază
Miezul are în principal două tipuri: tip laminat (structură laminată) și tip ranura (cum ar fi miezul amorf). Tipul laminat este realizat din mai multe straturi de foi subțiri de oțel izolate și stivuite, ceea ce ajută la reducerea pierderilor de curenți turbionari; miezul plăgii are continuitate, un circuit magnetic mai neted și pierderi mai mici de energie.

3. Dimensiunea și forma miezului
Dimensiunea rezonabilă a miezului și designul formei secțiunii transversale pot reduce fenomenul de saturație local cauzat de distribuția neuniformă a densității fluxului magnetic, reducând astfel pierderile locale și prelungind durata de viață a echipamentului. Miezul cu o secțiune transversală circulară sau eliptică are o distribuție mai uniformă a fluxului magnetic și pierderi mai mici.

4. Tendințe de optimizare în aplicații practice
Utilizați materiale amorfe: în comparație cu oțelul tradițional cu siliciu, miezurile amorfe au pierderi mai mici în condiții de sarcină scăzută și sunt potrivite pentru scenarii de economisire a energiei, cum ar fi transformatoarele de distribuție și sistemele de energie solară.

Îmbunătățirea acurateței procesării: rafinarea proceselor de forfecare, stivuire și înfășurare a miezului poate reduce golurile de aer, poate îmbunătăți continuitatea circuitului magnetic și poate reduce scurgerea de energie.

Adopta un design trifazat cu cinci coloane sau structuri inelare: în comparație cu miezurile tradiționale de tip E sau U, unele structuri noi au caracteristici mai bune de distribuție a fluxului magnetic și îmbunătățesc eficiența.

Introduceți designul de simulare cu elemente finite: în designul modern al transformatorului, software-ul de simulare este utilizat pe scară largă pentru a analiza cu precizie forma și proprietățile electromagnetice ale miezului pentru a optimiza și mai mult performanța consumului de energie.

Miezul transformatorului designul nu se referă doar la selecția materialelor, ci și la o reflectare cuprinzătoare a structurii, proceselor și potrivirii sistemului. Un design eficient al miezului poate reduce semnificativ pierderile de fier și poate îmbunătăți eficiența energetică generală, reducând astfel risipa de energie, prelungind durata de viață a echipamentului și reducând costurile de operare. Astăzi, când neutralitatea carbonului și energia verde sunt din ce în ce mai apreciate, optimizarea proiectării miezului transformatorului a devenit o parte importantă a promovării dezvoltării durabile a sistemelor energetice.