Hoe beïnvloedt het ontwerp van de transformatorkern het energieverlies en de efficiëntie?

In moderne energiesystemen zijn transformatoren belangrijke apparatuur in het stroomtransmissie- en distributieproces, en hun prestaties houden rechtstreeks verband met het energie-efficiëntieniveau van het hele systeem. Van de vele doorslaggevende factoren is het ontwerp van de ijzeren kern ongetwijfeld een van de belangrijkste schakels die de efficiëntie en het energieverbruik van de transformator beïnvloeden.
1. De rol van de ijzeren kern in de transformator
Het fundamentele werkingsprincipe van de transformator is elektromagnetische inductie, en de ijzeren kern is de "tussenbrug" in dit proces. Wanneer de wisselstroom door de primaire wikkeling vloeit, wordt in de ijzeren kern een wisselende magnetische flux gegenereerd, waardoor een spanning in de secundaire wikkeling wordt geïnduceerd. De magnetische eigenschappen van de ijzeren kern hebben rechtstreeks invloed op de efficiëntie van de magnetische fluxoverdracht, wat ook de algehele energie-efficiëntieprestaties van de transformator beïnvloedt.

2. De impact van het ijzeren kernontwerp op het energieverbruik
Het energieverbruik van de transformator bestaat hoofdzakelijk uit twee delen: koperverlies (veroorzaakt door de wikkelingsweerstand) en ijzerverlies (veroorzaakt door de verandering van het magnetische veld in de ijzeren kern). Op dit laatste heeft het kernontwerp een bijzonder grote impact. IJzerverlies omvat twee hoofdvormen:

1. Wervelstroomverlies
Wanneer het magnetische wisselveld door de ijzeren kern gaat, wordt er een cirkelvormige stroom, oftewel "wervelstroom", in het metaal geïnduceerd, waardoor warmte-energie wordt gegenereerd en energieverlies wordt veroorzaakt. Wervelstroomverlies houdt verband met de dikte en geleidbaarheid van de ijzeren kern. Het gebruik van dunnere siliciumstaalplaten of amorfe materialen en het uitvoeren van een isolerende coatingbehandeling kan de vorming van wervelstromen effectief onderdrukken en dit deel van het verlies verminderen.

2. Hysteresisverlies
Vanwege het "hysteresisfenomeen" van ferromagnetische materialen tijdens magnetisatie en demagnetisatie, verbruikt elke verandering in de magnetische flux wat energie. Hysteresisverlies hangt nauw samen met de magnetische permeabiliteit, coërcitiefkracht en andere eigenschappen van het ijzeren kernmateriaal. Hoogwaardig georiënteerd siliciumstaal of amorfe materialen hebben smallere hysteresislussen, waardoor het energieverlies wordt verminderd.

3. De impact van het ontwerp van een ijzeren kern op de efficiëntie
Een goed ontworpen ijzeren kern kan niet alleen het energieverlies verminderen, maar ook de algehele efficiëntie en betrouwbaarheid van de transformator verbeteren. De specifieke prestaties zijn als volgt:

1. Materiaalkeuze
Veel voorkomende kernmaterialen zijn onder meer koudgewalst korrelgeoriënteerd siliciumstaal (CRGO), warmgewalst siliciumstaal, amorfe legeringen, enz. Onder hen worden amorfe legeringen veel gebruikt in energiebesparende transformatoren vanwege hun wanordelijke atomaire opstelling en extreem laag magnetisch verlies. De materiaalkeuze heeft rechtstreeks invloed op belangrijke parameters zoals magnetische permeabiliteit, verlieswaarde en verzadigingsfluxdichtheid.

2. Kernstructuur
De kern heeft hoofdzakelijk twee typen: gelamineerd type (gelamineerde structuur) en wondtype (zoals amorfe kern). Het gelamineerde type is gemaakt van meerdere lagen dunne staalplaten, geïsoleerd en gestapeld, wat helpt om wervelstroomverliezen te verminderen; de gewonden kern heeft continuïteit, een soepeler magnetisch circuit en minder energieverlies.

3. Kerngrootte en vorm
Redelijke kernafmetingen en een ontwerp van de dwarsdoorsnedevorm kunnen het lokale verzadigingsverschijnsel dat wordt veroorzaakt door een ongelijkmatige verdeling van de magnetische fluxdichtheid verminderen, waardoor lokale verliezen worden verminderd en de levensduur van de apparatuur wordt verlengd. De kern met een cirkelvormige of elliptische doorsnede heeft een meer uniforme magnetische fluxverdeling en lagere verliezen.

4. Optimalisatietrends in praktische toepassingen
Gebruik amorfe materialen: Vergeleken met traditioneel siliciumstaal hebben amorfe kernen lagere verliezen bij lage belasting en zijn ze geschikt voor energiebesparende scenario's zoals distributietransformatoren en zonne-energiesystemen.

Verbeter de verwerkingsnauwkeurigheid: De verfijning van kernafschuif-, stapel- en wikkelprocessen kan luchtspleten verkleinen, de continuïteit van magnetische circuits verbeteren en energielekkage verminderen.

Gebruik een driefasig vijfkoloms- of ringstructuurontwerp: Vergeleken met traditionele E-type- of U-type-kernen hebben sommige nieuwe structuren betere magnetische fluxverdelingseigenschappen en verbeteren ze de efficiëntie.

Introductie van eindige-elementensimulatieontwerp: In het moderne transformatorontwerp wordt simulatiesoftware op grote schaal gebruikt om de vorm en elektromagnetische eigenschappen van de kern nauwkeurig te analyseren om de prestaties op het gebied van energieverbruik verder te optimaliseren.

Transformator kern ontwerp gaat niet alleen over materiaalkeuze, maar ook over een uitgebreide reflectie van structuur-, proces- en systeemmatching. Een efficiënt kernontwerp kan het ijzerverlies aanzienlijk verminderen en de algehele energie-efficiëntie verbeteren, waardoor energieverspilling wordt verminderd, de levensduur van apparatuur wordt verlengd en de bedrijfskosten worden verlaagd. Tegenwoordig, nu CO2-neutraliteit en groene energie steeds meer worden gewaardeerd, is het optimaliseren van het ontwerp van de transformatorkern een belangrijk onderdeel geworden van het bevorderen van de duurzame ontwikkeling van energiesystemen.