Zastosowanie magnetyków amorficznych przy budowie transformatorów

Transformatory z rdzeniem amorficznym

Zastosowanie metglasu do budowy transformatorów pozwala na zmniejszenie strat w żelazie nawet pięciokrotnie, a mimo to materiał ten nie jest powszechnie stosowany. W Europie żadna firma nie  produkuje transformatorów z rdzeniem z materiałów amorficznych na skalę przemysłową. Według programu Leonardo Power Quality Initiative (LPQI) powodem jest brak hut mogących wytwarzać magnetyki amorficzne. Także większa twardość tych materiałów (w porównaniu ze stalą zimnowalcowaną), stwarza duże trudności w ich zastosowaniu do budowy rdzeni pakietowanych, które są rozpowszechnione w Europie.

Obecnie transformatory z rdzeniem amorficznym są budowane i instalowane w Stanach Zjednoczonych, Indiach i Japonii, gdzie wykorzystuje się technologię rdzeni zwijanych (rys. 1), które wytwarzane są w hutach i dostarczane w postaci gotowego wyrobu. Metglas charakteryzuje się też niższą wartością  indukcji nasycenia, co wymusza budowę większych rdzeni i zużycie większej ilości miedzi i materiałów izolacyjnych, a więc wzrost ceny gotowego wyrobu. LPQI podaje, że przy zastosowaniu  najnowocześniejszych materiałów amorficznych rdzeń transformatora amorficznego jest o kilkanaście procent większy od rdzenia ze stali zimnowalcowanej.

W Zakładzie Elhand Transformatory prowadzono prace konstrukcyjno-badawcze zmierzające do opracowania transformatora z rdzeniem amorficznym zwijanym. Zbudowano kilka prototypowych jednostek o mocy 10 kV · A, jednak nie podjęto ich produkcji seryjnej.

TABELA II. Parametry transformatorów olejowych z rdzeniem amorficznym amerykańskiej firmy Sunrise Electric

W tabeli II zestawiono parametry transformatorów olejowych z rdzeniem z blach amorficznych amerykańskiej firmy Sunrise Electric. Porównanie strat transformatorów (SN = 250 kVA) z rdzeniem amorficznym (przybliżone ze względu na różnice napięć znamionowych), z transformatorami olejowymi z rdzeniem z blach stalowych zimnowalcowanych, o najniższym poziomie strat, przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Straty mocy w żelazie transformatorów olejowych z rdzeniem z blach stalowych zimnowalcowanych i z rdzeniem amorficznym

Rysunek 2 pokazuje, że transformatory z rdzeniem amorficznym charakteryzują się znacząco mniejszymi stratami w żelazie, nawet w porównaniu z transformatorami o rdzeniach wykonanych z blach stalowych zimnowalcowanych o najwyższej jakości. W tym przypadku różnice sięgają ponad 50%.

Na rysunku 3 przedstawiono porównanie sprawności obu typów transformatorów, przy założeniu jednakowych strat obciążeniowych. Można zauważyć, że wpływ materiału zastosowanego do budowy rdzenia na różnice sprawności pomiędzy poszczególnymi typami transformatorów jest niewielki – poniżej 1%.