In che modo il nucleo del trasformatore svolge un ruolo chiave nel migliorare l'efficienza della trasmissione di potenza e nel ridurre la perdita di energia?

Nei moderni sistemi di alimentazione, i trasformatori sono apparecchiature indispensabili che svolgono un ruolo vitale nella trasmissione e distribuzione di energia. Il componente principale del trasformatore, il nucleo del trasformatore, è la base per il funzionamento efficiente dell'intero dispositivo. Il ruolo del nucleo è garantire l'efficace conversione dell'energia elettrica, stabilizzare la trasmissione della corrente e ridurre al minimo la perdita di energia.
Il nucleo del trasformatore è la parte centrale del trasformatore per la conduzione dei campi magnetici. La sua funzione principale è fornire un percorso a bassa impedenza in modo che il flusso magnetico possa fluire efficacemente tra gli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore. Il nucleo è solitamente composto da strati di fogli di acciaio al silicio impilati insieme per ridurre la perdita di energia causata dalla corrente che passa attraverso il conduttore.
Il working principle of the transformer is based on electromagnetic induction. The core realizes the transmission and conversion of electrical energy through the induced magnetic field. When the current passes through the primary winding of the transformer, an alternating magnetic field is generated in the core. This magnetic field is transmitted to the secondary winding through the core, thereby inducing the current in the secondary winding and completing the transmission and conversion of electrical energy.

Il material of the transformer core is one of the important factors affecting the performance of the transformer. Common core materials are as follows:
Lamiera di acciaio al silicio: la lamiera di acciaio al silicio è il materiale del nucleo del trasformatore più comunemente utilizzato. Ha una buona permeabilità magnetica e una bassa perdita di isteresi, che può ridurre efficacemente la perdita di energia e migliorare l'efficienza del trasformatore. Le lamiere di acciaio al silicio sono solitamente rivestite con uno strato isolante per ridurre la perdita di correnti parassite e migliorare le prestazioni di isolamento.
Lamiera di acciaio al silicio non orientato: il nucleo di questo materiale può fornire perdite inferiori ed è adatto per applicazioni ad alta frequenza, come i trasformatori ad alta frequenza. La sua distribuzione dei grani è uniforme, il che può ridurre la perdita di isteresi e migliorare l'efficienza operativa del trasformatore.
Materiale in lega amorfa: la lega amorfa è un nuovo tipo di materiale emerso negli ultimi anni. Ha una perdita del nucleo molto bassa ed è particolarmente adatto per trasformatori a basso carico e ad alta efficienza. Nonostante il suo costo elevato, la sua elevata efficienza lo ha reso ampiamente utilizzato in alcune applicazioni di fascia alta.
Nucleo di ferro in polvere: in alcuni piccoli trasformatori specifici, per realizzare il nucleo viene utilizzato anche un nucleo di ferro in polvere. Le proprietà magnetiche di questo materiale sono relativamente generali, ma a causa del suo basso costo viene ancora utilizzato in alcune applicazioni a bassa potenza.
Il design of the transformer core directly affects the efficiency and performance of the transformer. In order to minimize energy loss, the core design of modern transformers tends to the following directions:
Design laminato: per ridurre la perdita di correnti parassite, il nucleo del trasformatore è solitamente composto da molti fogli di acciaio sottili (solitamente fogli di acciaio al silicio) impilati insieme. Questo design può ridurre efficacemente la perdita di correnti parassite generata dalla corrente all'interno del nucleo e migliorare l'efficienza del trasformatore. Ogni lamiera di acciaio ha un rivestimento isolante per garantire che le correnti parassite non possano propagarsi attraverso l'intero nucleo.
Struttura chiusa: il nucleo del trasformatore adotta solitamente una struttura ad anello chiuso, che aiuta a ridurre le perdite di flusso magnetico, garantisce che il campo magnetico possa essere condotto in modo più concentrato e migliora l'efficienza operativa del trasformatore.
Ottimizza la progettazione del traferro: la progettazione del traferro influisce sull'efficienza operativa e sulla capacità di carico del trasformatore. Nella progettazione del nucleo, controllando con precisione la dimensione del traferro, è possibile ridurre il fenomeno della saturazione magnetica e migliorare ulteriormente le prestazioni del trasformatore.
Sebbene il nucleo del trasformatore svolga un ruolo insostituibile nel sistema energetico, deve ancora affrontare alcune sfide e direzioni di sviluppo:
Problemi di efficienza energetica: con il continuo aumento dei costi energetici, i requisiti di efficienza energetica dei trasformatori diventano sempre più elevati. La perdita del nucleo, in particolare la perdita per isteresi e la perdita per correnti parassite, è ancora il principale fattore che influenza l'efficienza energetica del trasformatore. Pertanto, lo sviluppo di materiali e progetti più efficienti è la direzione dello sviluppo futuro.
Costo del materiale: il prezzo delle lastre di acciaio al silicio di alta qualità è elevato, il che fa aumentare il costo di produzione dei trasformatori. Per risolvere questo problema, i produttori stanno cercando di adottare materiali più convenienti, come le leghe amorfe, per ridurre i costi di produzione garantendo al tempo stesso un’elevata efficienza.
Requisiti di protezione ambientale: con i crescenti requisiti globali di protezione ambientale, anche i materiali e i processi utilizzati nella produzione dei trasformatori devono essere conformi a più standard ambientali. L'utilizzo di materiali riciclabili e la riduzione delle emissioni inquinanti durante il processo produttivo sono diventati il ​​trend dello sviluppo futuro.
I nuclei dei trasformatori sono ampiamente utilizzati in vari aspetti del sistema di alimentazione. Che si tratti della distribuzione elettrica urbana, dell'alimentazione di apparecchiature industriali o della conversione dell'energia in nuovi sistemi energetici, i nuclei dei trasformatori svolgono un ruolo insostituibile. Il suo design e il materiale sono direttamente correlati all'efficienza operativa, alla stabilità e alla durata dell'intera apparecchiatura elettrica.
Nel campo dei trasformatori ad alta efficienza e a basse perdite, con il progresso della tecnologia, i materiali e i design dei nuclei dei trasformatori vengono costantemente innovati, migliorando ulteriormente l'efficienza di utilizzo dell'energia del sistema di alimentazione. Soprattutto nelle applicazioni moderne come le sottostazioni ad alta tensione, le reti intelligenti e le stazioni di ricarica per veicoli elettrici, l’innovazione tecnologica dei nuclei dei trasformatori è fondamentale per migliorare le prestazioni dell’intero sistema.
Essendo il componente principale nella trasmissione di potenza, il nucleo del trasformatore svolge un ruolo decisivo nell'efficienza e nella stabilità del trasformatore. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, i materiali e la progettazione dei nuclei dei trasformatori migliorano costantemente e in futuro verrà prestata maggiore attenzione all'efficienza energetica, ai costi e alla protezione ambientale. Essendo un componente chiave delle apparecchiature elettriche, l'innovazione e l'applicazione dei nuclei dei trasformatori influenzeranno direttamente lo sviluppo del sistema energetico globale e il miglioramento dell'efficienza energetica.