Уменьшение потерь в трансформаторном железе

    Трансформаторы являются неотъемлимым элементом в энергосистеме. Парметры трансформатора определяются парметрами обмоткок, ,парметрами сердечника и параметрами охлаждения. Конструкционные и другие аспекты в этой статье рассматриваться не будут. Об этом можно почитать в статьях на нашем сайте.Здесь речь пойдет о материале сердечника трансформатора,а именно о его молекулярном строении.
    Известно,что чем лучше железные сердечники намагничиваются, тем меньше энергии они теряют и тем более эффективно они работают. Исследователи из института Пола Шерера (Швейцария) нашли способ заглянуть внутрь железного сердечника трансформатора.Речь идет о новаторском методе нейтронной  интерферометрии, разработанной в PSI. Это открывает возможность наблюдения магнитных доменов в процессе , как они создают магнитные поля внутри железного сердечника. Это важный шаг на пути к пониманию того, как трансформаторы работают сегодня и в разработке более эффективных моделей  трансформаторов в будущем. Не в последнюю очередь потому, что ЕС установил новые цели по повышению энергоэффективности в этой области. Исследователи сообщили о своих результатах в двух исследованиях, опубликованных в последнем выпуске журнала «Physical Review» .
 
  Трансформаторы являются незаменимым элементом в энергосистеме: на подстанциях, они преобразуют напряжение от низкого до высокого, так что электричество может распространяться на большие расстояния по высоковольтным линиям электропередач, не затрачивая много энергии. На другом конце линии электропередачи высокого напряжения, трансформаторы уменьшают напряжение так, что электричество может быть подведено к бытовым потребителям в 230 вольт.
 
  Тем не менее, остается место для улучшения положения в этой области. Два новых исследования командой  ученых под руководством Кристиана Грюйзвега в PSI проведенных путем искусственного моделирования,  показывют крошечные магнитные структуры внутри трансформатора при его работе. Полученные результаты будут способствовать нашему пониманию того, как функционируют сегодня трансформаторы и помочь в разработке более эффективных моделей в будущем.
 
«Сердечник из магнитного железа в форме кольца трансформатора является основным элементом, необходимым для преобразования напряжения,» объясняетГрюйзвег. Крошечные магнитные домены в пределах активной зоны играют существенную роль в этом процессе. Магнитная ориентация внутри каждого домена равномерна. Эксперты называют границы между этими доменами-стенками. Если железный сердечник намагничивается, это приводит к переориеннтации во всех доменах в одном напрвлении на микроскопическом уровне. Другими словами, доменные стенки исчезают.
 
«Решающим фактором для эффективного функционирования трансформатора является мобильность доменной стенки,» говорит Бенедикту Бец, первый автор обоих исследований и докторант в команде PSI. Это происходит потому, что наши силовые линии несут переменный ток с частотой 50 Гц. В результате, железный сердечник трансформатора является повторно намагниченный 100 раз в секунду, будучи повторно поляризована с севера на юг и обратно в быстрой последовательности. Домены, следовательно, отбрасывает назад и вперед: чем больше их гибкость, тем лучше трансформатор выполняет.
 
PSI технология выглядит внутри трансформаторов
 
Методы, доступные до сих пор разрешено только косвенное наблюдение за поведением доменной стенки. Решетка интерферометрии нейтронов, разработанный Christian Grünzweig в PSI десять лет назад в рамках своей докторской диссертации в настоящее время позволяет прямой визуализации доменных стенок. «Вы можете думать о доменах как садовых участков, отделенных друг от друга заборами,» говорит Grünzweig. «Использование нейтронной решетки интерферометрии, теперь мы можем увидеть эти заборы-то есть доменные стенки, а не сад самих участков.» В изображениях ученого, полученных методом нейтронной решетки интерферометрии ,, доменные стенки появляются в виде черных линий.
 
В исследовании, проведенном под руководством Бенедиктом Беца, команда Grünzweig в исследовал то, что происходит, когда трансформатор подключен к постоянному току, который сначала увеличивается, а затем вновь снизился. По мере возрастания напряжения, черные линии исчезли, показывая, что железный сердечник был равномерно намагничены в одном направлении. Только в этом состоянии делает напряжение переноса ядра железа эффективно. После того, как напряжение было впоследствии уменьшено, линии — и доменные стенки, которые они представляют — снова появился. Это первое исследование, послужили основой для дальнейших исследований.
 
Во втором исследовании, исследователи имитировали более реалистичный сценарий, применяя переменный ток. При изменении напряжения и частоты переменного тока, они обнаружили, что существуют определенные пороговые значения каждого из этих параметров, за которой доменные стенки исчезли или появились замерзать.
 
Разработка эффективных трансформаторов
 
«Эти идеи не приводят непосредственно к улучшению трансформаторов», признает Кристиан Grünzweig. «То, что мы делаем, предлагая науки и промышленности новый метод исследования.» И когда он пришел как раз в нужный момент. Начиная с прошлого года, Директива Экодизайн ЕС, который Швейцария также согласились осуществить, призвал энергетический сектор для повышения производительности трансформатора. До сих пор разработка трансформаторов было более или менее на основе проб и ошибок: почему новый трансформатор функционирует лучше, чем старая версия никогда не была ясна. Эта новая, более точная информация о магнитных процессах, происходящих в пределах ядра железа теперь позволит более целенаправленную оптимизацию трансформаторов.
 
Потенциал для улучшения огромен. По оценкам, крупные распределительные трансформаторы теряют около 38 тераватт-часов стоимостью энергии ежегодно на всей территории ЕС — более половины годового потребления энергии Швейцарии. Повышение эффективности трансформатора путем даже всего несколько процентов привело бы к экономии приравнивая к производству электроэнергии нескольких электростанций.

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню