O que é um transformador de distribuição de liga amorfa?

Simplificando, um transformador de distribuição de liga amorfa é um transformador de distribuição cujo material central usa "liga amorfa" em vez das tradicionais chapas de aço silício. Tem apenas um objetivo principal: reduzir significativamente a perda de potência do próprio transformador.

(clique na imagem para ver o transformador de distribuição de liga amorfa)

I. Primeiro entenda porque os transformadores apresentam perdas

A função do transformador de distribuição é converter eletricidade de alta tensão de 10 kV em eletricidade de baixa tensão de 220 volts para uso residencial. Este processo em si apresenta perdas de energia, que se dividem principalmente em duas categorias:

• Perda de cobre: ​​a perda causada pelo aquecimento quando a corrente flui através da bobina, relacionada ao tamanho da carga
• Perda de ferro (perda sem carga): Enquanto o transformador estiver ligado, o núcleo de ferro será magnetizado e desmagnetizado repetidamente, o que consome energia no processo. A perda de ferro é ininterrupta 24 horas por dia

Os transformadores tradicionais utilizam chapas de aço silício comonúcleo de ferro, que precisa superar grande resistência durante a magnetização, então a perda de ferro é alta. O surgimento de materiais de liga amorfa é resolver este problema.

II. Que tipo de material é liga amorfa?

A liga amorfa é um material metálico no qual os átomos estão dispostos em um estado desordenado.

Os átomos de metais comuns (como o aço silício) estão dispostos regularmente, como tijolos empilhados ordenadamente. Isso é chamado de "cristalino". Durante a produção de ligas amorfas, o metal fundido é rapidamente solidificado a uma taxa de resfriamento de cerca de 1 milhão de graus Celsius por segundo. Os átomos são “congelados” antes de serem organizados em ordem, formando uma estrutura desordenada semelhante ao vidro.

As características trazidas por esta estrutura desordenada são: a magnetização é extremamente fácil e a perda por histerese é extremamente baixa.

III. Principais vantagens: Excelentes benefícios de economia de energia e proteção ambiental

A principal razão pela qual os transformadores de distribuição de liga amorfa atraíram tanta atenção reside no seu desempenho disruptivo de economia de energia. Comparado com os transformadores tradicionais de aço silício, suas vantagens refletem-se principalmente nos seguintes aspectos:

1. Perda sem carga extremamente baixa: Devido à eficiência extremamente alta de magnetização e desmagnetização de materiais de liga amorfa, sua perda de ferro (ou seja, perda sem carga) é significativamente reduzida em 70% a 80% em comparação com os transformadores tradicionais de aço silício, e a corrente sem carga também é reduzida em cerca de 85%. Isso significa que quando o transformador está energizado, mas não carregado, ele consome muito pouca energia.

2. Benefícios ambientais significativos: A redução das perdas traduz-se diretamente numa redução da procura de geração de energia e das emissões de gases com efeito de estufa. Segundo estimativas, se os transformadores de liga amorfa forem totalmente aplicados nas redes de distribuição de grandes países em desenvolvimento, como a China e a Índia, poderão ser poupados 25 a 30 terawatts-hora (TWh) de electricidade por ano e as emissões de dióxido de carbono poderão ser reduzidas em 20 a 30 milhões de toneladas.

3. Alta segurança e confiabilidade: Os transformadores de liga amorfa geralmente adotam estruturas totalmente seladas e projetos de tanques de óleo corrugados, que não são apenas isentos de manutenção, mas também possuem excelente resistência a curto-circuito. Seu material de isolamento possui boa resistência ao calor e baixo aumento da temperatura operacional, o que retarda efetivamente o envelhecimento do isolamento. Sua vida útil geralmente pode chegar a mais de 20 anos. Além disso, os transformadores de liga amorfa do tipo seco são incombustíveis, à prova de explosão, não produzem gases tóxicos e são extremamente seguros.

4. Características Estruturais e Processo de Fabricação

A fim de aproveitar ao máximo o desempenho dos materiais de liga amorfa, os transformadores de liga amorfa também possuem seus próprios recursos exclusivos em design e fabricação:

Estrutura especial do núcleo de ferro: A tira de liga amorfa é extremamente fina (a espessura é de apenas 0,03 mm) e possui alta dureza, dificultando o corte como as chapas de aço silício. Portanto, seu núcleo é geralmente composto de quatro estruturas de núcleo separadas justapostas para formar um layout trifásico de cinco colunas e adota um processo de laminação para reduzir danos por cisalhamento às propriedades magnéticas do material.

Sensibilidade ao estresse e tratamento de recozimento: As ligas amorfas são muito sensíveis ao estresse mecânico e o estresse causará um aumento acentuado na perda. Portanto, o núcleo de ferro deve ser evitado como a principal parte de suporte de carga no projeto estrutural, e o núcleo de ferro deve passar por um recozimento rigoroso após a laminação para eliminar tensões internas e restaurar suas características de baixa perda.

Enrolamento de seção transversal retangular: Para combinar com o formato da estrutura central, os enrolamentos geralmente adotam uma estrutura de camada retangular de camada dupla ou multicamada com seção transversal retangular, tornando o design geral mais compacto.

V. Como funciona?

O princípio de funcionamento é o mesmo de todos os transformadores: indução eletromagnética. A bobina de alta tensão e a bobina de baixa tensão são enroladas no mesmo núcleo de ferro e a conversão de tensão é obtida através de um campo magnético alternado.

A única diferença é o material do núcleo. O núcleo de liga de ferro amorfa é composto por camadas de tiras amorfas extremamente finas (cerca de 0,025 ~ 0,03 mm de espessura). Essas tiras têm geralmente cerca de 170 mm de largura e têm o formato de um anel plano.

Como a resistência de magnetização é extremamente pequena, mesmo que funcione sem carga por muito tempo, o próprio núcleo de ferro consome muito pouca energia elétrica.

VI. Onde é usado principalmente?

Em qualquer lugar onde seja necessária fonte de alimentação 24 horas por dia e a taxa de carga não seja alta ou instável, os transformadores de liga amorfa são muito adequados:

• Rede de distribuição urbana e rural: As áreas rurais têm pequenas cargas de energia e longos períodos sem carga, e o efeito de poupança de energia é mais óbvio.
• Área residencial: Durante o período noturno de baixo consumo de energia, o transformador fica em estado de carga leve por muito tempo
• Data centers e estações base de comunicação: operam o ano todo e são altamente sensíveis aos custos de eletricidade
• Novas estações de energia: Os tempos de geração de energia fotovoltaica e eólica são descontínuos e os transformadores são frequentemente pouco carregados.
• Metrôs, aeroportos, hospitais: exigem fornecimento contínuo de energia e possuem requisitos rigorosos quanto ao consumo de energia.

VII. Resumo

Os transformadores de distribuição de liga amorfa são equipamentos de distribuição com economia de energia que utilizam um material metálico especial que é mais fácil de magnetizar como núcleo, para que o transformador possa "roubar" menos eletricidade no modo de espera. Seu custo inicial de compra é mais alto, mas como economiza eletricidade todos os dias, pode se pagar em poucos anos e terá lucro líquido por mais de dez anos.