Kallvälld kornorienterad (CRGO) siliciumstål | Egenskaper och tillämpningar
Läggandet av silikon (Si) i järn (Fe) i rätt proportioner med hjälp av vissa tillverkningsprocesser förbättrar betydligt det magnetiska och elektriska egenskaperna hos järnet. Mot slutet av 1800-talet upptäcktes att tillsatsen av silikon till järn betydligt förbättrar resistiviteten hos järnet, och så utvecklades silikonstål eller vad vi idag känner till som elektriskt stål. Det minskade inte bara virvelströmsförlusterna i stålet, utan man observerade också en betydande förbättring av magnetpermeabilitet och en minskning av magnetostriction. Tabellen nedan visar hur vissa elektriska och magnetiska egenskaper hos järnet ändras genom tillägg av silikon.
N. P. Goss, den tidiga uppfinnaren av processen för tillverkning av kallvalsat korntillriktat silikonstål eller CRGO-stål 1933, gav idén i sina egna ord: "Jag har experimentell bevisning som leder mig att tro att det finns ett tydligt samband mellan kornstorlek och dragbarhet hos ett prov och dess magnetiska egenskaper. Denna bevisning visar att små, enhetliga korn och hög dragbarhet följs av hög permeabilitet". Denna idé ledde till en revolution inom stålindustrin, vilket resulterade i produktionen av högklassiga stål. Baserat på korns orientering finns det två typer av silikonstål:
Korntillriktat silikonstål (GO).
Icke-korntillriktat silikonstål (GNO).
I de kommande avsnitten kommer vi att diskutera GO-stål. Specifikt kommer vi att diskutera kallvalsat korntillriktat (CRGO) silikonstål och dess tillämpningar.
Kallvalsning av stål
Detta görs för att minska stålens tjocklek i intervallet 0,1 mm till 2 mm, vilket inte kan uppnås med varmvalsning. Under denna process uppnås under noggrant kontrollerade förhållanden optimala magnetiska egenskaper i rullningsriktningen. Denna riktning är också känd som Goss-textur (110)[001], vilket är riktningslätt magnetisering i rullningsriktningen. Detta visas i figuren nedan. Korntillriktat stål används inte i roterande elektriska maskiner där magnetfältet ligger i planen av plåtar men vinkeln mellan magnetfältet och rullningsriktningen förändras hela tiden. För detta ändamål används icke-korntillriktat silikonstål.
Schematisk representation av (110)[001] rullningstextur eller Goss-textur
Egenskaper hos CRGO-stål
Det är ett mjukt magnetiskt material och har följande egenskaper:
Hög magnetisk permeabilitet.
Förminskad magnetostriction.
Hög resistivitet.
Hög staplande- eller lamineringsfaktor tillåter kompakta kärndesigner.
Låga förluster.
Sorter av CRGO-stål
De tidigaste sorter av stål var kända som M7 (0,7 watt/pund vid 1,5T/60Hz) och M6 (0,6 watt/pund vid 1,5T/60Hz).
På samma sätt utvecklades sorter M5, M4 och M3 i slutet av 1960-talet.
Ett nytt material kallat Hi-B har en anmärkningsvärd grad av orientering och är 2–3 sorter bättre än konventionella CRGO-stålprodukter.
Tillämpning av CRGO-silikonstål som transformerkärna
CRGO-sorter av stål hittar främst tillämpning som kärnmaterial för effektransformatorer och fördelningstransformatorer. Detta kan förklaras som nedan:
Hög magnetisk permeabilitet leder till låga spänningsströmmar och lägre induktioner.
Låg hysteres och virvelströmsförluster.
Utmerkad lamineringsfaktor leder till bättre och kompakta design och därför mindre materialbehov.
Hög knäsaturationsegenskaper.
Mycket låg nivå av magnetostriction leder till bullerminskning.
Förbättrar lättheten att vindla och ökar produktiviteten.
Framtidsperspektiv för CRGO-silikonstål
Även om det funnits alternativ till CRGO-sorter av stål, såsom nickel-järn, mu-metal, amorft boronband, superglas osv, är CRGO-stål fortfarande den överlägsna valet inom transformatorindustrin. Legier som amorf metall Fe78-B13-Si9 har visat sig ha betydligt färre kärnförluster när de används som kärna i fördelningstransformator jämfört med CRGO-sorter av stål. En optimal sammansättning av silikon i stål kan ändra texturen för att uppnå önskvärda magnetiska egenskaper vid tillverkning under kontrollerade förhållanden.
Utsaga: Respektera det ursprungliga, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för radering.
