چیست آmorphous Alloy Transformers و مزایای مواد هسته ای آنها و کاربردها

ترانسفورماتورهای آلیاژ بی‌ساختار، که در دهه ۱۹۷۰ توسعه یافته‌اند، نسل جدیدی از ترانسفورماتورهای قدرت هستند که از آلیاژهای بی‌ساختار به عنوان ماده‌ی پایه استفاده می‌کنند به جای برگه‌های فولاد سیلیسیون معمولی. در مقایسه با ترانسفورماتورهای با هسته‌ی فولاد سیلیسیون، آنها ضرر خالی را حدود ۷۰٪ تا ۸۰٪ و جریان خالی را حدود ۸۵٪ کاهش می‌دهند. این ترانسفورماتورها در حال حاضر از کارآمدترین ترانسفورماتورهای توزیع موجود هستند و برای کاربردهایی در مناطق با استفاده پایین از بار و نیاز بالا به ایمنی آتش‌نشانی مانند شبکه‌های برق روستایی، ساختمان‌های بلند، مراکز تجاری، مترو، فرودگاه‌ها، ایستگاه‌های راه‌آهن، شرکت‌های صنعتی و معادن و نیروگاه‌ها مناسب هستند.

نوارهای آلیاژ بی‌ساختار

نوارهای آلیاژ بی‌ساختار با ترکیب عناصری مانند آهن، کبالت، کربن، سیلیکون و بور در نسبت‌های دقیق تولید می‌شوند. این مخلوط در دمای بالا ذوب می‌شود و سپس با استفاده از چرخ چرخشی با سرعت بالا سرد می‌شود که نرخ سرمایش به ۱۰۰۰۰۰۰ درجه سانتیگراد در ثانیه می‌رسد. این سرمایش شدید تشکیل ساختار شبکه‌ای بلوری را جلوگیری می‌کند و منجر به ترتیب اتمی نابسامان و بی‌ساختار می‌شود.

تشکیل آلیاژهای بی‌ساختار

معمولاً وقتی فلزات یا آلیاژها از حالت مایع به حالت جامد تبدیل می‌شوند، اتم‌ها از یک فاز مایع نابسامان به یک ساختار بلوری مرتب تغییر می‌کنند. با این حال، با یک نرخ سرمایش بسیار بالا، اتم‌ها زمان کافی برای ترتیب یافتن در یک شبکه‌ی منظم ندارند و به جای آن در یک حالت نابسامان "جمد" می‌شوند - مشابه با ساختار مایعات - که چیزی است که به آن آلیاژ بی‌ساختار گفته می‌شود.

برای دستیابی به ساختار بی‌ساختار در فلزهای خالص، نرخ سرمایش بسیار بالایی لازم است. به دلیل محدودیت‌های فنی فعلی، دستیابی به چنین نرخ‌هایی در تولید در مقیاس بزرگ غیرعملی است و این باعث می‌شود تولید ساختارهای بی‌ساختار از فلزهای خالص دشوار باشد.

برای رفع این مشکل، فلزهای بی‌ساختار معمولاً با آلیاژهای فلزهای پایه با عناصر دیگر تولید می‌شوند. آلیاژهای تشکیل شده از اتم‌های با اندازه‌ها و ویژگی‌های مختلف دمای ذوب پایین‌تری دارند و در طی سرمایش سریع بیشتر مایل به تشکیل ساختارهای بی‌ساختار هستند.

آلیاژ بی‌ساختار استفاده شده در هسته‌ی ترانسفورماتور یک آلیاژ پایه‌ی آهن است که با نرخ سرمایش یک میلیون درجه سانتیگراد به نوارهای رقیق با ضخامت تنها ۰/۰۳ میلی‌متر سرد می‌شود.

مزایای ترانسفورماتورهای آلیاژ بی‌ساختار

کارایی انرژی

استفاده از هسته‌های آلیاژ بی‌ساختار، در کنار فرآیند ساخت پیشرفته سه‌فازی-سه ستونی، ضررهای هسته را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. ضررهای خالی به حدود ۲۵٪ ضررهای ترانسفورماتورهای خشک معمولی کاهش می‌یابند. با اینکه هزینه‌ی اولیه‌ی هسته‌های آلیاژ بی‌ساختار بیشتر است، کارایی و عملکرد صرفه‌جویی در انرژی فوق‌العاده این ترانسفورماتورها اجازه می‌دهد که سرمایه‌گذاری اضافی در ۳ تا ۵ سال تحت بار متوسط ۶۰٪ بازپرداخت شود. طی دوره‌ی عمر ۳۰ ساله‌ی ترانسفورماتور، صرفه‌های قابل توجهی در هزینه‌ی برق حاصل می‌شود.

قابلیت اطمینان

• isolasi kelas H (دمای کاری ۱۸۰ درجه سانتیگراد): دارای مقاومت حرارتی عالی است.

• طول عمر: قادر به تحمل شرایط ذخیره‌سازی و حمل و نقل سخت است.

• عملکرد محکم: به طور قابل اعتماد در شرایط محیطی نامساعد (شامل اقلیم‌ها و موقعیت‌های جغرافیایی بسیار سخت) عمل می‌کند؛ می‌تواند ۱۲۰٪ بار اضافی را برای مدت‌های طولانی تحمل کند.

• مقاومت در برابر کوتاه‌شدن: مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر نیروهای کوتاه‌شدن نشان می‌دهد.

• بی‌نیاز از نگهداری: تقریباً بدون نیاز به نگهداری در شرایط عملیاتی معمولی است.

ایمنی

• غیرقابل اشتعال: آتش نمی‌گیرد، مقاوم در برابر آتش است و در طول عملیات انفجار یا گازهای سمی تولید نمی‌کند.

• مقاومت در برابر محیط: کمتر حساس به تغییرات دما، غبار و آلودگی است.

• مقاومت در برابر ترک: با گذشت زمان ترک نمی‌خورد.

• ایمنی محیطی و انسانی: برای سلامت انسان و محیط ایمن است و تأثیرات مضری بر تجهیزات اطراف ندارد.

مزایای محیطی

• دوستانه با محیط زیست: در طول تولید، حمل و نقل، ذخیره‌سازی یا عملیات آلودگی محیطی ایجاد نمی‌کند.

• قابل بازیافت: پیچ‌ها و مواد هسته‌ای می‌توانند در پایان عمر بازیافت شوند و امکان استفاده مجدد از منابع را بدون آسیب به محیط ارائه می‌دهند.

• صوت کم: طراحی و فرآیندهای تولید پیشرفته هسته اطمینان می‌دهد که سطح صدای آن ۴ تا ۵ دسی‌بل کمتر از استانداردهای ملی فعلی است.

به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور خشک بی‌ساختار SCRBH15-2000 با ظرفیت 2000 kVA که در 60% بار کار می‌کند، می‌تواند سالانه حدود 24000 کیلووات ساعت برق صرفه‌جویی کند. با قیمت برق 1 ریال برای هر کیلووات ساعت، این مبلغ به صرفه‌جویی 24000 ریال در سال تبدیل می‌شود. در حال حاضر، قیمت بازار یک ترانسفورماتور مقایسه‌ای SCB10-2000 حدود 450000 ریال است، در حالی که نسخه بی‌ساختار حدود 550000 ریال قیمت دارد - حدود 20% بیشتر. با این حال، کاهش هزینه‌های عملیاتی در طول یک دوره 5 ساله می‌تواند سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر را به طور کامل جبران کند.