تأثير الصلب السيليكوني الموجه على كفاءة المحول ومستوى الضجيج

1. اتجاهات تطور تقنية تصنيع المحولات الكهربائية في الصين

تتطور المحولات الكهربائية بشكل أساسي في اتجاهين:

أولاً، التطور نحو المحولات فائقة الضغط ذات الحجم الكبير جداً، حيث تتقدم مستويات الجهد من 220 كيلوفولت و330 كيلوفولت و500 كيلوفولت نحو 750 كيلوفولت و1000 كيلوفولت.

ثانياً، التطور نحو الأنواع الموفرة للطاقة والصغيرة الحجم ومنخفضة الضوضاء وذات المقاومة العالية وممانعة الانفجار. هذه المنتجات هي أساساً محولات صغيرة ومتوسطة الحجم، مثل محولات التوزيع الجديدة S13 وS15 التي يتم توصيتها حالياً لترقية شبكات الطاقة الحضرية والريفية.

سيظل اتجاه تطور المحولات في الصين مستقبلاً يركز على أنواع موفرة للطاقة ومنخفضة الضوضاء وممانعة للحريق والانفجار ومعتمدة على موثوقية عالية.

2. تأثير مادة الصلب السيليكوني الموجه على أداء المحولات الكهربائية

في الدول الصناعية المتقدمة، تمثل الطاقة الكهربائية المستهلكة بسبب فقد الحديد في الصلب السيليكوني الموجه للمحولات حوالي 4% من إجمالي توليد الطاقة. لذلك، فإن تقليل فقد الحديد في الصلب السيليكوني الموجه كان دائماً موضوع بحث مهم لشركات الصلب السيليكوني حول العالم. يمكن تقسيم فقد الحديد إلى فقد التيار الدوامي وخسارة الهيستيريزيس.

بالنسبة لمادة الصلب السيليكوني، فإن الأساليب الرئيسية لتقليل فقد الحديد في الصلب السيليكوني الموجه هي زيادة نسبة السيليكون وتقليل سمك الصفائح والتكنولوجيا لتحسين المجالات المغناطيسية.

(1) زيادة نسبة السيليكون

حالياً، تحتوي الصلب السيليكوني المنتج صناعياً على أكثر من 3.0٪ من السيليكون بالكتلة. عند زيادة النسبة إلى 6.5٪، ينخفض فقد الصلب السيليكوني بشكل كبير، مما يجعله المادة المثلى للاستخدام في نطاق الترددات من 400 هرتز إلى 10 كيلوهرتز.

(2) تقليل سمك الصفائح

يصبح الصلب السيليكوني الموجه المستخدم حاليًا أرق وأرق. تم التخلي عن السمك 0.35 مم، بينما أصبحت الأسمك الشائعة الآن 0.3 مم و0.27 مم و0.23 مم و0.18 مم، والتي يمكن أن تقلل من خسارة التيار الدوامي في الصلب السيليكوني الموجه.

• يمكن استخدام شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.20 مم عند تردد 400 هرتز أو أقل، مع كثافة تدفق مغناطيسي تبلغ 1.5 تسلا وخسارة حديد نسبية منخفضة.

• شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.15 مم، عند العمل بتردد 1 كيلوهرتز وكثافة تدفق مغناطيسي تبلغ 1.0 تسلا، تكون قيمة خسارة الحديد أقل من 30 واط/كجم. وبالتالي، فإن هذا النوع من الشريط الرقيق مناسب للاستخدام عند تردد 1 كيلوهرتز أو أقل.

• شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.10 مم و0.08 مم أكثر ملاءمة للاستخدام عند ترددات أقل من 3 كيلوهرتز. عند تردد 3 كيلوهرتز، يستخدم شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.10 مم بكثافة تدفق مغناطيسي تبلغ حوالي 0.50 تسلا. تحت نفس الظروف، يمكن استخدام نوع 0.08 مم بكثافة تدفق مغناطيسي أعلى قليلاً، مثل 0.50-0.80 تسلا.

• شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.05 مم، عند العمل بتردد 5 كيلوهرتز، يمكن أن يكون له قيمة كثافة تدفق مغناطيسي تبلغ 0.5-0.6 تسلا. وبالتالي، فإن شريط الصلب السيليكوني الموجه بسمك 0.05 مم له نطاق التطبيق الأوسع بين الخمسة أنواع المذكورة أعلاه ومناسب للاستخدام عند تردد 5 كيلوهرتز أو أقل.

(3) تحسين المجالات المغناطيسية

تقنية التشقق: أفاد ناريتا الياباني عن تأثير التشقق على بنية المجالات المغناطيسية وخسارة الحديد في الصلب السيليكوني الموجه، مشيرًا إلى أن التشقق العمودي على اتجاه الشريط يمكن أن يقلل بشكل فعال من المسافة بين جدران المجالات المغناطيسية وخسارة التيار الدوامي.

تكنولوجيا المعالجة بالليزر تستغل خصائص التسخين والبرودة السريعة لمعالجة سطح صفائح الصلب السيليكوني الموجه عبر وضع علامات خطية، مما يعزز التشكيل البلاستيكي الدقيق والتشوهات الكثيفة في المنطقة المُسخنة، ويقلل من طول جدار المجال الرئيسي، بينما ينتج في الوقت نفسه ضغطًا متبقًٍا موترًا، مما يحقق الغرض من تحسين المجالات المغناطيسية وتقليل خسارة الحديد.

هناك طريقتان لمعالجة الليزر: المعالجة بالليزر النبضي والمعالجة بالليزر المستمر.

3. تأثير سطح الصلب السيليكوني الموجه على ضوضاء المحولات

إحدى الأسباب الرئيسية لضوضاء المحولات هي التغير في الطول المغناطيسي للفلزات المغناطيسية خلال التغناطيسية. يتعلق التغير في الطول المغناطيسي للصلب السيليكوني الموجه بشكل كبير بوجود طبقة عازلة سطحية. يمكن أن يقوض التوتر من الطبقة العازلة على صفائح الصلب السيليكوني الضغوط الضاغطة الناتجة عن المواد وتجميع المحولات، مما يقلل من ضوضاء المحولات. تكون صفائح الصلب بدون طبقة عازلة حساسة للغاية للضغط. مع زيادة الضغط، ترتفع قيمة التغير في الطول المغناطيسي بشكل حاد، بينما تظهر الصفائح المطلية زيادة أقل في قيمة التغير في الطول المغناطيسي مع زيادة الضغط الضاغط، مما يشير إلى انخفاض حساسية الضغط الضاغط.

من المرغوب أن يكون للصلب السيليكوني الموجه تغير في الطول المغناطيسي منخفض لتقليل حساسيته للضغط، وكذلك لتقليل الضوضاء. بما أن الضغط ينشأ أثناء تجميع نواة المحول، فمن الضروري تقليل حساسية المادة للضغط. بسبب الطبقة العازلة، يتم تقليل حساسية الصلب السيليكوني الموجه للضغط أثناء التغير في الطول المغناطيسي، وتقل أيضًا ضوضاء المحولات.

بالإضافة إلى ذلك، عادة ما يكون تطبيق طبقة العزل على الصلب السيليكوني الموجه له تأثير على تقليل الخسارة الخاصة، بتقليل خسارة الحديد بنسبة 9٪-14٪. يجب أن تكون جودة طبقة العزل أفضل من 5 غرام/م².

4. تأثير الصلب السيليكوني الموجه ذو النفاذية العالية على خسارة الحمل الخالي ومستوى الضوضاء في المحولات الكهربائية

مزايا الصلب السيليكوني الموجه عالي النفاذية Hi-B هي كالتالي:

(1) خصائص تغذية مغناطيسية ممتازة

تُقاس خصائص التغذية المغناطيسية عادة بمقدار الكثافة المغناطيسية عند 800 أمبير/متر لتقييم جودتها. يمتلك الصلب السيليكوني الموجه عالي النفاذية Hi-B نفاذية نسبية تبلغ حوالي 1920 عند 800 أمبير/متر، بينما تبلغ نفاذية الصلب CGO حوالي 1820. استخدام الصلب السيليكوني الموجه عالي النفاذية Hi-B كمادة أساسية للقلب لتخفيض الفاقد في حالة عدم الحمل هو الأكثر فعالية لتوفير الطاقة.

(2) انكماش مغناطيسي منخفض

يشير الانكماش المغناطيسي إلى تمدد وانكماش القلب في اتجاه التغذية المغناطيسية أثناء التغذية المغناطيسية المتداولة، وهو أحد الأسباب الرئيسية لضوضاء المحولات. بما أن الصلب السيليكوني الموجه عالي النفاذية Hi-B يتمتع بانكماش مغناطيسي منخفض، فإنه يقلل بشكل كبير من ضوضاء المحولات والتلوث البيئي.

5. تأثير تقنية معالجة قلب محول الطاقة

خلال التصنيع والمعالجة، يتعرض الصلب السيليكوني الموجه للضغط القص والتأثيرات الناتجة عن التعامل اليدوي. تؤثر المعالجة الميكانيكية والعوامل الخارجية المؤدية للتدهور بشكل كبير على الفاقد النوعي لألواح الصلب السيليكوني، أحياناً مما يؤدي إلى زيادة الفاقد النوعي بنسبة تتراوح بين 3.08٪-31.6٪.

الشظايا الناتجة عن القطع الطولي للصلب السيليكوني الموجه: إذا كانت جودة القطع ضعيفة مع انحرافات كبيرة في الأبعاد، فإن ذلك سيؤدي عند تراص القلب إلى وجود فجوات كبيرة بين الألواح، وتراكب كثير، وعدم تساوي طبقات القلب، مما يؤدي إلى زيادة التيار الخالي من الحمل، وأحياناً يتجاوز المعايير. بعد إزالة الشظايا، ينخفض الفاقد النوعي. تظهر الاختبارات أنه بعد إزالة الشظايا من 30QG120، ينخفض الفاقد النوعي P1.5 بنسبة 2.1٪-2.6٪ (متوسط 2.3٪)، ويقل P1.7 بنسبة 1.6٪-3.5٪ (متوسط 2.5٪).

تحسين جودة القطع للصلب السيليكوني الموجه، وتقليل الشظايا، مع تحسين مستويات الأسطح، وتطبيق قوة ضغط مناسبة على أعمدة القلب. تشير آراء مصنعي المحولات إلى أن تقليل الشظايا بمقدار 0.02 ملم يؤدي إلى تقليل السمك الإجمالي المتراص (في نقاط الضغط) بمقدار 2-3 ملم، وتقليل الضوضاء بمقدار 3-4 ديسيبل. لذلك، يجب السيطرة على الشظايا بحيث لا تتجاوز 0.03 ملم.

يحتاج الصلب السيليكوني الموجه إلى الخضوع للقطع والتقطيع والتراص، مما يولد ضغوط داخلية، مما يؤدي إلى تشوه الحبيبات، مما يؤدي إلى انخفاض النفاذية المغناطيسية وزيادة الفاقد النوعي للحديد. يمكن تقليل الضغوط الناتجة عن القطع والتقطيع والتراص وغيرها من العمليات المعالجة في الصلب السيليكوني الموجه بواسطة عملية التنعيم الحراري، والتي يمكن أن تقلل من الفاقد النوعي للحديد في الصلب السيليكوني الموجه المبرد بنحو 30٪.