Vliv orientovaného křemenitého plechu na efektivitu a hluk transformátoru

1. Trendy vývoje technologie výroby transformátorů v Číně

Transformátory se primárně vyvíjejí ve dvou směrech:

Prvním směrem je vývoj k extra velkým ultra vysokonapěťovým transformátorům, s napěťovými hladinami, které pokračují od 220kV, 330kV a 500kV směrem k 750kV a 1000kV.

Druhým směrem je vývoj směrem k energeticky úsporným, minimalizovaným, nízkošumovým, vysokoimpedančním a odporným na výbuch typům. Tyto produkty jsou především malé a střední transformátory, jako jsou nové distribuční transformátory S13 a S15, které jsou v současnosti doporučovány pro modernizaci městských a venkovských elektrických sítí.

Budoucí směr vývoje transformátorů v Číně bude stále zaměřen na energeticky úsporné, nízkošumové, odporné na požár a výbuch typy a vysokou spolehlivost.

2. Vliv orientovaného síta na vlastnosti transformátorů

V rozvinutých průmyslových zemích spotřeba elektrické energie způsobená železnatou ztrátou v orientovaném síti pro transformátory představuje přibližně 4% celkové výroby elektrické energie. Proto snižování železnaté ztráty orientovaného síta bylo vždy důležitým výzkumným tématem pro sítařské podniky po celém světě. Železnatá ztráta lze rozdělit na ztrátu vířivosti a hysteretickou ztrátu.

Pokud jde o materiál ze síta, hlavní metody k snížení železnaté ztráty v orientovaném sítu jsou zvýšení obsahu síta, snížení tloušťky plechu a technologie pro zjemnění magnetických domén.

(1) Zvýšení obsahu síta

V současné době průmyslově vyráběné síto obsahuje více než 3,0 % síta na hmotnost. Pokud se zvýší na 6,5 %, ztráty síta se výrazně sníží, což jej činí optimálním materiálem pro použití v frekvenčním rozsahu 400 Hz až 10 kHz.

(2) Snížení tloušťky plechu

V současné době používané orientované síto se stává stále tenčí. Tloušťka 0,35 mm byla vyřazena, běžné tloušťky nyní jsou 0,3 mm, 0,27 mm, 0,23 mm a 0,18 mm, což může snížit ztráty vířivosti v orientovaném sítu.

• Orientovaný tenký pás síta o tloušťce 0,20 mm lze použít při frekvenci 400 Hz nebo nižší, s magnetickou indukcí dosahující 1,5 T a relativně nízkou železnatou ztrátou.

• Orientovaný tenký pás síta o tloušťce 0,15 mm, při provozu na frekvenci 1 kHz s magnetickou indukcí 1,0 T, má hodnotu železnaté ztráty menší než 30 W/kg. Proto je tento druh tenkého pásu vhodný pro použití při frekvenci 1 kHz nebo nižší.

• Orientované tenké pásy síta o tloušťce 0,10 mm a 0,08 mm jsou více vhodné pro použití při frekvencích nižších než 3 kHz. Při frekvenci 3 kHz se používá orientovaný tenký pás síta o tloušťce 0,10 mm s magnetickou indukcí přibližně 0,50 T. Za stejných podmínek lze u specifikace 0,08 mm použít mírně vyšší hodnoty magnetické indukce, jako jsou 0,50-0,80 T.

• Orientovaný tenký pás síta o tloušťce 0,05 mm, při provozu na frekvenci 5 kHz, může mít hodnotu magnetické indukce 0,5-0,6 T. Proto má orientovaný tenký pás síta o tloušťce 0,05 mm nejširší oblast použití ze všech pěti zmíněných specifikací a je vhodný pro použití při frekvenci 5 kHz a nižší.

(3) Zjemnění magnetických domén

Technologie rýhování: Japonský Narita referoval o vlivu rýhování na strukturu domén a ztráty v orientovaném sítu, upozorňuje, že rýhování kolmo k směru pásu může efektivně snížit vzdálenost mezi stěnami domén a ztráty vířivosti.

Technologie laserového zpracování využívá charakteristik rychlého ohřevu a ochlazení k zpracování povrchu orientovaného síta pomocí liniového označování, což podporuje mikroplastickou deformaci a husté dislokace v ohřáté oblasti, což snižuje délku hlavních stěn domén a zároveň vytváří reziduální tahové napětí, dosahující cíle zjemnění magnetických domén a snížení železnaté ztráty.

Existují dvě metody laserového zpracování: pulsní a spojité laserové zpracování.

3. Vliv povrchu orientovaného síta na šum transformátoru

Jedním z hlavních zdrojů šumu transformátoru je magnetostricce jádra z orientovaného síta.

Magnetostrukce znamená změnu délky feromagnetického materiálu během magnetizace. Magnetostrukce orientovaného síta je velmi spojena s tím, zda existuje povrchové izolační potah. Tah z potahu na síte může protiúčinkovat na kompresní stresy generované materiálem a montáží transformátoru, což snižuje šum transformátoru. Nezapotahované plechy jsou velmi citlivé na kompresní stres. Jak roste tlak, hodnota magnetostrukce se značně zvyšuje, zatímco potažené plechy ukazují méně výrazné zvýšení hodnoty magnetostrukce s rostoucím kompresním stresem, což naznačuje nižší citlivost na kompresní stres.

Je přejemné, aby orientované síto mělo nízkou magnetostrukci, aby se snížila jeho citlivost na stres a také šum. Protože stres je generován během montáže jádra transformátoru, je třeba snížit citlivost materiálu na stres. Díky potahu se snižuje citlivost orientovaného síta na stres při magnetostrukci a šum transformátoru se také snižuje.

Kromě toho má aplikace izolačního potahu na orientované síto obecně stále vliv na snížení specifické ztráty, snižuje železnatou ztrátu o 9-14 %. Kvalita izolačního potahu by měla být preferovaně nad 5 g/m².

4. Vliv vysokopermeabilního orientovaného síta na ztrátu bez zatížení a hladinu šumu transformátorů

Výhody Hi-B vysokopermeabilního orientovaného křemičitého oceli jsou následující:

(1) Vynikající magnetizační charakteristiky

Magnetizační charakteristiky se obvykle hodnotí podle magnetické indukce při 800A/m. Hi-B vysokopermeabilní orientovaná křemičitá ocel má relativní permeabilitu asi 1920 při 800A/m, zatímco CGO ocel má 1820. Použití Hi-B vysokopermeabilní orientované křemičité oceli jako materiálu jádra pro snížení bezúčtových ztrát je nejefektivnější způsob úspory energie.

(2) Nízká magnetostricace

Magnetostricace se týká roztažení a stahu jádra v magnetizačním směru během AC magnetizace, což je jednou z hlavních příčin šumu transformátoru. Díky nízké magnetostricaci Hi-B vysokopermeabilní orientované křemičité oceli se velmi snižuje šum transformátoru a environmentální znečištění.

5. Vliv technologie zpracování jádra transformátoru

Během výroby a zpracování je orientovaná křemičitá ocel vystavena kluznému napětí a ručnímu obsluhování. Mechanické zpracování a externí faktory znehodnocení mají významný vliv na specifické ztráty křemičitých plechů, někdy až o 3,08-31,6 %.

Špičky z longitudinálního řezu orientované křemičité oceli: Pokud je kvalita řezu špatná s velkými odchylkami rozměrů, při skládání jádra dojde k velkým mezera mezi listy, mnoha překryvům a nerovnoměrným vrstvám jádra, což vedlo k zvýšení prázdného proudu, někdy nad standard. Po odstranění špicí se specifické ztráty snížily. Testy ukazují, že po odstranění špicí u 30QG120 se specifické ztráty P1.5 snížily o 2,1-2,6 % (průměr 2,3 %) a P1.7 o 1,6-3,5 % (průměr 2,5 %).

Zlepšení kvality řezu orientované křemičité oceli, snížení špic, zlepšení rovnosti a použití vhodného stlačovací síly na sloupce jádra. Zpětná vazba od výrobců transformátorů ukazuje, že snížení špicí o 0,02 mm snižuje celkovou výšku vrstvení (v místech stlačení) o 2-3 mm a šum se sníží o 3-4 dB. Proto by špičky měly být kontrolovány do 0,03 mm.

Orientovaná křemičitá ocel musí projít řezem, lisováním a skládáním, což generuje vnitřní napětí, způsobující deformaci zrn, což vede ke snížení magnetické permeability a zvýšení specifických železných ztrát. Napětí vygenerované v orientované křemičité oceli během řezu, lisování, skládání a dalších operací lze snížit tepelnou úpravou, která může snížit specifické železné ztráty studeně valené orientované křemičité oceli přibližně o 30 %.