Αντίδραση του οριευμένου σιδήρου στην αποδοτικότητα και το θόρυβο των μετατροπευτών

1. Τάσεις Ανάπτυξης της Τεχνολογίας Κατασκευής Ηλεκτρικών Μετατροπέων στην Κίνα

Οι ηλεκτρικοί μετατρόπες εξελίσσονται κυρίως προς δύο κατευθύνσεις:

Πρώτον, η ανάπτυξη προς υπερμεγάλους υψηλής τάσης μετατρόπες, με τα επίπεδα τάσης να εξελίσσονται από 220kV, 330kV και 500kV προς 750kV και 1000kV.

Δεύτερον, η ανάπτυξη προς εξοικονομητικά, μικροσκοπικά, χαμηλού θορύβου, υψηλής αντίστασης και αντιεκρηκτικά είδη. Αυτά τα προϊόντα είναι κυρίως μικροί και μεσαίοι μετατρόπες, όπως οι νέοι S13 και S15 διανεμητικοί μετατρόπες που προτείνονται τώρα για την ενημέρωση των πόλεων και των αγροτικών ενεργειακών δικτύων.

Η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης των μετατρόπων στην Κίνα θα εστιαστεί ακόμη περισσότερο στα εξοικονομητικά, χαμηλού θορύβου, πυραντοχικά και αντιεκρηκτικά είδη, καθώς και στην υψηλή αξιοπιστία.

2. Επίδραση του Οριευμένου Σιδήρου Σιλικόνης στη Διαμόρφωση των Ηλεκτρικών Μετατροπέων

Σε ανεπτυγμένες βιομηχανικές χώρες, η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται λόγω της σιδηρούχης απώλειας στο οριευμένο σίδηρο σιλικόνης των μετατρόπων αντιπροσωπεύει περίπου το 4% της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Συνεπώς, η μείωση της σιδηρούχης απώλειας του οριευμένου σιδήρου σιλικόνης έχει πάντα αποτελέσει ένα σημαντικό θέμα έρευνας για τις επιχειρήσεις σιδήρου σιλικόνης σε παγκόσμιο επίπεδο. Η σιδηρούχη απώλεια μπορεί να χωριστεί σε απώλεια εδαφικών ρευμάτων και απώλεια ύστερης.

Όσον αφορά το υλικό σιδήρου σιλικόνης, οι κύριες μεθόδοι για τη μείωση της σιδηρούχης απώλειας στο οριευμένο σίδηρο σιλικόνης είναι η αύξηση της περιεχόμενης σιλικίου, η μείωση του πάχους της φύλλας και η τεχνολογία επεξεργασίας μαγνητικών δομών.

(1) Αύξηση της Περιεχόμενης Σιλικίου

Τώρα, η βιομηχανικά παραγόμενη σίδηρο σιλικόνης περιέχει πάνω από 3.0% σιλικίου μαζικά. Όταν αυξάνεται στο 6.5%, οι απώλειες του σιδήρου σιλικόνης μειώνονται σημαντικά, κάνοντάς το το εξαιρετικό υλικό για χρήση στο πεδίο συχνοτήτων 400Hz-10kHz.

(2) Μείωση του Πάχους της Φύλλας

Το τρέχον οριευμένο σίδηρο σιλικόνης που χρησιμοποιείται γίνεται όλο και πιο λεπτό. Το πάχος 0.35mm έχει αποσυρθεί, με κοινά πάχη τώρα 0.3mm, 0.27mm, 0.23mm και 0.18mm, τα οποία μπορούν να μειώσουν τις απώλειες εδαφικών ρευμάτων στο οριευμένο σίδηρο σιλικόνης.

• Η 0.20mm λεπτή φύλλα οριευμένου σιδήρου σιλικόνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε 400Hz ή κάτω, με μαγνητική ροή 1.5T και χαμηλή σιδηρούχη απώλεια.

• Η 0.15mm λεπτή φύλλα οριευμένου σιδήρου σιλικόνης, όταν λειτουργεί σε συχνότητα 1kHz με μαγνητική ροή 1.0T, έχει τιμή απώλειας σιδήρου λιγότερη από 30W/kg. Συνεπώς, αυτή η διάσταση λεπτής φύλλας είναι κατάλληλη για χρήση σε 1kHz ή κάτω.

• Οι 0.10mm και 0.08mm λεπτές φύλλες οριευμένου σιδήρου σιλικόνης είναι πιο κατάλληλες για χρήση σε συχνότητες κάτω από 3kHz. Σε συχνότητα 3kHz, η 0.10mm λεπτή φύλλα οριευμένου σιδήρου σιλικόνης χρησιμοποιείται με μαγνητική ροή περίπου 0.50T. Υπό τις ίδιες συνθήκες, η 0.08mm διάσταση μπορεί να χρησιμοποιήσει ελαφρώς υψηλότερες τιμές μαγνητικής ροής, όπως 0.50-0.80T.

• Η 0.05mm λεπτή φύλλα οριευμένου σιδήρου σιλικόνης, όταν λειτουργεί σε συχνότητα 5kHz, μπορεί να έχει τιμή μαγνητικής ροής 0.5-0.6T. Συνεπώς, η 0.05mm λεπτή φύλλα οριευμένου σιδήρου σιλικόνης έχει το ευρύτερο εύρος εφαρμογής από τις πέντε διαστάσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω και είναι κατάλληλη για χρήση σε 5kHz και κάτω.

(3) Επεξεργασία Μαγνητικών Δομών

Τεχνολογία Χαράξεως: Ο Narita από την Ιαπωνία ανέφερε την επίδραση της χαράξεως στη δομή μαγνητικών δομών και τις απώλειες στο οριευμένο σίδηρο σιλικόνης, δείχνοντας ότι η χαράξεως κάθετα στην κατεύθυνση της φύλλας μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την απόσταση των τειχών μαγνητικών δομών και τις απώλειες εδαφικών ρευμάτων.

Η τεχνολογία επεξεργασίας με λάσερ αξιοποιεί τα χαρακτηριστικά ταχείας θέρμανσης και ψύξης για την επεξεργασία της επιφάνειας των φύλλων οριευμένου σιδήρου σιλικόνης μέσω γραμμικής σήμανσης, προωθώντας μικροπλαστική μετατροπή και υψηλή πυκνότητα αναδιατάξεων στη θερμανόμενη περιοχή, μειώνοντας τη μήκος των κυρίων τειχών, ενώ ταυτόχρονα παράγει υπολείμματα τάσης τανύσεως, επιτυγχάνοντας έτσι τον στόχο της επεξεργασίας μαγνητικών δομών και της μείωσης της σιδηρούχης απώλειας.

Υπάρχουν δύο μεθόδους επεξεργασίας με λάσερ: παραλλαγή και συνεχής επεξεργασία με λάσερ.

3. Επίδραση της Επιφάνειας του Οριευμένου Σιδήρου Σιλικόνης στον Θόρυβο των Μετατροπέων

Ενας από τους κύριους λόγους του θορύβου των μετατροπέων είναι η μαγνητοστρέβλωση των πυρήνων οριευμένου σιδήρου σιλικόνης.

Η μαγνητοστρέβλωση αναφέρεται στη μεταβολή του μήκους του φερρομαγνητικού υλικού κατά τη μαγνητοποίηση. Η μαγνητοστρέβλωση του οριευμένου σιδήρου σιλικόνης είναι σημαντικά συνδεδεμένη με την ύπαρξη επιφανειακής επικάλυψης απομόνωσης. Η τάση από την επικάλυψη στις φύλλες σιδήρου σιλικόνης μπορεί να αντισταθμίσει τις πίεσες που προκαλούνται από τα υλικά και τη συναρμολόγηση του μετατρόπου, μειώνοντας έτσι τον θόρυβο του μετατρόπου. Οι φύλλες χωρίς επικάλυψη είναι πολύ ευαίσθητες στην πίεση. Καθώς αυξάνεται η πίεση, η τιμή της μαγνητοστρέβλωσης αυξάνεται σημαντικά, ενώ οι φύλλες με επικάλυψη δείχνουν λιγότερο σημαντική αύξηση της τιμής της μαγνητοστρέβλωσης με αύξηση της πίεσης, δείχνοντας χαμηλότερη ευαισθησία στην πίεση.

Είναι επιθυμητό ο οριευμένος σίδηρος σιλικόνης να έχει χαμηλή μαγνητοστρέβλωση για να μειωθεί η ευαισθησία του στην τάση, ενώ ταυτόχρονα μειώνεται και ο θόρυβος. Επειδή η τάση παράγεται κατά τη συναρμολόγηση του πυρήνα του μετατρόπου, είναι απαραίτητο να μειωθεί η ευαισθησία του υλικού στην τάση. Λόγω της επικάλυψης, η ευαισθησία του οριευμένου σιδήρου σιλικόνης στη μαγνητοστρέβλωση μειώνεται, και ο θόρυβος του μετατρόπου μειώνεται επίσης.

Επιπλέον, η εφαρμογή επικάλυψης απομόνωσης στον οριευμένο σίδηρο σιλικόνης συνήθως έχει ακόμη την επίδραση της μείωσης της συγκεκριμένης απώλειας, μειώνοντας τη σιδηρούχη απώλεια κατά 9%-14%. Η ποιότητα της επικάλυψης απομόνωσης πρέπει να είναι προτιμότερα πάνω από 5g/m².

4. Επίδραση του Οριευμένου Σιδήρου Σιλικόνης Υψηλής Μετατροπής στην Απώλεια Χωρίς Φορτίο και στο Επίπεδο Θορύβου των Ηλεκτρικών Μετατροπέων

Οι προτεραιότητες του υψηλής μεταδοτικότητας ευθυμοσχεδιασμένου σιλικιούχου χάλυβα Hi-B είναι οι εξής:

(1) Εξαιρετικές Ιδιότητες Μαγνητοποίησης

Οι ιδιότητες μαγνητοποίησης εκτιμούνται συνήθως μέσω της πυκνότητας μαγνητικού ρομπού σε 800A/m για να αξιολογηθεί η ποιότητά τους. Ο υψηλής μεταδοτικότητας ευθυμοσχεδιασμένος σιλικιούχος χάλυβας Hi-B έχει σχετική μεταδοτικότητα περίπου 1920 σε 800A/m, ενώ ο χάλυβας CGO είναι 1820. Η χρήση υψηλής μεταδοτικότητας ευθυμοσχεδιασμένου σιλικιούχου χάλυβα Hi-B ως υλικό καρδιάς για τη μείωση της απώλειας χωρίς φορτίο είναι η πιο αποτελεσματική λύση για εξοικονόμηση ενέργειας.

(2) Χαμηλή Μαγνητοστρέβλωση

Η μαγνητοστρέβλωση αναφέρεται στη διαταραχή του μήκους της καρδιάς στην κατεύθυνση της μαγνητοποίησης κατά την εναλλασσόμενη μαγνητοποίηση, η οποία είναι μία από τις βασικές αιτίες του θορύβου των μετατροπέων. Επειδή ο υψηλής μεταδοτικότητας ευθυμοσχεδιασμένος σιλικιούχος χάλυβας Hi-B έχει χαμηλή μαγνητοστρέβλωση, μειώνει σημαντικά τον θόρυβο των μετατροπέων και την περιβαλλοντική ρύπανση.

5. Επίδραση της Τεχνολογίας Επεξεργασίας Καρδιάς Μετατροπέα Ρεύματος

Κατά την κατασκευή και επεξεργασία, ο ευθυμοσχεδιασμένος σιλικιούχος χάλυβας υπόκειται σε κοπωτική ένταση και επιπτώσεις από την χειροκίνητη χειρισμό. Η μηχανική επεξεργασία και οι εξωτερικοί παράγοντες επιδείνωσης επηρεάζουν σημαντικά τη συγκεκριμένη απώλεια των φύλλων σιλικιούχου χάλυβα, μερικές φορές αυξάνοντας τη συγκεκριμένη απώλεια κατά 3,08%-31,6%.

Τα παρασύρματα από τον οριζόντιο κοπός του ευθυμοσχεδιασμένου σιλικιούχου χάλυβα: Αν η ποιότητα κοπής είναι χαμηλή με μεγάλες αποκλίσεις στις διαστάσεις, κατά τη στοίβαδη της καρδιάς, θα προκαλέσει μεγάλα κενά μεταξύ των φύλλων, πολλά επικαλύψματα και ανομαλίες στις στοίβαδες της καρδιάς, αυξάνοντας τον ρευστό χωρίς φορτίο, μερικές φορές υπερβαίνοντας τα πρότυπα. Μετά την αφαίρεση των παρασυρμάτων, η συγκεκριμένη απώλεια μειώνεται. Οι δοκιμές δείχνουν ότι μετά την αφαίρεση των παρασυρμάτων 30QG120, η συγκεκριμένη απώλεια P1.5 μειώνεται κατά 2,1%-2,6% (μέση 2,3%) και η P1.7 μειώνεται κατά 1,6%-3,5% (μέση 2,5%).

Η βελτίωση της ποιότητας κοπής του ευθυμοσχεδιασμένου σιλικιούχου χάλυβα, η μείωση των παρασυρμάτων, η βελτίωση της επιπέδειας και η εφαρμογή κατάλληλης συμπίεσης στις στήλες της καρδιάς. Σύμφωνα με τα ανταποκριτικά των κατασκευαστών μετατροπέων, η μείωση των παρασυρμάτων κατά 0,02mm μειώνει το συνολικό πάχος στοίβαδας (στα σημεία συμπίεσης) κατά 2-3mm, και ο θόρυβος μειώνεται κατά 3-4dB. Συνεπώς, τα παρασύρματα πρέπει να ελέγχονται εντός 0,03mm.

Ο ευθυμοσχεδιασμένος σιλικιούχος χάλυβας χρειάζεται να υποστεί κοπή, σφραγισμό και στοίβαδα, οι οποίες παράγουν εσωτερικές τάσεις, προκαλώντας την εξαρτημένη μεταμόρφωση των κρυστάλλων, οδηγώντας σε μείωση της μαγνητικής μεταδοτικότητας και αύξηση της συγκεκριμένης απώλειας σιδήρου. Οι τάσεις που παράγονται στον ευθυμοσχεδιασμένο σιλικιούχο χάλυβα κατά την κοπή, σφραγισμό, στοίβαδα και άλλες επεξεργασίες μπορούν να μειωθούν μέσω της θερμοεπεξεργασίας, η οποία μπορεί να μειώσει τη συγκεκριμένη απώλεια σιδήρου του ψυχροπετσετωμένου ευθυμοσχεδιασμένου σιλικιούχου χάλυβα περίπου 30%.