Orientaationvarusteen teräs vaikutus muuntajan tehokkuuteen ja meluun

1. Sähkömuuntajate valmistusteknologia kehityssuunnat Kiinassa

Sähkömuuntajat kehittyvät pääasiassa kahdelle suuntaan:

Ensiksi, kehitys erittäin suuria ja erittäin korkean jännitteen muuntajia kohti, jänniteasteiden edistymisen kanssa 220kV, 330kV ja 500kV suuntaan 750kV ja 1000kV.

Toiseksi, kehitys energiansäästöön, pienentymiseen, vähäääniseen, korkeaan impedanssiin ja räjähteitä vastustaviin tyyppeihin. Nämä tuotteet ovat pääasiassa pieniä ja keskikokoisia muuntajia, kuten uudet S13 ja S15 jakeluverkon muuntajat, jotka on tällä hetkellä suositeltu kaupunkien ja maaseutualueiden sähköverkkojen päivityksessä.

Kiinan tuleva muuntajien kehityssuunta keskittyy edelleen energiatehokkuuteen, vähäääniseen, palo- ja räjähteitä vastustaviin tyyppeihin sekä korkeaan luotettavuuteen.

2. Suunnattujen silikoniteräsvalmisteiden vaikutus sähkömuuntajien suorituskykyyn

Kehittyneissä teollisuusmaissa, sähköenergiaa, joka kulutetaan muuntajissa käytettävän suunnatun silikoniteräksen rautakorrosoinnista, on noin 4% kokonaissähköntuotannosta. Siksi, silikoniteräsyhtiöiden ympäri maailmaa rautakorroston vähentäminen on aina ollut tärkeä tutkimusaihe. Rautakorrosto voidaan jakaantua virraskorroston ja hystereesiskorroston välillä.

Suunnatun silikoniteräksen osalta, pääasialliset menetelmät rautakorroston vähentämiseksi ovat silikan sisältymäprosentin lisääminen, levyn paksuuden vähentäminen ja magneettisten alueiden tarkennus tekniikka.

(1) Silikan sisältymäprosentin lisääminen

Nykyisin teollisesti tuotettu silikoniteräs sisältää yli 3,0 % silikania massaperäisesti. Kun se kasvatetaan 6,5 %:iin, silikoniteräksen korrostit vähenevät merkittävästi, mikä tekee siitä optimaalisen materiaalin 400Hz–10kHz taajuusalueessa käytettäväksi.

(2) Levyn paksuuden vähentäminen

Nykyisesti käytetty suunnattu silikoniteräs on yhä ohuempi. 0,35mm:n paksuus on poistettu käytöstä, ja yleiset paksuudet ovat nyt 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm ja 0,18mm, mikä vähentää virraskorrosta suunnatussa silikoniterässä.

• 0,20mm:n suunnattu silikoniteräslevy voidaan käyttää 400Hz tai alle, kun magnetiivinen fluxti tiheyttä saavuttaa 1,5T ja rautakorrosto on suhteellisen vähäistä.

• 0,15mm:n suunnattu silikoniteräslevy, kun toimii 1kHz taajuudella ja magnetiivinen fluxti tiheyttä on 1,0T, sen rautakorrosto arvo on alle 30W/kg. Siksi tämä spesifikaatio levyä on soveltuva käytettäväksi 1kHz tai alle.

• 0,10mm ja 0,08mm suunnattuja silikoniteräslevyjä on enemmän soveltuvin käytettäväksi 3kHz taajuusalueella. 3kHz taajuudella 0,10mm suunnattu silikoniteräslevyä käytetään noin 0,50T magnetiivisella fluxti tiheydellä. Samojen olosuhteissa 0,08mm spesifikaatiolla voidaan käyttää hieman korkeampia magnetiivisia fluxti tiheydet, kuten 0,50-0,80T.

• 0,05mm suunnattu silikoniteräslevy, kun toimii 5kHz taajuudella, sen magnetiivinen fluxti tiheyden arvo voi olla 0,5-0,6T. Siksi 0,05mm suunnattu silikoniteräslevy on laajimmalla soveltamisalalla viidestä mainitusta spesifikaatiosta ja on soveltuva käytettäväksi 5kHz ja alle.

(3) Magneettisten alueiden tarkennus

Kaivomistekniikka: Japanin Narita raportoi kaivomisen vaikutuksesta magneettisten alueiden rakenteeseen ja korrosteisiin suunnatuissa silikoniteräslevyissä, huomauttaen, että kaivominen kohtisuorasti levyn suuntaan voi tehokkaasti vähentää magneettisten alueiden seinämien välistä etäisyyttä ja virraskorrosta.

Laserin käsittelyteknologia hyödyntää nopean lämmittymisen ja jäähtymisen ominaisuuksia suunnatun silikoniteräslevyn pinnan käsittelyyn linjamerkintöjen avulla, edistäen mikroplastisen muodonmuutoksen ja korkean tiheyden dislokoiden syntymistä kuumennetussa alueessa, vähentäen päämagneettisten alueiden seinämien pituutta, samalla tuottamalla jäännösvenyttävän stressin, saavuttamalla magneettisten alueiden tarkennuksen ja rautakorroston vähentämisen tavoitteen.

On olemassa kaksi laserin käsittelymenetelmää: pulssi- ja jatkuva laserin käsittely.

3. Suunnatun silikoniteräksen pinnan vaikutus sähkömuuntajan meluun

Yksi sähkömuuntajien melun pääsyy on suunnatun silikoniteräksen ytimen magnetokontraktio.

Magnetokontraktio tarkoittaa ferromagneettisen materiaalin pituuden muutosta magneutoinnissa. Suunnatun silikoniteräksen magnetokontraktion on suuri yhteys sen pintaeristyspeittoon. Peiton aiheuttama venyttävä voima silikoniteräslevyihin voi vastata materiaaleja ja muuntajien kokoonpanoa aiheuttamaa puristavaa stressiä, mikä vähentää muuntajan melua. Pintaa ei peitettyjen teräslevyjen reaktio puristavaan stressiin on hyvin herkkä. Kun puristava stressi kasvaa, magnetokontraktion arvo noussee jyrkästi, kun taas peitettyjen levyn magnetokontraktion arvo kasvaa vähemmän merkittävästi puristavan stressin kasvaessa, mikä osoittaa vähäisempää herkkyyttä puristavaa stressiä kohtaan.

On toivottavaa, että suunnatulla silikoniteräksellä on matala magnetokontraktio, mikä vähentää sen herkkyyttä stressiä kohtaan, samalla vähentäen myös melua. Koska stressi syntyy muuntajien ytimeen kokoonpanossa, on tarpeen vähentää materiaalin herkkyyttä stressiä kohtaan. Pintateräksen ansiosta suunnatun silikoniteräksen herkkyyttä magnetokontraktiolle vähenee, ja muuntajan melu vähenee myös.

Lisäksi, suunnatulle silikoniteräkselle pintateräksen soveltaminen yleensä edelleen vähentää tietyt korrostit, vähentäen rautakorrosta 9-14 %. Pintateräksen laatu tulisi olla vähintään 5g/m².

4. Korkean permeabiliteetin suunnatun silikoniteräksen vaikutus sähkömuuntajien tyhjiökierroksen korrosten ja melutasoon

Hi-B:n suuresti suuntautuneen silikoniteräksen etuja ovat seuraavat:

(1) Erinomaiset magnetisaatioominaisuudet

Magnetisaation ominaisuudet mitataan yleensä magneettivirttiä tiheyttä 800 A/m arvioimalla niiden laatua. Hi-B:n suuresti suuntautunulla silikoniteräksellä on suhteellinen tihentyvyys noin 1920 800 A/m:ssa, kun taas CGO-teräsella se on 1820. Hi-B:n suuresti suuntautunun silikoniteräksen käyttö ytimen materiaalina pienentää tyhjäkulutusta tehokkaimmin säästämään energiaa.

(2) Alhainen magnetostriktio

Magnetostriktio tarkoittaa ytimen pituuden laajenemista ja supistumista magneettisessa suunnassa vaihtovirtamagneettisessa tilanteessa, mikä on muun muassa yksi pääasiallisista muuntajan melun aiheuttajista. Koska Hi-B:n suuresti suuntautunulla silikoniteräksellä on alhainen magnetostriktio, se vähentää huomattavasti muuntajan melua ja ympäristökuormitusta.

5. Voimamuuntajan ytimeen käsittelytekniikan vaikutus

Valmistuksen ja käsittelyn aikana suuntautunut silikoniteräs altistuu leikkauspaineelle ja manuaalisille käsittelyvaikutuksille. Mekaaninen käsittely ja ulkopuoliset heikkenemiselementit vaikuttavat merkittävästi silikoniteräleisten erityiskulutukseen, joka kasvaa joskus 3,08–31,6 prosenttia.

Suuntautunun silikoniteräksen pitkäsuuntaisen leikkaamisen aiheuttamat napakat: Jos leikkaustila on huono ja mittapohjaiset poikkeamat suuret, ytimen kerroksissa ilmenee suuria väliä, monia päällekkäisiä kohtia ja epätasainen ydinrakenne, mikä johtaa tyhjävirtaan, joka joskus ylittää normit. Napakoiden poistamisen jälkeen erityiskulutus laskee. Testit osoittavat, että 30QG120:n napakoista poisto jälkeen erityiskulutus P1,5 laskee 2,1–2,6 prosentilla (keskimäärin 2,3 %), ja P1,7 laskee 1,6–3,5 prosentilla (keskimäärin 2,5 %).

Suuntautunun silikoniteräksen leikkaustilan parantaminen, napakoiden vähentäminen, tasaisuuden parantaminen sekä asianmukainen kiinnitysjännitys ytimen pilareihin. Muuntajavalmistajien palautteesta ilmenee, että napakoiden vähentäminen 0,02 mm:llä vähentää kokonaispinnoitetehoa (kiinnityskohdissa) 2–3 mm:llä, ja melu vähenee 3–4 dB:llä. Siksi napakoiden tulisi olla enintään 0,03 mm.

Suuntautunun silikoniteräksen on läpäistävä leikkaus, painallus ja kerroksittainen rakennus, mikä synnyttää sisäisiä rasituksia, jotka aiheuttavat kivenmuodon muutoksen, mikä johtaa tihentyvyyden laskuun ja erityisperäntekijän kasvuun. Suuntautunun silikoniterässä leikkauksen, painalluksen, kerroksittaisen rakennuksen ja muiden käsittelytoimenpiteiden aikana syntymä rasitus voidaan vähentää louhoskäsittelyllä, mikä vähentää kylmäväljäytetyn suuntautunun silikoniteräksen erityisperäntekijää noin 30 prosenttia.