Impacto do Aço Silício Orientado na Eficiencia e no Ruido dos Transformadores

1. Tendencias de desenvolvemento da tecnoloxía de fabricación de transformadores eléctricos en China

Os transformadores eléctricos están desenvolvéndose principalmente en dúas direccións:

Primeiro, o desenvolvemento cara a transformadores extra-grandes de ultra-alta tensión, con niveis de tensión que avanzan desde 220kV, 330kV e 500kV cara a 750kV e 1000kV.

Segundo, o desenvolvemento cara a tipos de aforro de enerxía, miniaturizados, de baixo ruído, de alta impedancia e antiexplosivos. Estes produtos son principalmente transformadores pequenos e medios, como os novos transformadores de distribución S13 e S15 actualmente recomendados para as actualizacións das redes eléctricas urbanas e rurais.

A dirección futura do desenvolvemento dos transformadores en China seguirá centrada en tipos eficientes en enerxía, de baixo ruído, resistentes ao fogo e explosivos, e de alta fiabilidade.

2. Influencia do material de acero silicio orientado no rendemento dos transformadores eléctricos

Nas países industriais desenvoltos, a enerxía eléctrica consumida debido á perda de ferro no acero silicio orientado para transformadores representa aproximadamente o 4% da xeración total de enerxía. Polo tanto, reducir a perda de ferro do acero silicio orientado sempre foi un tema de investigación importante para as empresas de acero silicio en todo o mundo. A perda de ferro pode descomporse en perda por correntes de Foucault e perda histerética.

En relación co material de acero silicio, os principais métodos para reducir a perda de ferro no acero silicio orientado son aumentar o contido de silicio, reducir o grosor da lámina e a tecnoloxía de refinamento de dominios magnéticos.

(1) Aumentar o contido de silicio

Actualmente, o acero silicio producido industrialmente contén máis do 3,0% de silicio en masa. Unha vez incrementado ao 6,5%, as perdas do acero silicio diminúen significativamente, facendo deste o material óptimo para uso na gama de frecuencias de 400Hz a 10kHz.

(2) Reducir o grosor da lámina

O acero silicio orientado actualmente utilizado está a volverse cada vez máis fino. O grosor de 0,35mm xa foi descontinuado, sendo os grosores comúns agora 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm e 0,18mm, o que pode reducir as perdas por correntes de Foucault no acero silicio orientado.

• A láminal fina de acero silicio orientado de 0,20mm pode utilizarse a 400Hz ou inferior, cunha densidade de fluxo magnético que alcanza 1,5T e unha perda de ferro relativamente baixa.

• A láminal fina de acero silicio orientado de 0,15mm, ao operar a unha frecuencia de 1kHz cunha densidade de fluxo magnético de 1,0T, ten un valor de perda de ferro inferior a 30W/kg. Polo tanto, esta especificación de láminal fina é adecuada para uso a 1kHz ou inferior.

• As láminals finas de acero silicio orientado de 0,10mm e 0,08mm son máis adecuadas para uso a frecuencias inferiores a 3kHz. A unha frecuencia de 3kHz, a láminal fina de acero silicio orientado de 0,10mm utiliza unha densidade de fluxo magnético de aproximadamente 0,50T. Baixas mesmas condicións, a especificación de 0,08mm pode utilizar valores ligeramente superiores de densidade de fluxo magnético, como 0,50-0,80T.

• A láminal fina de acero silicio orientado de 0,05mm, ao operar a unha frecuencia de 5kHz, pode ter un valor de densidade de fluxo magnético de 0,5-0,6T. Polo tanto, a láminal fina de acero silicio orientado de 0,05mm ten o maior rango de aplicación entre as cinco especificacións mencionadas e é adecuada para uso a 5kHz e inferior.

(3) Refinamento de dominios magnéticos

Tecnoloxía de ranurado: Narita de Xapón informou sobre o efecto do ranurado na estrutura de dominios e nas perdas do acero silicio orientado, indicando que o ranurado perpendicular á dirección da láminal pode reducir eficazmente a distancia entre as parede de dominio e as perdas por correntes de Foucault.

A tecnoloxía de procesado láser utiliza as características de calentamento e refrixeramento rápido para tratar a superficie das láminals de acero silicio orientado mediante marcas de liña, promovendo a deformación plástica microscópica e dislocacións de alta densidade na área calentada, reducindo a lonxitude da parede principal de dominio, mentres produce simultaneamente unha tensión residual de tracción, logrando así o propósito de refinar os dominios magnéticos e reducir a perda de ferro.

Hai dous métodos de procesado láser: pulsado e continuo.

3. Influencia da superficie do acero silicio orientado no ruído do transformador

Unha das principais causas do ruído do transformador é a magnetorrestricción do núcleo de acero silicio orientado.

A magnetorrestricción refírese ao cambio de lonxitude do material ferromagnético durante a magnetización. A magnetorrestricción do acero silicio orientado está moi relacionada coa existencia dun recubrimento de aislamento na superficie. A tensión do recubrimento nas láminals de acero silicio pode contrarestar as tensiones de compresión xeradas polo material e a montaxe do transformador, reducindo así o ruído do transformador. As láminals sen recubrimento son moi sensibles ás tensiones de compresión. A medida que a presión aumenta, o valor de magnetorrestricción aumenta bruscamente, mentres que as láminals recubertas mostran un aumento menos significativo no valor de magnetorrestricción coa aumentada da tensión de compresión, indicando unha menor sensibilidade á tensión de compresión.

É deseable que o acero silicio orientado teña unha magnetorrestricción baixa para reducir a súa sensibilidade ao estrés, ademais de reducir o ruído. Dado que o estrés xerase durante a montaxe do núcleo do transformador, é necesario reducir a sensibilidade do material ao estrés. Debido ao recubrimento, a sensibilidade do acero silicio orientado ao estrés durante a magnetorrestricción diminúe, e tamén se reduce o ruído do transformador.

Ademais, aplicar un recubrimento de aislamento ao acero silicio orientado xeralmente aínda ten o efecto de reducir a perda específica, reducindo a perda de ferro entre o 9%-14%. A calidade do recubrimento de aislamento debe ser preferiblemente superior a 5g/m².

4. Influencia do acero silicio orientado de alta permeabilidade na perda a vacío e no nivel de ruído dos transformadores eléctricos

As vantaxes do acero silicato orientado de alta permeabilidade Hi-B son as seguintes:

(1) Características excelentes de magnetización

As características de magnetización xeralmente midense pola densidade de fluxo magnético a 800A/m para avaliar a súa calidade. O acero silicato orientado de alta permeabilidade Hi-B ten unha permeabilidade relativa de aproximadamente 1920 a 800A/m, mentres que o acero CGO é de 1820. Utilizar o acero silicato orientado de alta permeabilidade Hi-B como material central para reducir a perda en vacío é o máis efectivo para a poupanza de enerxía.

(2) Baixa magnetostrixión

A magnetostrixión refírese á expansión e contracción da lonxitude do núcleo na dirección da magnetización durante a magnetización AC, que é unha das principais causas do ruido no transformador. Como o acero silicato orientado de alta permeabilidade Hi-B ten baixa magnetostrixión, reduce significativamente o ruido do transformador e a contaminación ambiental.

5. Influencia da tecnoloxía de procesamento do núcleo do transformador de potencia

Durante a fabricación e o procesamento, o acero silicato orientado está suxeito a estrés cortante e impactos manuais. O procesamento mecánico e os factores externos de deterioro afectan significativamente á perda específica das láminas de acero silicato, aumentando a veces a perda específica entre o 3,08% e o 31,6%.

Rebarbas da corte longitudinal do acero silicato orientado: se a calidade do corte é pobre con grandes desvíos dimensionais, ao empilar o núcleo, provocará grandes espazos entre as láminas, moitas superposicións e laminacións desiguais do núcleo, resultando nun aumento da corrente en vacío, a veces superior aos estándares. Despois de eliminar as rebarbas, a perda específica diminúe. As probas mostran que, despois de eliminar as rebarbas de 30QG120, a perda específica P1.5 diminúe entre o 2,1% e o 2,6% (media 2,3%), e P1.7 diminúe entre o 1,6% e o 3,5% (media 2,5%).

Melorar a calidade do corte do acero silicato orientado, reducir as rebarbas, mellorar a planidade e aplicar unha forza de aperto adecuada aos pilares do núcleo. A retroalimentación dos fabricantes de transformadores indica que a redución de rebarbas en 0,02 mm disminúe a espesor total empilada (nos puntos de aperto) en 2-3 mm, e o ruido diminúe en 3-4 dB. Polo tanto, as rebarbas deben controlarse dentro de 0,03 mm.

O acero silicato orientado necesita ser cortado, estampado e empilado, lo que xera estréss internos, provocando a deformación dos granos, levando a unha menor permeabilidade magnética e un maior perda de ferro específica. Os estréss xerados no acero silicato orientado durante o corte, o estampado, o empilado e outras operacións de procesamento poden reducirse mediante un tratamento de revenido, que pode diminuír a perda de ferro específica do acero silicato orientado laminado a frío en aproximadamente o 30%.