Irányított szilíciumváz alakzatainak hatása a transzformátor hatékonyságára és zajszintjére

1. Kínai erőművészeti transzformátorok gyártástechnológiájának fejlesztési trendjei

Az erőművészeti transzformátorok főleg két irányban fejlődnek:

Első, a nagy méretű extra magas feszültségű transzformátorok felé történő fejlesztés, ahol a feszültségszintek 220kV, 330kV, és 500kV-ról haladnak tovább 750kV-ig és 1000kV-ig.

Második, energiatakarékos, miniaturizált, alacsony zajú, magas ellenállású, robbanásvédett típusok felé történő fejlesztés. Ezek a termékek főleg kis- és közepes méretű transzformátorok, mint például az új S13 és S15 elosztási transzformátorok, amelyeket jelenleg ajánlanak városi és vidéki hálózatfrissítésekhez.

A kínai transzformátorok jövőbeli fejlesztési iránya továbbra is az energiatakarékos, alacsony zajú, tűz- és robbanásvédett típusokra, valamint a magas megbízhatóságra fog összpontosítani.

2. Az iránymeghatározott szilíciumvas anyag hatása az erőművészeti transzformátorok teljesítményére

A fejlett ipari országokban a transzformátorokhoz tartozó szilíciumvasban az acélveszteség miatti elektrikus energiafogyasztás körülbelül 4%-a a teljes energia-termelésből származik. Ezért a világ szilíciumvasvállalatai számára mindig is fontos kutatási téma volt a szilíciumvas veszteségeinek csökkentése. A vasveszteséget eddy hurokveszteség és hysteresisveszteség formájában lehet bontani.

Az iránymeghatározott szilíciumvas anyaggal kapcsolatban a szilíciumtartalom növelése, a lemez vastagságának csökkentése, valamint a mágneses tartományok finomítása a legfőbb módszerek a szilíciumvas veszteségeinek csökkentésére.

(1) Szilíciumtartalom növelése

Jelenleg az ipari gyártásban előállított szilíciumvasban a szilíciumtartalom tömegarányban 3,0%-nál nagyobb. Ha 6,5%-ra növekedik, a szilíciumvas veszteségei jelentősen csökkennek, így ez a legoptimálisabb anyag a 400Hz-től 10kHz-ig terjedő frekvenciavillamok esetén.

(2) Lemez vastagságának csökkentése

A jelenleg használt iránymeghatározott szilíciumvas egyre vékonyabb lesz. A 0,35mm vastagság már elavult, a gyakori vastagságok pedig 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm és 0,18mm, amelyek csökkenthetik az iránymeghatározott szilíciumvasban lévő eddy hurokveszteségeket.

• A 0,20mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sávot 400Hz vagy alacsonyabb frekvencián használhatják, ahol a mágneses fluktuáció sűrűsége elérheti a 1,5T-ot, és a vasveszteség viszonylag alacsony.

• A 0,15mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sáv, 1kHz frekvencián működve, és 1,0T mágneses fluktuáció sűrűséggel, a vasveszteség értéke kevesebb, mint 30W/kg. Ezért ezen specifikációjú vékony sáv alkalmas 1kHz vagy alacsonyabb frekvenciák esetén.

• A 0,10mm és 0,08mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sávok inkább alkalmasak 3kHz-nél alacsonyabb frekvenciák esetén. 3kHz frekvencián, a 0,10mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sávot 0,50T mágneses fluktuáció sűrűséggel használják. Ugyanolyan feltételek mellett, a 0,08mm specifikációjú vékony sáv kissé magasabb mágneses fluktuáció sűrűségértékeket használhat, például 0,50-0,80T.

• A 0,05mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sáv, 5kHz frekvencián működve, 0,5-0,6T mágneses fluktuáció sűrűséggel rendelkezik. Tehát a 0,05mm vastagságú iránymeghatározott szilíciumvas vékony sáv a fenti öt specifikációból a legszélesebb alkalmazási skálával rendelkezik, és alkalmas 5kHz és alacsonyabb frekvenciák esetén.

(3) Mágneses tartományok finomítása

Rács technológia: Japán Narita beszámolt a rácsszerkezet és a veszteségek hatásáról az iránymeghatározott szilíciumvasban, azt állítva, hogy a sáv irányára merőleges rácsolás hatékonyan csökkentheti a tartományfal távolságát és az eddy hurokveszteségeket.

Laser feldolgozási technológia a gyors hőmérséklet-emelés és -csökkentés jellemzőit használja fel, vonallal jelölve az iránymeghatározott szilíciumvaslapok felületét, elősegítve a fémhőszerű deformációt és a magas sűrűségű dislokációkat a hőmérsékletbe hozott területeken, csökkentve a fő tartományfal hosszát, miközben maradandó nyíró feszültséget is generál, mágneses tartományok finomítását és a vasveszteségek csökkentését célzva.

Két laser feldolgozási módszer létezik: impulzív és folyamatos laser feldolgozás.

3. Az iránymeghatározott szilíciumvas felületének hatása a transzformátor zajára

A transzformátorok zajának egyik fő oka az iránymeghatározott szilíciumvas magasszerkezetének magnetostricciója.

A magnetostricció a ferromágneses anyag hosszának változását jelenti a mágnesesítés során. Az iránymeghatározott szilíciumvas magnetostricciója nagyban függ attól, hogy van-e felszíni izoláló réteg. A réteg feszültsége ellensúlyozhatja a anyag és a transzformátor szerkezeti feszültségeit, így csökkentve a transzformátor zaját. Az uncoated acéllapok nagyon érzékenyek a nyomófeszültségre. Ahogy a nyomás nő, a magnetostricció értéke jelentősen emelkedik, míg a réteges lapoknál a magnetostricció értéke kevésbé jelentősen nő a nyomófeszültség növekedésével, ami alacsonyabb érzékenységet mutat a nyomófeszültségre.

Az iránymeghatározott szilíciumvasnak alacsony magnetostriccióval kell rendelkeznie, hogy csökkentse a stresszre adott érzékenységét, valamint a zajt. Mivel a stressz a transzformátor magasszerkezetének összeállítása során keletkezik, szükséges a anyag érzékenységének csökkentése a stresszre. Az izoláló réteg révén az iránymeghatározott szilíciumvas érzékenysége a magnetostricció során csökken, és a transzformátor zaját is csökkenti.

Ezenkívül, az iránymeghatározott szilíciumvasra alkalmazott izoláló réteg általában még a specifikus veszteség csökkentésének hatását is gyakorolja, a vasveszteség 9%-14%-kal csökken. Az izoláló réteg minősége legyen legalább 5g/m².

4. A magas permeabilitású iránymeghatározott szilíciumvas hatása az erőművészeti transzformátorok üresfutást veszteségére és zajszintjére

A Hi-B magas-permeabilitású orientált szilíciumvas előnyei a következők:

(1) Kiváló mágneses tulajdonságok

A mágneses tulajdonságok általában 800 A/m mágneses indukció mellett mért mágneses fluktuációs sűrűséggel értékelhető. A Hi-B magas-permeabilitású orientált szilíciumvas relatív permeabilitása 800 A/m esetén körülbelül 1920, míg a CGO acélé 1820. A Hi-B magas-permeabilitású orientált szilíciumvas használata alapanyagként a növendékveszteség csökkentésére a leghatékonyabb megoldás az energiafelhasználás csökkentése szempontjából.

(2) Alacsony magnetostriccio

A magnetostriccio azt jelenti, hogy a töltési alakzat hossza a mágneses irányban a váltó mágnesség során nyúl vagy rövidül, ami egyik fő oka a transzformátor zajának. Mivel a Hi-B magas-permeabilitású orientált szilíciumvas alacsony magnetostricciójú, ez nagymértékben csökkenti a transzformátor zaját és a környezeti terhelést.

5. A hatás a hatalmi transzformátor alapanyag feldolgozó technológiája

A gyártás és feldolgozás során az orientált szilíciumvas nyírási feszültségnek és kézi kezeléshez kapcsolódó hatásoknak van kitett. A mechanikai feldolgozás és a külső romló tényezők jelentősen befolyásolják a szilíciumvaslapok specifikus veszteségét, néha 3,08%-31,6%-kal növelve.

Az orientált szilíciumvas vízszintes vágása során fellépő szárnyak: Ha a vágás minősége rossz, nagy méretbeli eltérések lépnek fel, amikor a töltési alakzatot összeállítják, akkor nagy rések, sok átfedés és nem egyenletes töltési alakzat lappangásaihoz vezethetnek, ami növeli a növendékáramot, néha a szabványok felett. A szárnya elválasztása után a specifikus veszteség csökken. Tesztek kimutatták, hogy a 30QG120 szárnya elválasztása után a P1,5 specifikus veszteség 2,1%-2,6% (átlagosan 2,3%), míg a P1,7 1,6%-3,5% (átlagosan 2,5%) csökkent.

Az orientált szilíciumvas vágásának minőségének javítása, a szárnyak csökkentése, valamint a síknak történő egyenletesség javítása, illetve a megfelelő nyomóerő alkalmazása a töltési alakzat oszlopainak. A transzformátor-gyártók visszajelzése szerint a 0,02 mm-es szárnya csökkentése 2-3 mm-rel csökkenti a teljes lappangott vastagságot (a nyomó pontokon), és 3-4 dB-vel csökkenti a zajt. Ezért a szárnyakat 0,03 mm alatt kell tartani.

Az orientált szilíciumvasnak vágást, nyomtatást és lappangást kell áttennie, ami belső feszültséget okoz, ami a kristálycsoportok deformációjával jár, ami csökkenti a mágneses áthatolást és növeli a specifikus vasveszteséget. Az orientált szilíciumvasban a vágás, a nyomtatás, a lappangás és más feldolgozási műveletek során fellépő feszültségeket sütési kezeléssel lehet csökkenteni, ami a hűtött szilíciumvas specifikus vasveszteségét körülbelül 30%-kal csökkentheti.