Pengaruh Baja Silikon Berorientasi terhadap Efisiensi & Kebisingan Trafo

1. Tren Pengembangan Teknologi Manufaktur Transformator Daya di China

Transformator daya utamanya berkembang dalam dua arah:

Pertama, pengembangan menuju transformator tegangan tinggi ekstra besar, dengan tingkat voltase yang meningkat dari 220kV, 330kV, dan 500kV menuju 750kV dan 1000kV.

Kedua, pengembangan menuju jenis hemat energi, miniatur, rendah suara, impedansi tinggi, dan tahan ledakan. Produk-produk ini sebagian besar adalah transformator kecil hingga menengah, seperti transformator distribusi S13 dan S15 terbaru yang saat ini direkomendasikan untuk peningkatan jaringan listrik perkotaan dan pedesaan.

Arah pengembangan transformator di masa depan di China masih akan fokus pada efisiensi energi, rendah suara, tahan api dan ledakan, serta keandalan tinggi.

2. Pengaruh Bahan Silikon Terarah pada Kinerja Transformator Daya

Di negara-negara industri maju, energi listrik yang dikonsumsi karena kerugian besi pada silikon terarah untuk transformator mencapai sekitar 4% dari total pembangkitan listrik. Oleh karena itu, mengurangi kerugian besi pada silikon terarah selalu menjadi topik penelitian penting bagi perusahaan silikon steel di seluruh dunia. Kerugian besi dapat diuraikan menjadi kerugian arus eddy dan kerugian histeresis.

Mengenai bahan silikon, metode utama untuk mengurangi kerugian besi pada silikon terarah adalah meningkatkan kandungan silikon, mengurangi ketebalan lembaran, dan teknologi penyempitan domain magnetik.

(1) Meningkatkan Kandungan Silikon

Saat ini, silikon steel yang diproduksi secara industri mengandung lebih dari 3,0% silikon berdasarkan massa. Jika ditingkatkan hingga 6,5%, kerugian silikon steel menurun secara signifikan, menjadikannya bahan optimal untuk digunakan dalam rentang frekuensi 400Hz hingga 10kHz.

(2) Mengurangi Ketebalan Lembaran

Silikon terarah yang digunakan saat ini semakin tipis. Ketebalan 0,35mm telah dihapus, dengan ketebalan umum sekarang adalah 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm, dan 0,18mm, yang dapat mengurangi kerugian arus eddy pada silikon terarah.

• Lembaran silikon terarah 0,20mm dapat digunakan pada frekuensi 400Hz atau kurang, dengan densitas fluks magnetik mencapai 1,5T dan kerugian besi relatif rendah.

• Lembaran silikon terarah 0,15mm, saat beroperasi pada frekuensi 1kHz dengan densitas fluks magnetik 1,0T, memiliki nilai kerugian besi kurang dari 30W/kg. Oleh karena itu, spesifikasi lembaran tipis ini cocok untuk digunakan pada 1kHz atau kurang.

• Lembaran silikon terarah 0,10mm dan 0,08mm lebih memenuhi syarat untuk digunakan pada frekuensi di bawah 3kHz. Pada frekuensi 3kHz, lembaran silikon terarah 0,10mm digunakan dengan densitas fluks magnetik sekitar 0,50T. Dalam kondisi yang sama, spesifikasi 0,08mm dapat menggunakan nilai densitas fluks magnetik sedikit lebih tinggi, seperti 0,50-0,80T.

• Lembaran silikon terarah 0,05mm, saat beroperasi pada frekuensi 5kHz, dapat memiliki nilai densitas fluks magnetik 0,5-0,6T. Oleh karena itu, lembaran silikon terarah 0,05mm memiliki rentang aplikasi terluas di antara lima spesifikasi yang disebutkan di atas dan cocok untuk digunakan pada 5kHz dan di bawahnya.

(3) Penyempitan Domain Magnetik

Teknologi Alur: Narita dari Jepang melaporkan tentang efek alur pada struktur domain dan kerugian pada silikon terarah, menunjukkan bahwa alur yang tegak lurus terhadap arah lembaran dapat secara efektif mengurangi jarak dinding domain dan kerugian arus eddy.

Teknologi Proses Laser menggunakan karakteristik pemanasan dan pendinginan cepat untuk menandai permukaan lembaran silikon terarah, mendorong deformasi plastik mikro dan dislokasi berkepadatan tinggi di area yang dipanaskan, mengurangi panjang dinding domain utama, sambil juga menghasilkan stres tarik sisa, mencapai tujuan penyempitan domain magnetik dan mengurangi kerugian besi.

Ada dua metode proses laser: pulsa dan laser kontinu.

3. Pengaruh Permukaan Silikon Terarah pada Suara Transformator

Salah satu penyebab utama suara transformator adalah magnetostricti inti silikon terarah.

Magnetostriction merujuk pada perubahan panjang material ferromagnetik selama magnetisasi. Magnetostriction silikon terarah sangat terkait dengan adanya lapisan isolasi permukaan. Tegangan dari lapisan tersebut pada lembaran silikon dapat menyeimbangkan stres tekan yang dihasilkan oleh bahan dan perakitan transformator, sehingga mengurangi suara transformator. Lembaran baja tanpa lapisan sangat sensitif terhadap stres tekan. Seiring bertambahnya tekanan, nilai magnetostriction naik tajam, sementara lembaran dengan lapisan menunjukkan kenaikan nilai magnetostriction yang kurang signifikan dengan bertambahnya stres tekan, menunjukkan sensitivitas yang lebih rendah terhadap stres tekan.

Diharapkan silikon terarah memiliki magnetostriction rendah untuk mengurangi sensitivitasnya terhadap stres, sambil juga mengurangi suara. Karena stres dihasilkan selama perakitan inti transformator, diperlukan untuk mengurangi sensitivitas bahan terhadap stres. Berkat lapisan, sensitivitas silikon terarah terhadap stres selama magnetostriction berkurang, dan suara transformator juga berkurang.

Selain itu, menerapkan lapisan isolasi pada silikon terarah umumnya masih memiliki efek mengurangi kerugian spesifik, mengurangi kerugian besi sebesar 9%-14%. Kualitas lapisan isolasi sebaiknya di atas 5g/m².

4. Pengaruh Silikon Terarah Permeabilitas Tinggi pada Kerugian Beban Kosong dan Tingkat Suara Transformator Daya

Keuntungan dari baja silikon berorientasi permeabilitas tinggi Hi-B adalah sebagai berikut:

(1) Karakteristik Magnetisasi yang Unggul

Karakteristik magnetisasi biasanya diukur dengan densitas fluks magnetik pada 800A/m untuk mengevaluasi kualitasnya. Baja silikon berorientasi permeabilitas tinggi Hi-B memiliki permeabilitas relatif sekitar 1920 pada 800A/m, sementara baja CGO adalah 1820. Menggunakan baja silikon berorientasi permeabilitas tinggi Hi-B sebagai bahan inti untuk mengurangi kerugian beban kosong adalah yang paling efektif untuk penghematan energi.

(2) Magnetostricasi Rendah

Magnetostricasi merujuk pada ekspansi dan kontraksi panjang inti dalam arah magnetisasi selama magnetisasi AC, yang merupakan salah satu penyebab utama suara bising transformator. Karena baja silikon berorientasi permeabilitas tinggi Hi-B memiliki magnetostricasi rendah, hal ini sangat mengurangi suara bising transformator dan pencemaran lingkungan.

5. Pengaruh Teknologi Pemrosesan Inti Transformator Daya

Selama pembuatan dan pemrosesan, baja silikon berorientasi dikenakan stres geser dan dampak penanganan manual. Pemrosesan mekanis dan faktor-faktor deteriorasi eksternal secara signifikan mempengaruhi kerugian spesifik lembaran baja silikon, terkadang meningkatkan kerugian spesifik sebesar 3,08%-31,6%.

Sisik dari pemotongan longitudinal baja silikon berorientasi: Jika kualitas pemotongan buruk dengan deviasi dimensi yang besar, saat menumpuk inti, akan menyebabkan celah besar antara lembaran, banyak tumpang tindih, dan laminasi inti yang tidak rata, yang mengakibatkan peningkatan arus beban kosong, terkadang melebihi standar. Setelah dilakukan proses deburring, kerugian spesifik berkurang. Uji coba menunjukkan bahwa setelah deburring 30QG120, kerugian spesifik P1,5 berkurang sebesar 2,1%-2,6% (rata-rata 2,3%), dan P1,7 berkurang sebesar 1,6%-3,5% (rata-rata 2,5%).

Meningkatkan kualitas pemotongan baja silikon berorientasi, mengurangi sisik, sambil meningkatkan kepipihan, dan menerapkan gaya klem yang tepat pada tiang inti. Umpan balik dari produsen transformator menunjukkan bahwa mengurangi sisik sebesar 0,02mm mengurangi ketebalan total tumpukan (di titik klem) sebesar 2-3mm, dan suara bising berkurang sebesar 3-4dB. Oleh karena itu, sisik harus dikontrol dalam batas 0,03mm.

Baja silikon berorientasi perlu menjalani pemotongan, stamping, dan penumpukan, yang menghasilkan stres internal, menyebabkan deformasi butir, yang mengakibatkan penurunan permeabilitas magnetik dan peningkatan kerugian besi spesifik. Stres yang dihasilkan dalam baja silikon berorientasi selama pemotongan, stamping, penumpukan, dan operasi pemrosesan lainnya dapat dikurangi dengan perlakuan annealing, yang dapat mengurangi kerugian besi spesifik baja silikon berorientasi dingin sekitar 30%.