Orientētā silīcija dzelzs ietekme uz transformatora efektivitāti un troksni

1. Ķīnas elektrotransformatoru ražošanas tehnoloģiju attīstības tendences

Elektrotransformatori galvenokārt attīstās divos virzienos:

Pirmkārt, attīstība uz ļoti lielām ultrarādījumu transformatoriem, ar sprieguma līmeņiem, kas pārejo no 220kV, 330kV un 500kV uz 750kV un 1000kV.

Otrkārt, attīstība enerģētiski taupīgu, mazgabalu, zemu troksni, augstu impendanci un sprogojuma drošus veidus. Šie produkti ir galvenokārt mazi un vidēji transformatori, piemēram, jaunie S13 un S15 sadalīšanas transformatori, kas pašlaik tiek ieteikti pilsētu un lauku elektrotīklu atjaunošanai.

Ķīnas nākotnes transformatoru attīstības virzieni joprojām būs enerģētiski taupīgi, zemu troksni, ugunsgrēku un sprogojuma droši veidi, kā arī augsta uzticamība.

2. Orientētā silīcijakoka materiāla ietekme uz elektrotransformatoru veiktspēju

Izstrādātās rūpnieciskās valstīs, elektriskā enerģija, kas iztērēta transformatoru orientētajā silīcijakokā, veido aptuveni 4% no kopējās elektroenerģijas ražošanas. Tāpēc, orientētā silīcijakoka dzelzs zudumu samazināšana vienmēr ir bijis svarīgs pētījumu temats visā pasaulē. Dzelza zudumi var tikt sadalīti vērtu strāvas zudumos un magnetizācijas zudumos.

Attiecībā uz silīcijakoka materiālu, galvenie metodes, lai samazinātu orientētā silīcijakoka dzelzs zudumus, ir silīcija daudzuma palielināšana, plāksnes dibina samazināšana un magnētisko domēnu saistīšanas tehnoloģija.

(1) Silīcija daudzuma palielināšana

Pašlaik industriāli ražotais silīcijakoks satur vairāk nekā 3,0% silīcija masas daļu. Ja tas tiek palielināts līdz 6,5%, silīcijakoka zudumi būtiski samazinās, padarot to par optimālo materiālu lietošanai 400Hz līdz 10kHz frekvences diapazonā.

(2) Plāksnes dibina samazināšana

Pašlaik izmantotais orientētais silīcijakoks kļūst arvien dūnāks. 0,35mm dibins platums ir izbeigts, parastie platumi tagad ir 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm un 0,18mm, kas var samazināt vērtu strāvas zudumus orientētajā silīcijakokā.

• 0,20mm orientētā silīcijakoka dūna plāksne var tikt izmantota 400Hz vai zemāk, ar magnētisko plūsmas blīvumu, kas sasniedz 1,5T, un salīdzinoši zemi dzelza zudumus.

• 0,15mm orientētā silīcijakoka dūna plāksne, darbojoties 1kHz frekvencē ar magnētisko plūsmas blīvumu 1,0T, ir dzelza zudumu vērtība, kas nepārsniedz 30W/kg. Tāpēc šis specifikācijas dūnis ir piemērots lietošanai 1kHz vai zemāk.

• 0,10mm un 0,08mm orientētā silīcijakoka dūnu plāksnes ir labāk piemērotas lietošanai frekvencēs zemāk par 3kHz. 3kHz frekvencē, 0,10mm orientētā silīcijakoka dūna plāksne tiek izmantota ar magnētisko plūsmas blīvumu aptuveni 0,50T. Tādas pašas apstākļos, 0,08mm specifikācijas plāksne var izmantot nedaudz lielāku magnētisko plūsmas blīvumu, piemēram, 0,50-0,80T.

• 0,05mm orientētā silīcijakoka dūna plāksne, darbojoties 5kHz frekvencē, var būt magnētiska plūsmas blīvuma vērtība 0,5-0,6T. Tāpēc 0,05mm orientētā silīcijakoka dūna plāksne no pieciem minētajiem specifikācijiem ir visvairāk pielāgota lietošanai 5kHz un zemāk.

(3) Magnētisko domēnu saistīšana

Grozdināšanas tehnoloģija: Japānas Narita ziņoja par grozdināšanas ietekmi uz domēnu struktūru un zudumiem orientētajā silīcijakokā, norādot, ka grozdināšana perpendikulāri plāksnes virzienam efektīvi samazina domēnu sienas attālumu un vērtu strāvas zudumus.

Laseres apstrādes tehnoloģija izmanto ātras sildīšanas un dzesēšanas īpašības, lai apstrādātu orientētā silīcijakoka plāksnes, veidojot līnijas, kas veicina mikroplastisku deformāciju un augstu dislokāciju blīvumu sildītajā zonā, samazinot galvenās domēnu sienas garumu, un vienlaikus radot atlikušo izvilcināšanas stresu, sasniedzot magnētisko domēnu saistīšanas un dzelza zudumu samazināšanas mērķi.

Ir divas laseres apstrādes metodes: impulsveida un nepārtraukta laseres apstrāde.

3. Orientētā silīcijakoka virsmas ietekme uz transformatoru troksni

Viens no galvenajiem transformatoru trokšņa cēloņiem ir orientētā silīcijakoka kodolu magnētošanās.

Magnētošanās nozīmē feromagnētiskā materiāla garuma maiņu magnētizācijas laikā. Orientētā silīcijakoka magnētošanās ļoti atkarīga no tā, vai ir virsma ar izolācijas apklājumu. Apklājuma izvirzītais spiediens var kompensēt materiāla un transformatora montāžas laikā radītos spiediena spēkus, tādējādi samazinot transformatoru troksni. Neapklātās plāksnes ir ļoti jūtīgas pret spiediena spēkiem. Spiediena pieaugumā magnētošanās vērtība strauji palielinās, bet apklātās plāksnes rāda mazāku magnētošanās vērtības pieaugumu, kas norāda uz zemāku jūtību pret spiediena spēkiem.

Ir vēlamāk, lai orientētā silīcijakoka magnētošanās būtu zema, lai samazinātu tā jūtību pret spriediena spēkiem, un arī troksni. Tā kā spriediena spēki rodas transformatora kodola montāžas laikā, ir jāsamazina materiāla jūtība pret spriediena spēkiem. Ar apklājumu, orientētā silīcijakoka jūtība pret spriediena spēkiem magnētošanās laikā samazinās, un transformatoru troksnis arī samazinās.

Turklāt, izolācijas apklājuma pielietošana orientētam silīcijakokam parasti joprojām samazina konkrētos zudumus, samazinot dzelza zudumus par 9%-14%. Izolācijas apklājuma kvalitāte jābūt vismaz 5g/m².

4. Augstā caurceļa orientētā silīcijakoka ietekme uz elektrotransformatoru bezslodzes zudumiem un trokšņa līmeni

Hi-B augstās permeabilitātes orientētā silīcija dzelzs priekšrocības ir šādas:

(1) Izcilas magnetizācijas īpašības

Magnetizācijas īpašības parasti tiek mērītas ar magnētiskā straumes blīvuma vērtību 800A/m, lai novērtētu to kvalitāti. Hi-B augstās permeabilitātes orientētajam silīcija dzelzam pie 800A/m ir aptuveni 1920 relatīvā permeabilitāte, savukārt CGO dzelzam — 1820. Izmantojot Hi-B augstās permeabilitātes orientēto silīcija dzelzu kā kodola materiālu, tukšgabala zudumu samazina visefektīvāk, kas ir vislabākais enerģijas taupīšanas risinājums.

(2) Zema magnetostricciona līmeņa

Magnetostriccija attiecas uz kodola garuma izmaiņām magnētizācijas virzienā AC magnētizācijas laikā, kas ir viens no galvenajiem transformatora troksnis radīšanas iemesliem. Tā kā Hi-B augstās permeabilitātes orientētajam silīcija dzelzam ir zema magnetostriccija, tā lielā mērā samazina transformatora troksni un vides piesārņojumu.

5. Transformatora kodola apstrādes tehnoloģijas ietekme

Ražošanas un apstrādes laikā orientētais silīcija dzelzs tiek pakļauts šķērsgriezuma stresim un manuālai pārstrādei. Mekhāniskā apstrāde un ārējie pasliktināšanās faktori būtiski ietekmē specifisko zudu silīcija dzelza plāksnēs, dažreiz palielinot to par 3,08%-31,6%.

Orientētā silīcija dzelza griešana garumvirzienā rada nocietavas: ja griešanas kvalitāte ir sliktāka ar lielu izmēru novirzēm, tad, kad kodols tiek salikt kopā, tās izraisa lielus atstarpes starp plāksnēm, daudzus pārklājumus un nevienmērīgu kodolu slāņu, kas palielina tukšgabala strāvu, dažreiz pārsniedzot standartus. Pēc nocietavu noņemšanas specifiskais zudums samazinās. Testi liecina, ka pēc 30QG120 nocietavu noņemšanas specifiskais zudums P1.5 samazinās par 2,1%-2,6% (vidēji 2,3%), bet P1.7 — par 1,6%-3,5% (vidēji 2,5%).

Izlabojot orientētā silīcija dzelza griešanas kvalitāti, samazinot nocietavas, uzlabojot plakuma vienmērību un piemērojot atbilstošu spriegumu kodola kolonnām. Transformatoru ražotāju atsauksmes liecina, ka, samazinot nocietavas par 0,02 mm, kopējais salikts plāksņu stāvoklis (spiešanas punktos) samazinās par 2-3 mm, un troksnis samazinās par 3-4 dB. Tādēļ nocietavas jākontrolē, lai tās nepārsniegtu 0,03 mm.

Orientētam silīcija dzelzam jāiet cauri griešanai, stempēšanai un salikšanai, kas izraisa iekšējo stresu, izraisot kristālu deformāciju, kas samazina magnētisko permeabilitāti un palielina specifisko dzelza zudu. Orientētajā silīcija dzelzā griešanas, stempēšanas, salikšanas un citām apstrādes darbībām izveidotais stresis var tikt samazināts, izmantojot annealing procedūru, kas var samazināt kaltapstrādātā orientētā silīcija dzelza specifisko zudu aptuveni par 30%.