Orienterad silikostål påverkan på transformatorseffektivitet & buller

1. Utvecklingstrender för tillverknings teknik av krafttransformatorer i Kina

Krafttransformatorer utvecklas huvudsakligen i två riktningar:

För det första, utvecklingen mot extra stora ultrahögspännings-transformatorer, med spänningnivåer som utvecklas från 220kV, 330kV och 500kV mot 750kV och 1000kV.

För det andra, utvecklingen mot energieffektiva, miniatyriska, lågbrusiga, höga impedans och explosivitetsskyddande typer. Dessa produkter är huvudsakligen små och medelstora transformatorer, såsom de nya S13- och S15-distributions-transformatorerna som rekommenderas för uppgraderingar av stads- och landsbygdsekonomins elektriska nät.

Kinas framtida utvecklingsriktning för transformatorer kommer fortfarande att fokusera på energieffektivitet, låg brusnivå, brand- och explosionskydd samt hög tillförlitlighet.

2. Inverkan av orienterad siliciumstålmaterial på prestandan hos krafttransformatorer

I utvecklade industriella länder utgör den elektriska energi som konsumeras på grund av järnförlust i transformerorienterat siliciumstål ungefär 4% av total elproduktion. Därför har minskningen av järnförlust i orienterat siliciumstål alltid varit ett viktigt forskningsämne för siliciumstål företag världen över. Järnförlust kan delas in i virvelförlust och hysterisförlust.

Angående siliciumstålmaterial, de huvudsakliga metoderna för att minska järnförlust i orienterat siliciumstål är att öka siliciuminnehållet, minska plåtens tjocklek och magnetisk domänförfiningsteknik.

(1) Öka siliciuminnehållet

Nuvarande industriellt producerat siliciumstål innehåller mer än 3,0% silicium enligt massa. När detta ökas till 6,5%, minskar siliciumstål-förlusterna betydligt, vilket gör det till det optimala materialet för användning i frekvensområdet 400Hz till 10kHz.

(2) Minska plåtens tjocklek

Orienterat siliciumstål som används idag blir allt tunnare. Tjockleken 0,35mm har faserats ut, med vanliga tjocklekar nu vid 0,3mm, 0,27mm, 0,23mm och 0,18mm, vilket kan minska virvelförlusterna i orienterat siliciumstål.

• 0,20mm orienterat siliciumstål tunnband kan användas vid 400Hz eller lägre, med magnetflödestäthet uppnås 1,5T och relativt låg järnförlust.

• 0,15mm orienterat siliciumstål tunnband, när det fungerar vid 1kHz frekvens med magnetflödestäthet 1,0T, har en järnförlustvärde mindre än 30W/kg. Därför är denna specifikation av tunnband lämplig för användning vid 1kHz eller lägre.

• 0,10mm och 0,08mm orienterat siliciumstål tunnband är mer kvalificerade för användning vid frekvenser under 3kHz. Vid 3kHz frekvens, används 0,10mm orienterat siliciumstål tunnband med en magnetflödestäthet omkring 0,50T. Under samma villkor, kan 0,08mm specifikation använda något högre magnetflödestäthetsvärden, som 0,50-0,80T.

• 0,05mm orienterat siliciumstål tunnband, när det fungerar vid 5kHz frekvens, kan ha en magnetflödestäthet på 0,5-0,6T. Därför har 0,05mm orienterat siliciumstål tunnband det bredaste användningsområdet bland de fem specifikationer som nämns ovan och är lämpligt för användning vid 5kHz och nedåt.

(3) Magnetisk domänförfining

Grooving-teknik: Japans Narita rapporterade om effekten av grooving på domänstruktur och förluster i orienterat siliciumstål, och pekade på att grooving vinkelrätt mot bandets riktning kan effektivt minska domänväggavstånd och virvelförlust.

Laserbehandlings-teknik använder egenskaperna av snabb uppvärmning och kylning för att behandla ytan av orienterat siliciumstålplåt genom linje-markering, vilket främjar mikroplastisk deformation och hög täthet av dislokationer i det uppvärmade området, minskar huvuddomänväggslängd, samtidigt som det skapas resterande dragbelastning, vilket uppnår syftet med att förfining magnetdomäner och minska järnförlust.

Det finns två laserbehandlingsmetoder: pulserande och kontinuerlig laserbehandling.

3. Inverkan av orienterat siliciumstål yta på transformerbuller

En av de huvudsakliga orsakerna till transformerbuller är magnetostriction av orienterade siliciumstål kärnor.

Magnetostriction refererar till längdförändring av ferromagnetiskt material under magnetisering. Magnetostriction av orienterat siliciumstål är starkt relaterad till om det finns en ytisoleringsskikt. Spänningen från beläggningen på siliciumstålplåtar kan motverka komprimeringsstress genererade av material och transformermontering, vilket leder till minskat transformerbuller. Obeläggda plåtar är mycket känsliga för komprimeringsstress. När trycket ökar, stiger magnetostriction-värdet skarpt, medan beläggna plåtar visar mindre signifikanta ökningar i magnetostriction-värde med ökad komprimeringsstress, vilket indikerar lägre känslighet för komprimeringsstress.

Det är önskvärt att orienterat siliciumstål har låg magnetostriction för att minska dess känslighet för stress, samtidigt som buller minskas. Eftersom stress genereras under montering av transformerkärnan, är det nödvändigt att minska materialets känslighet för stress. På grund av beläggningen, minskas orienterat siliciumstål känslighet för stress vid magnetostriction, och transformerbuller minskas också.

Dessutom har tillämpning av isoleringsskikt på orienterat siliciumstål generellt sett effekten av att minska specifika förluster, med en minskning av järnförlust på 9%-14%. Kvaliteten på isoleringsskikt bör helst vara över 5g/m².

4. Inverkan av hög permeabilitet orienterat siliciumstål på tomgångsförlust och bullernivå hos krafttransformatorer

Fördelarna med Hi-B högpermeabilitet orienterad siliciumstål är följande:

(1) Utmärkta magnetiseringskaraktäristika

Magnetiseringskaraktäristik mäts vanligtvis genom magnetisk flödestäthet vid 800A/m för att utvärdera dess kvalitet. Hi-B högpermeabilitet orienterat siliciumstål har en relativ permeabilitet på cirka 1920 vid 800A/m, medan CGO-stål är 1820. Genom att använda Hi-B högpermeabilitet orienterat siliciumstål som kärnmaterial för att minska tomgångsförlusten är det mest effektivt för energibesparing.

(2) Låg magnetostriccation

Magnetostriccation avser längdutvidgning och -förkortning av kärnan i magnetiseringens riktning under växelströmsmagnetisering, vilket är en av de främsta orsakerna till transformerbuller. Eftersom Hi-B högpermeabilitet orienterat siliciumstål har låg magnetostriccation minskar det betydligt transformerbullret och miljöföroreningar.

5. Inflytande av krafttransformatorernas kärnbearbetningsteknik

Under tillverkning och bearbetning utsätts orienterat siliciumstål för klippkrafter och manuella hanteringspåverkan. Mekanisk bearbetning och externa försämringar påverkar betydligt det specifika förluset av siliciumstålplåtar, ibland med en ökning på 3,08%-31,6%.

Kantbitar från longitudinell skärning av orienterat siliciumstål: Om skärkvaliteten är dålig med stora dimensionella avvikelser, när kärnan staplas, kommer det att orsaka stora luckor mellan plåtarna, många överlappningar och ojämna kärnlager, vilket leder till ökad tomgångsström, ibland över standarder. Efter borttagning av kantbitar minskar det specifika förluset. Tester visar att efter borttagning av kantbitar från 30QG120 minskar det specifika förluset P1,5 med 2,1%-2,6% (genomsnitt 2,3%), och P1,7 minskar med 1,6%-3,5% (genomsnitt 2,5%).

Förbättring av skärkvaliteten av orienterat siliciumstål, minskning av kantbitar, samtidigt som jämnheten förbättras, och lämplig klemkraft appliceras på kärnkolumner. Feedback från transformertillverkare indikerar att minskning av kantbitar med 0,02 mm minskar den totala staplad tjockleken (vid klemningspunkter) med 2-3 mm, och buller minskar med 3-4 dB. Därför bör kantbitar kontrolleras inom 0,03 mm.

Orienterat siliciumstål behöver genomgå skärning, stampning och stapling, vilket genererar interna spänningar, vilket leder till korndeformation, vilket i sin tur leder till minskad magnetisk permeabilitet och ökat specifikt järnförlust. Spänningarna som uppstår i orienterat siliciumstål under skärning, stampning, stapling och andra bearbetningsoperationer kan minskas genom glödning, vilket kan minska det specifika järnförlusten av kallrullat orienterat siliciumstål med cirka 30%.