Yönlendirilmiş Silisli Çelik Dönüşüm Verimi ve Gürültüye Etkisi

1. Çin'de Güç Trafo Üretim Teknolojisinin Gelişme Eğilimleri

Güç transformatorları başlıca iki yönde gelişmektedir:

İlk olarak, extra büyük ultra yüksek voltajlı transformatorlara doğru gelişime gidilmesi, gerilim seviyelerinin 220kV, 330kV ve 500kV'den 750kV ve 1000kV'ye doğru ilerlemesi.

İkinci olarak, enerji tasarrufu, küçültme, düşük gürültülü, yüksek dirençli ve patlama geçirmez türlerine doğru gelişime gidilmesi. Bu ürünler genellikle küçük ve orta ölçekli transformatorlardır, örneğin şu anda şehir ve kırsal elektrik şebekelerinin modernizasyonu için önerilen yeni S13 ve S15 dağıtım transformatorları gibi.

Çin'in gelecekteki transformator geliştirme yönü hala enerji verimliliği, düşük gürültülü, yangın ve patlama geçirmezlik ve yüksek güvenilirlik üzerine odaklanacaktır.

2. Yönlendirilmiş Silis Çeliğin Güç Transformator Performansı Üzerindeki Etkisi

Gelişmiş endüstri ülkelerinde, transformatör yönlendirilmiş silis çeliğindeki demir kaybından kaynaklanan elektrik enerjisi toplam üretimden yaklaşık %4'ünü oluşturur. Bu nedenle, yönlendirilmiş silis çeliğindeki demir kaybını azaltma, dünya çapındaki silis çelik şirketleri için her zaman önemli bir araştırma konusu olmuştur. Demir kaybı, eddy akım kaybı ve histeresis kaybına ayrılabilir.

Silis çelik malzemesi açısından, yönlendirilmiş silis çeliğindeki demir kaybını azaltmak için kullanılan ana yöntemler silis içeriğini artırma, levha kalınlığını azaltma ve manyetik alan daraltma teknolojisidir.

(1) Silis İçeriğini Artırma

Şu anda endüstriyel olarak üretilen silis çeliğin kütlesinde %3.0 üzerinde silis içerdiği görülüyor. Bu oran %6.5'e çıkarıldığında, silis çeliğinin kayıpları önemli ölçüde azalır ve 400Hz-10kHz frekans aralığı için en uygun malzeme olur.

(2) Levha Kalınlığını Azaltma

Kullanılan yönlendirilmiş silis çeliği giderek daha ince hale geliyor. 0.35mm kalınlık artık kullanılmıyor, yaygın kalınlıklar 0.3mm, 0.27mm, 0.23mm ve 0.18mm olup, bu kalınlıklar yönlendirilmiş silis çeliğindeki eddy akım kaybını azaltmaktadır.

• 0.20mm yönlendirilmiş silis çelik ince bant, 400Hz veya altında kullanılabilir, manyetik akı yoğunluğu 1.5T'ye ulaşabilir ve göreceli olarak düşük demir kaybına sahiptir.

• 0.15mm yönlendirilmiş silis çelik ince bant, 1kHz frekansta ve 1.0T manyetik akı yoğunluğunda çalışırken, demir kaybı değeri 30W/kg'dan küçük olur. Bu nedenle, bu özellikteki ince bant 1kHz veya altta kullanılabilir.

• 0.10mm ve 0.08mm yönlendirilmiş silis çelik ince bantlar, 3kHz frekansının altında kullanımı için daha uygundur. 3kHz frekansta, 0.10mm yönlendirilmiş silis çelik ince bant yaklaşık 0.50T manyetik akı yoğunluğunda kullanılır. Aynı koşullar altında, 0.08mm özellik, 0.50-0.80T gibi biraz daha yüksek manyetik akı yoğunluğu değerlerini kullanabilir.

• 0.05mm yönlendirilmiş silis çelik ince bant, 5kHz frekansta çalışırken, 0.5-0.6T manyetik akı yoğunluğu değerine ulaşabilir. Bu nedenle, yukarıda bahsedilen beş özellik arasında 0.05mm yönlendirilmiş silis çelik ince bant en geniş kullanım alanına sahip olup, 5kHz ve altta kullanılabilir.

(3) Manyetik Alan Daraltma

Yaraç Tekniği: Japon Narita, yaraçların yönlendirilmiş silis çeliğin manyetik alana ve kayıplarına etkisini bildirdi ve yaraçların şerit yönüne dik olması durumunda, manyetik alan duvarı aralığını ve eddy akım kaybını etkili bir şekilde azaltabileceğini belirtti.

Lazer İşleme Tekniği, hızlı ısıtma ve soğutma özellikleriyle, yönlendirilmiş silis çelik levhaların yüzeyini çizgi işaretleme ile işleyerek, ısıtılan bölgede mikro plastik deformasyon ve yüksek yoğunluklu dislokasyon oluşmasını sağlayarak, ana manyetik alan duvar uzunluğunu azaltırken aynı zamanda kalan çekme gerilimi oluşturarak, manyetik alan daraltma ve demir kaybını azaltma amacına hizmet eder.

Lazer işleme iki yöntemle gerçekleştirilir: pulslu ve sürekli lazer işleme.

3. Yönlendirilmiş Silis Çeliğin Yüzeyinin Transformatör Gürültüsü Üzerindeki Etkisi

Transformatör gürültüsünün başlıca nedenlerinden biri, yönlendirilmiş silis çelik çekirdeklerinin manyetik büzülmesidir.

Manyetik büzülme, ferromanyetik malzemelerin mıknatıslanma sırasında uzunluğunun değişmesidir. Yönlendirilmiş silis çeliğin manyetik büzülmesi, yüzey yalıtım kaplaması olup olmadığına büyük ölçüde bağlıdır. Kaplamadan kaynaklanan gerilim, malzeme ve transformatör montajı tarafından üretilen basınç kuvvetlerini karşılayarak, böylece transformatör gürültüsünü azaltır. Kaplamasız çelik levhalar, basınç kuvvetlerine çok hassastır. Basınç arttıkça, manyetik büzülme değeri keskin bir şekilde artarken, kaplamalı levhalar, basınç kuvvetlerinin artmasıyla birlikte manyetik büzülme değeri daha az anlamlı bir şekilde artar, bu da daha düşük basınç hassasiyetini gösterir.

Yönlendirilmiş silis çeliğin düşük manyetik büzülme özelliğine sahip olması, stres hassasiyetini azaltmaya yardımcı olurken, aynı zamanda gürültüyü de azaltır. Transformatör çekirdeği montajı sırasında stres oluştuğu için, malzemenin stres hassasiyetini azaltmanın gerekliliği vardır. Kaplamayla, yönlendirilmiş silis çeliğin manyetik büzülmedeki stres hassasiyeti azalır ve transformatör gürültüsü de düşer.

Ayrıca, yönlendirilmiş silis çeliğe yalıtım kaplaması uygulanması genellikle belirli bir kayıp azaltma etkisi yaratır, demir kaybını %9-%14 oranında azaltır. Yalıtım kaplamasının kalitesi mümkün olduğunca 5g/m²'nin üzerinde olmalıdır.

4. Yüksek Penetralite Yönlendirilmiş Silis Çeliğin Güç Transformatörlerinin Boş Yük Kaybı ve Gürültü Seviyesi Üzerindeki Etkisi

Hi-B yüksek geçirgenlikli yönlendirilmiş silis çeliğinin avantajları şunlardır:

(1) Mükemmel Manyetizasyon Özellikleri

Manyetizasyon özellikleri genellikle 800A/m'de manyetik akı yoğunluğu ölçülerek değerlendirilir. Hi-B yüksek geçirgenlikli yönlendirilmiş silis çeliği 800A/m'de yaklaşık 1920'luk bir göreceli geçirgenliğe sahipken, CGO çeliği 1820'dir. Boşta kaybı azaltmak için Hi-B yüksek geçirgenlikli yönlendirilmiş silis çeliğini çekirdek malzemesi olarak kullanmak, enerji tasarrufu açısından en etkilidir.

(2) Düşük Manyetik Deformasyon

Manyetik deformasyon, AC manyetizasyon sırasında çekirdeğin manyetizasyon yönünde uzunluğunun genişlemesini ve daralmasını ifade eder ve bu, transformatör gürültüsünün ana nedenlerinden biridir. Hi-B yüksek geçirgenlikli yönlendirilmiş silis çeliğinin düşük manyetik deformasyonu, transformatör gürültüsünü ve çevre kirliliğini büyük ölçüde azaltır.

5. Güç Transformatörü Çekirdek İşleme Teknolojisinin Etkisi

Üretim ve işleme sırasında, yönlendirilmiş silis çeliği kesme gerilimine ve manuel işlemlere maruz kalır. Mekanik işleme ve dış faktörler, silis çelik levhalarının belirli kaybını önemli ölçüde etkiler, bazen belirli kaybı %3.08-%31.6 artırmaktadır.

Yönlendirilmiş silis çeliğinin longitudinal kesiminden oluşan kabartmalar: Kesme kalitesi düşük ve boyut sapmaları büyük olduğunda, çekirdeği yığılırken levha arası büyük boşluklar, birçok çakışma ve eşit olmayan çekirdek tabakaları oluşur, bu da boşta akımı artırır, bazen standartları aşar. Kabartmaların kaldırılmasıyla belirli kayıp azalır. Testler göstermiştir ki, 30QG120'deki kabartmaların kaldırılmasıyla belirli kayıp P1.5 %2.1-%2.6 (ortalama %2.3) azalır ve P1.7 %1.6-%3.5 (ortalama %2.5) azalır.

Yönlendirilmiş silis çeliğinin kesme kalitesini iyileştirmek, kabartmaları azaltmak, düzgünlüğü artırmak ve çekirdek sütunlarına uygun sıkıştırma kuvveti uygulamak. Transformatör üreticilerinden alınan geri bildirimler, kabartmaların 0.02mm azalmasıyla toplam yığılmış kalınlığın (sıkıştırma noktalarında) 2-3mm azaldığını ve gürültünün 3-4dB azaldığını göstermiştir. Bu nedenle, kabartmalar 0.03mm'ye kadar kontrol edilmelidir.

Yönlendirilmiş silis çeliği, kesme, dökme ve yığılma gibi işlemlerden geçirilir, bu da iç gerilimler oluşturur, kristal bozulmasına neden olur, bu da manyetik geçirgenliği azaltır ve belirli demir kaybını artırır. Yönlendirilmiş silis çeliğinde kesme, dökme, yığılma ve diğer işlemler sırasında oluşan gerilimler, annealing işlemi ile azaltılabilir, bu da soğuk çekerilmiş yönlendirilmiş silis çeliğinin belirli demir kaybını yaklaşık %30 oranında azaltır.