Вплив орієнтованої сталі на ефективність та шум трансформатора
1. Тенденції розвитку технології виробництва електроперетворювачів у Китаї
Електроперетворювачі головним чином розвиваються в двох напрямках:
Перший, розвиток в напрямку надвеликих ультрависоковольтних перетворювачів, з рівнями напруги, що підвищуються з 220кВ, 330кВ та 500кВ до 750кВ та 1000кВ.
Другий, розвиток в напрямку енергоефективних, мініатюрних, низькошумних, високоопорних та вибухостійких типів. Ці продукти переважно малі та середні перетворювачі, такі як нові розподільні перетворювачі S13 та S15, які зараз рекомендовані для модернізації електромереж міст та сіл.
Майбутній напрямок розвитку перетворювачів в Китаї по-прежньому буде зосереджений на енергоефективних, низькошумних, вогнестійких та вибухостійких типах, а також на високій надійності.
2. Вплив матеріалу орієнтованого кремнезаліза на характеристики електроперетворювачів
У розвинутих промислових країнах електроенергія, споживана через залізну втрату в перетворювачах орієнтованого кремнезаліза, становить приблизно 4% від загальної виробництва електроенергії. Тому зменшення залізних втрат орієнтованого кремнезаліза завжди було важливою темою досліджень для кремнезалізових підприємств по всьому світу. Залізні втрати можна розбити на втрати через вихрові струми та гістерезисні втрати.
Щодо матеріалу кремнезаліза, основні методи зменшення залізних втрат в орієнтованому кремнезалізі - це збільшення вмісту кремнію, зменшення товщини листа та технологія вдосконалення доменів.
(1) Збільшення вмісту кремнію
На даний момент промислово вироблений кремнезаліз містить більше 3,0% кремнію за масою. Коли його збільшено до 6,5%, залізні втрати значно знижуються, що робить його оптимальним матеріалом для використання в діапазоні частот від 400Гц до 10кГц.
(2) Зменшення товщини листа
Поточний орієнтований кремнезаліз стає все тоншим. Товщина 0,35 мм уже виведена з експлуатації, звичайною товщиною тепер є 0,3 мм, 0,27 мм, 0,23 мм та 0,18 мм, що дозволяє знизити втрати через вихрові струми в орієнтованому кремнезалізі.
Орієнтований кремнезаліз товщиною 0,20 мм можна використовувати при частоті 400Гц або нижче, з магнітною щільністю, що досягає 1,5Т, і відносно низькими залізними втратами.
Орієнтований кремнезаліз товщиною 0,15 мм, коли працює при частоті 1кГц з магнітною щільністю 1,0Т, має значення залізних втрат менше 30Вт/кг. Тому цей тип тонкого листа підходить для використання при частоті 1кГц або нижче.
Орієнтований кремнезаліз товщиною 0,10 мм та 0,08 мм більш підходять для використання при частотах нижче 3кГц. При частоті 3кГц орієнтований кремнезаліз товщиною 0,10 мм використовується з магнітною щільністю близько 0,50Т. За таких самих умов, специфікація 0,08 мм може використовувати трохи більші значення магнітної щільності, такі як 0,50-0,80Т.
Орієнтований кремнезаліз товщиною 0,05 мм, коли працює при частоті 5кГц, може мати значення магнітної щільності 0,5-0,6Т. Тому орієнтований кремнезаліз товщиною 0,05 мм має найширший діапазон застосування серед п'яти вказаних специфікацій та підходить для використання при частоті 5кГц або нижче.
(3) Вдосконалення доменів
Технологія насічення: Японський Наріта повідомив про вплив насічення на структуру доменів та втрати в орієнтованому кремнезалізі, зазначивши, що насічення, перпендикулярне напрямку стрічки, може ефективно зменшити відстань між доменними стінками та втрати через вихрові струми.
Лазерна обробка використовує характеристики швидкого нагрівання та остудження для обробки поверхні орієнтованого кремнезалізу через лінійну маркування, що сприяє мікро-пластичній деформації та високій щільності дизлокацій в нагрітаній зоні, зменшує довжину основних доменних стінок, одночасно виробляючи залишкові напруження розтягування, досягаючи мети вдосконалення доменів та зменшення залізних втрат.
Існують два методи лазерної обробки: імпульсна та безперервна лазерна обробка.
3. Вплив поверхні орієнтованого кремнезаліза на шум перетворювача
Однією з основних причин шуму перетворювача є магнетострикція ядер орієнтованого кремнезаліза.
Магнетострикція - це зміна довжини феромагнітного матеріалу під час намагнічування. Магнетострикція орієнтованого кремнезаліза сильно залежить від наявності поверхневого ізоляційного покриття. Напруження від покриття на листах кремнезаліза може компенсувати стисненні напруження, що виникають внаслідок матеріалу та зборки перетворювача, таким чином зменшуючи шум перетворювача. Листи без покриття дуже чутливі до стиснення. По мірі зростання тиску, значення магнетострикції швидко зростає, тоді як покриті листи показують менш значні зростання значень магнетострикції зі зростанням стиснення, що вказує на нижчу чутливість до стиснення.
Бажано, щоб орієнтований кремнезаліз мав низьку магнетострикцію, щоб знизити його чутливість до напруження, а також знизити шум. Оскільки напруження виникає під час зборки ядра перетворювача, необхідно зменшити чутливість матеріалу до напруження. Благодіяючи покриттю, чутливість орієнтованого кремнезаліза до напруження під час магнетострикції зменшується, а шум перетворювача також знижується.
Крім того, застосування ізоляційного покриття до орієнтованого кремнезаліза зазвичай все ще має ефект зменшення специфічних втрат, зменшуючи залізні втрати на 9%-14%. Якість ізоляційного покриття повинна бути більшою за 5г/м².
4. Вплив високопермеабельного орієнтованого кремнезаліза на втрати без навантаження та рівень шуму електроперетворювачів
Переваги Hi-B високопермісного орієнтованого силикозалізного сталі наступні:
(1) Відмінні магнітні характеристики
Магнітні характеристики зазвичай оцінюються за допомогою магнітної індукції при 800А/м для оцінки їх якості. У Hi-B високопермісна орієнтована силикозалізна сталь має відносну пермісивність близько 1920 при 800А/м, тоді як у сталі CGO це 1820. Використання Hi-B високопермісної орієнтованої силикозалізної сталі як матеріалу для сердечника для зменшення безнавантаженого втрату є найбільш ефективним для енергозбереження.
(2) Низька магністрікція
Магністрікція вказує на розширення та скорочення довжини сердечника в напрямку намагнічування під час альтернативного намагнічування, що є одним з основних джерел шуму трансформатора. Оскільки Hi-B високопермісна орієнтована силикозалізна сталь має низьку магністрікцію, вона значно зменшує шум трансформатора та забруднення середовища.
5. Вплив технологій обробки сердечника силового трансформатора
Під час виробництва та обробки орієнтована силикозалізна сталь піддається зсувному напруженню та впливу механічного оброблення. Механічне оброблення та зовнішні фактори, що призводять до витрат, значно впливають на специфічні втрати силикозалізних листів, іноді збільшуючи специфічні втрати на 3,08-31,6%.
Забарвлювання від продольного різання орієнтованої силикозалізної сталі: Якщо якість різання погана з великими відхиленнями вимірів, при складанні сердечника це призведе до великих прогалин між листами, багатьох перекриттів та нерівномірних ламінацій сердечника, що призводить до збільшення безнавантаженого струму, іноді перевищуючи стандарти. Після видалення заусенців специфічні втрати зменшуються. Тести показують, що після видалення заусенців 30QG120, специфічні втрати P1.5 зменшуються на 2,1-2,6% (в середньому 2,3%), а P1.7 - на 1,6-3,5% (в середньому 2,5%).
Покращення якості різання орієнтованої силикозалізної сталі, зменшення заусенців, покращення плоскості та застосування відповідної зажимної сили до стовпчиків сердечника. Зворотний зв'язок від виробників трансформаторів свідчить, що зменшення заусенців на 0,02 мм зменшує загальну товщину стопки (у точках зажиму) на 2-3 мм, а шум зменшується на 3-4 дБ. Тому заусенці повинні бути контроловані в межах 0,03 мм.
Орієнтована силикозалізна сталь повинна пройти різання, штампування та складання, що призводить до появи внутрішніх напружень, деформації зерен, що призводить до зниження магнітної пермісивності та збільшення специфічних втрат заліза. Напруження, що виникають в орієнтованій силикозалізній сталі під час різання, штампування, складання та інших операцій обробки, можна зменшити за допомогою термічної обробки, що може знизити специфічні втрати холодновальцованої орієнтованої силикозалізної сталі приблизно на 30%.
