Zakaj transformatorji uporabljajo silicijeve jeklene pločevine kot jedra

Transformator potrebuje magnetno jedro, ki učinkovito spaja tok med primarnim in sekundarnim navitjem. V skoraj vsakem močnostnem in distribucijskem transformatorju je to jedro zgrajeno izzrnato{0}}silicijevo jeklo(imenovano tudi električno jeklo, GOES ali silikonska jeklena pločevina). Kratek odgovor na naslovno vprašanje je veriga treh materialnih dejstev: silicij zviša električno upornost jekla in zoži njegovo histerezno zanko; zrnato-orientirana mikrostruktura omogoča, da magnetni tok zlahka potuje vzdolž smeri kotaljenja; in tanke, izolirane laminacije omejujejo vrtinčne tokove. Vsak člen v tej verigi je razložen spodaj s številkami, ki jih je mogoče preveriti glede na GB/T 2521.2, IEC 60404-8-7 in ASTM A876.

 

 

 

Silikonsko jeklo je zlitina železa in silicija, izdelana kot tanek trak za magnetna vezja. noterzrnato-usmerjeno (GO)razreda so zrna poravnana z nadzorovanim zaporedjem valjanja in žarjenja, tako da je smer enostavnega magnetiziranja kristala železa vzdolž smeri valjanja.

 

Ta poravnava je znana kot Gossova tekstura. Ker magnetni tok v jedru transformatorja sledi določenim potem vzdolž krakov, daje jeklo, katerega najboljša magnetna smer je poravnana s temi potmi, največjo prepustnost in najmanjšo izgubo pri uporabi. Ne-orientirano (NO) jeklo, katerega zrna so naključno usmerjena, je prednostno za motorje in generatorje, kjer se smer toka vrti.

 

Hladno{0}}valjani trak GO je dobavljen v nominalnih debelinah 0,23, 0,27, 0,30 in 0,35 mm (obstajajo tanjši razredi 0,20 mm in 0,18 mm za visoko-učinkovite enote); razredni sistemi in tolerance so določeni v GB/T 2521.2 za kitajski sistem in v mednarodnem standardu IEC 60404-8-7. V Severni Ameriki je enakovredna specifikacija ASTM A876.

 

2. Kaj silicij prispeva k jeklu?

Silicij ni dodan, da bi bilo jeklo magnetno - železo že feromagnetno. Dodan je silicijizboljšati magnetno obnašanje pri izmeničnem vzbujanju, in to na tri merljive načine:

 

• Večja električna upornost → manjša izguba-vrtinčnega toka.

Silicij poveča upornost zlitine, zato inducirani krožni tokovi naletijo na večji električni upor. Izguba-vrtinčnega toka je obratno sorazmerna z upornostjo, tako da to neposredno zmanjša to komponento izgube jedra.

 

• Ožja histerezna zanka → nižja histerezna izguba.

Silicij izboljša magnetni odziv jekla, tako da je območje njegove zanke B–H (histereze) manjše. Izguba histereze na cikel je sorazmerna s to površino zanke, zato vsak cikel magnetizacije porabi manj energije.

 

• Nižja magnetostrikcijska → tišja jedra.

Silicij zmanjša majhno dimenzijsko spremembo jekla pod magnetizacijo, kar zmanjša magnetostrikcijsko "šumenje" jedra pod napetostjo.

 

Obstaja kompromis: silicij nekoliko zmanjša indukcijo nasičenosti jekla in ga naredi tršega in bolj krhkega. Zrna{2}}orientirani razredi zato uporabljajo kompromisno raven, običajno okoli 2,9–3,5 % silicija (tipične vrednosti; natančna raven je konstrukcijski parameter mlina). Standardi, kot je GB/T 2521.2, razvrščajo jeklo GO pozagotovljene magnetne lastnosti- izguba v jedru in magnetna indukcija - namesto glede na vsebnost silicija, zato sam odstotek silicija ne določa stopnje.

 

 

 

Kadarkoli je transformator pod napetostjo, izmenični tok v jedru porabi moč, še preden je priključeno breme. Ta "izguba železa" (izguba jedra) ima dva fizična izvora:

• Histerezna izguba- energija, ki se razprši v vsakem ciklu, ko se magnetne domene preusmerijo proti notranjemu trenju. Sorazmeren je s frekvenco in približno s kvadratom gostote pretoka ter s površino, ki jo obdaja histerezna zanka materiala. Material z ozko{3}}zanko, kot je silicijevo jeklo, ohranja ta izraz majhen.
• Izguba-vrtinčnega toka- spreminjajoči se tok inducira tokove znotraj jedra, ki krožijo v ravninah, pravokotnih na smer toka. Ti tokovi segrejejo jedro. Izguba se meri s kvadratom frekvence, približno kvadratom gostote pretoka,kvadrat debeline laminacijein obratno z upornostjo materiala.

 

Ker se izguba jedra pojavi vsakič, ko je transformator priključen na napajanje, je enaka izgubi transformatorjabrez{0}}izgube obremenitve: deluje 24 ur na dan ne glede na obremenitev in je glavno gonilo življenjskih obratovalnih stroškov transformatorja. Zato o razredu učinkovitosti končnega transformatorja odločajo številke o izgubah jekla za jedro - in ne le njegova cena na tono -.

 

 

Če bi bilo jedro trden jekleni blok, bi spreminjajoči se tok pognal velike vrtinčne tokove skozi ogromen prevodni prerez-in jedro bi se pregrelo v nekaj minutah. Zdravilo je, da sredico razdelite na tanke plošče, ki so zložene tako, da je plošča vzporedna s potjo toka in pravokotna na ravnino kroženja vrtinčnega-toka:

• Tanke plošče omejujejo-pot vrtinčnega toka.Ker je izguba zaradi-vrtinčnega toka sorazmerna s kvadratom debeline v smeri toka toka, rezanje jedra na plošče debeline 0,23–0,35 mm (običajno po GB/T 2521.2) namesto na trdni blok zmanjša to izgubo za stopnje velikosti.
• Izolacijski premaz blokira interlaminarne tokove.Vsaka plošča nosi površinsko izolacijo (razredi premazov so opredeljeni v IEC 60404-1-1), tako da vrtinčni tokovi ne morejo uhajati iz ene plasti v drugo.
• Faktor zlaganja je del zasnove.Premazi in površinska hrapavost pomenijo, da plošče zavzamejo približno 95–97 % teoretične prostornine jedra (tipične vrednosti; natančen faktor zlaganja je naveden v certifikatu obrata). Tanjši listi zmanjšajo vrtinčne izgube, a tudi zmanjšajo faktor zlaganja in zvišajo proizvodne stroške, zato inženirji izberejo debelino glede na ciljni razred izgube.

 

 

Izdelava poteka po standardnem zaporedju: tuljava GO je razrezana na širino, preluknjana ali razrezana v zahtevane oblike laminacije (pari E–I, tri-oblike "E" ali pravokotni trakovi za zaprta jedra), razbremenitev-napetosti je žarjena, da se obnovijo magnetne lastnosti, poškodovane z rezanjem, in zložena s prepletenimi spoji pred vpenjanjem. Nastalo jedro se nato navije in sestavi z rezervoarjem transformatorja.

 

 

Parameter	Primer tipične vrednosti/razreda	Osnova
Nazivna debelina	0,23 / 0,27 / 0,30 / 0,35 mm (GO trak)	GB/T 2521,2; IEC 60404-8-7
Izguba jedra P1,7/50 (specifična skupna izguba pri 1,7 T, 50 Hz)	Razred 30Q120: manj kot ali enako 1,20 W/kg	Oznaka razreda na GB/T 2521.2 (30=0.30 mm, Q=zrna-orientirano, 120=1.20 W/kg)
Magnetna indukcija B8 (pri 800 A/m)	Večji ali enak 1,78 T (npr.. 30razred Q120)	Na GB/T 2521,2
Vsebnost silicija (GO, tipično)	≈ 2.9–3.5%	Tipična vrednost; standardi razvrščajo glede na magnetne lastnosti, ne glede na raven silicija
Faktor zlaganja	≈ 0.95–0.97	Tipično; potrdite na potrdilu o preskusu mlina
Površinska izolacija	Razred premaza po IEC 60404-1-1	IEC 60404-1-1

Prikazane vrednosti so indikativne za standardne ocene. Vedno preverite zajamčene vrednosti glede na zadnjo izdajo standarda in dobaviteljevo potrdilo o preskusu mlina za določeno serijo.

 

pogosta vprašanja

Zakaj zrnato-orientirano namesto-neorientirano silikonsko jeklo za jedra transformatorjev?

V jedru transformatorja tok sledi v bistvu fiksnim potem vzdolž krakov, tako da je jeklo lahko usmerjeno v to smer. Zrnato-jeklo s svojo teksturo Goss zagotavlja največjo prepustnost in najmanjše izgube vzdolž smeri valjanja (GB/T 2521.2; IEC 60404-8-7). Neorientirano jeklo ima naključno orientacijo zrn in ustreza rotacijskim strojem, kjer se smer fluksa nenehno spreminja.

 

Kaj pomenijo oznake stopnje, kot je 30Q120?

V sistemu GB/T 2521.2: "30" je nazivna debelina v stotinkah milimetra (0,30 mm), "Q" pomeni zrnato -orientacijo, "120" pa je zajamčena največja izguba jedra 1,20 W/kg pri 1,7 T in 50 Hz (P1.7/50). Sistema IEC 60404-8-7 in ASTM A876 uporabljata svoje oznake, vendar enake fizikalne količine.

 

Zakaj ne bi za jedro uporabili trdnega jeklenega bloka?

Trdno jedro bi prenašalo velike krožeče vrtinčne tokove, se hitro segrevalo in nenehno izgubljalo energijo. Ker se izguba-toka zaradi vrtinčnega toka spreminja s kvadratom prevodne debeline, laminiranje jedra v izolirane plošče debeline 0,23–0,35 mm zmanjša to izgubo za velikostni red - jedro je namenoma "tanjšano v smeri, v kateri ne bi smelo prevajati".

 

Je izguba jedra enaka izgubi-brez obremenitve?

ja Izguba jedra (železa) se pojavi vedno, ko je transformator pod napetostjo, ne glede na to, ali je obremenitev priključena ali ne, in je enaka izgubi-brez obremenitve. Deluje 24 ur na dan, zato zrnato-jeklo z nizkimi{3}}izgubami neposredno vpliva na obratovalne stroške in razred učinkovitosti transformatorja.

 

Kako debelina pločevine vpliva na zasnovo transformatorja?

Tanjši listi (0,20–0,27 mm) zmanjšajo izgubo-vrtinčnega toka, vendar zmanjšajo faktor zlaganja in povečajo stroške obdelave; Listi 0,30 in 0,35 mm uravnavajo stroške in izgube za standardne distribucijske transformatorje. Izbira sledi ciljnemu razredu izgube v GB/T 2521.2 ali IEC 60404-8-7 in pričakovanemu delovnemu ciklu transformatorja.

 

Uporaba zrnato usmerjenih silicijevih jeklenih plošč za jedra transformatorjev neposredno izhaja iz treh lastnosti materiala: usmerjena zrnata struktura za učinkovito prevajanje toka, silicij za zmanjšanje izgub in tanke izolirane laminacije za nadzor-vrtinčnih tokov. Skupaj zagotavljata dovolj nizko-izgubo brez obremenitve, da so sodobni transformatorji varčni tako pri prvi ceni kot pri porabi energije v celotni življenjski dobi.

 

Zahtevajte ponudbo