انقلابی در توزیع نیرو با هسته های فولادی سیلیکونی

مقدمه

فولاد سیلیکونی که فولاد الکتریکی یا فولاد ترانسفورماتور نیز نامیده می‌شود، یک آلیاژ سیلیکونی آهن است که معمولاً 2.5-3.5٪ سیلیکون دارد. افزودن سیلیکون مقاومت الکتریکی فولاد را افزایش می دهد که تلفات جریان گردابی در میدان های مغناطیسی متناوب را کاهش می دهد. هسته های فولادی سیلیکونی چند لایه مواد مدار مغناطیسی استاندارد برای ترانسفورماتورهای قدرت، ترانسفورماتورهای توزیع، سلف ها و ماشین های دوار هستند.

این مقاله توضیح می‌دهد که هسته‌های فولادی سیلیکونی چگونه ساخته می‌شوند، چرا بر اجزای مغناطیسی فرکانس{0} قدرت غالب هستند، و چگونه می‌توان درجه صحیح را برای یک برنامه خاص انتخاب کرد.

نقش در هسته های مغناطیسی

هسته های فولادی سیلیکونی یک مسیر{0}}گریز کم برای شار مغناطیسی ایجاد می کنند. گریدهای گرین-(GO) که با بافت Goss نورد شده اند، جهت مغناطیسی ترجیحی دارند که وقتی شار از جهت غلتش پیروی می کند، تلفات هسته و جریان مغناطیسی را کاهش می دهد. گریدهای غیر جهت دار (NO) دارای خواص یکنواخت تری در همه جهات هستند و در جاهایی که جهت شار متفاوت است، مانند استاتورهای موتور و ژنراتور، استفاده می شود.

در طراحی ترانسفورماتور، هسته از لایه‌های نازک (0.23-0.35 میلی‌متر برای گریدهای GO) که با یک لایه عایق پوشانده شده است، مونتاژ می‌شود که جریان‌های گردابی را به لایه‌های جداگانه محدود می‌کند و تلفات هسته را کم نگه می‌دارد.

سهم بهره وری انرژی

تلفات هسته، مجموع تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی، مستقیماً به گرما تبدیل می‌شود و هزینه عملیاتی دائمی را برای یک ترانسفورماتور نشان می‌دهد. گریدهای کم تلفات مانند M3 (0.23 میلی‌متر) و M4 (0.27 میلی‌متر) فولاد گرا می‌توانند تلفات بدون بار را تا 20-30 درصد در مقایسه با گریدهای قدیمی‌تر M5 و M6 کاهش دهند. برای یک ترانسفورماتور توزیع که به طور مداوم کار می کند، کاهش 1 کیلوواتی در تلفات بدون بار باعث صرفه جویی در حدود 8700 کیلووات ساعت در سال می شود، به همین دلیل است که سطوح تلفات در استانداردهایی مانند GB 20052 در چین و مقررات طراحی زیست محیطی اتحادیه اروپا (EU) 2019/1783 تنظیم شده است.

برنامه های کاربردی

ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع: هسته‌های فولادی سیلیکونی گرا-در فرکانس 50/60 هرتز.

سلف ها و راکتورها برای درایوهای صنعتی و تجهیزات با کیفیت توان.

ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ برای اندازه گیری و حفاظت.

موتورها و ژنراتورها: لایه‌های فولادی سیلیکونی غیر جهت‌دار-.

محافظ مغناطیسی و سنسورها در کاربردهای خاص.

انتخاب درجه

انتخاب به چگالی شار عملیاتی، فرکانس، بودجه تلفات و هزینه بستگی دارد:

برای ترانسفورماتورهای قدرت 50/60 هرتز، بسته به هدف تلفات، درجه های GO را از M3 تا M6 انتخاب کنید (به GB/T 2521.1 یا ASTM A876 مراجعه کنید).

برای القاگرهای با فرکانس بالا-بالای 1 کیلوهرتز، لایه‌های نازک‌تر یا مواد جایگزین مانند آلیاژهای آمورف یا نانوبلور باید ارزیابی شوند.

برای موتورها، نمرات NO را با کلاس تلفات مناسب انتخاب کنید (به عنوان مثال 35W250 یا 50W470 در هر GB/T 2521.2).

باورهای غلط رایج

لمینیت های ضخیم تر قوی تر و در نتیجه بهتر هستند. در واقع، ورقه‌های ضخیم‌تر تلفات جریان گردابی را افزایش می‌دهند. استحکام مکانیکی توسط طراحی ارائه می شود، نه ضخامت لمینیت.

تمام فولاد سیلیکونی یکسان است. نمرات GO و NO اساساً از نظر بافت، از دست دادن و نفوذپذیری متفاوت هستند و قابل تعویض نیستند.

محتوای سیلیکون بالاتر همیشه به معنای تلفات کمتر است. سیلیکون مقاومت را افزایش می دهد و تلفات را کاهش می دهد، اما بیش از 3.5٪ فولاد شکننده می شود و به سختی رول می شود.

سوالات متداول

س: چرا فولاد سیلیکونی چند لایه است؟
A: لایه های پوشش داده شده با عایق، جریان های گردابی را به نوارهای نازک محدود می کند و به طور چشمگیری از دست دادن جریان گردابی را کاهش می دهد.

س: تفاوت بین فولاد سیلیکونی گرا-گرین و غیر{1}} چیست؟
پاسخ: فولاد گرا{0}}دانه دارای جهت شار ترجیحی و کمترین تلفات آن در امتداد جهت نورد است. فولاد غیر جهت دار دارای خواص مغناطیسی یکنواخت در همه جهات است.

س: کدام استانداردها درجه های فولاد سیلیکونی را تعریف می کنند؟
A: IEC 60404، GB/T 2521 (قسمت‌های 1 و 2) و ASTM A876 برای درجات{5}}گرایانه.

س: آیا هسته های فولادی سیلیکونی می توانند با فرکانس بالا کار کنند؟
پاسخ: بیش از حدود 1 کیلوهرتز تلفات جریان گردابی به سرعت افزایش می یابد، بنابراین هسته های آمورف یا نانو کریستالی معمولا ترجیح داده می شوند.

س: ضرر اصلی چگونه اندازه گیری می شود؟
پاسخ: با روش‌های آزمایشگر فریم اپشتاین یا تک برگه-بر اساس IEC 60404-2 و IEC 60404-3.