Nucli de laminació d'acer al silici orientat al gra-CRGO per a transformadors

L'acer de silici orientat-gra, abreujat com a CRGO, és el material bàsic estàndard per als transformadors de potència i distribució. S'utilitza perquè l'acer al silici és un material magnètic d'alta permeabilitat: en una bobina energitzada produeix una gran inducció magnètica, que permet que el transformador sigui més petit per a la mateixa potència. Aquest article explica les propietats del material de CRGO, el seu paper en el rendiment del transformador, els graus disponibles i les capacitats de fabricació de nuclis de laminació.

Per què s'utilitza l'acer de silici per als nuclis de transformadors

L'acer CRGO té una alta resistivitat elèctrica i altes propietats magnètiques al llarg de la direcció de rodament. Redueix les pèrdues de nucli en transformadors i millora la resistència a la corrosió. Com que el nucli constitueix la major part del transformador, el material utilitzat ha de ser integral per al rendiment global. El nucli de ferro d'un transformador està laminat per reduir els corrents de Foucault, que són els petits corrents circulants induïts pel camp magnètic canviant creat pel corrent altern de la primera bobina. Les laminacions primes amb un recobriment aïllant entre elles limiten aquests corrents i mantenen baixa la pèrdua del nucli.

Propietats dels materials

Alta permeabilitat magnètica: el material té una alta densitat de flux magnètic amb una baixa força de magnetització al llarg de la direcció de rodament, la qual cosa millora l'eficiència de la transmissió d'energia elèctrica.

Baixa pèrdua de nucli: la histèresi i les pèrdues de corrent de Foucault es minimitzen mitjançant l'addició de silici, que augmenta la resistivitat, i mitjançant un procés de fabricació que alinea els grans en un patró regular.

Alta resistivitat elèctrica: el contingut de silici redueix la generació de corrents de Foucault i, per tant, la pèrdua de corrents de Foucault.

Bones propietats mecàniques: l'elevada elasticitat mecànica permet que el nucli suporti l'estrès mecànic i les vibracions mentre manté una forma estable durant el funcionament.

Alt grau d'orientació: els grans estan molt orientats en la direcció de rodament, la qual cosa optimitza el rendiment magnètic en aquesta direcció.

Paper en el rendiment del transformador

Reducció de la pèrdua d'energia: la baixa pèrdua de nucli millora l'eficiència del transformador, redueix els costos operatius i minimitza el malbaratament d'energia.

Millora de la transmissió del flux magnètic: l'alta permeabilitat permet una conversió i transmissió eficients d'energia elèctrica i un funcionament estable del sistema elèctric.

Minimització de la mida i el pes: es necessita menys material bàsic per a la mateixa potència, estalviant espai i cost.

Reducció de soroll i vibració: la baixa magnetostricció redueix el soroll i la vibració durant el funcionament, millorant l'estabilitat i reduint l'impacte sobre l'entorn.

Graus disponibles

Les taules següents enumeren els graus comuns, d'alta-inducció i de domini-refinat d'acer de silici orientat al gra- amb valors típics de pèrdua de nucli i inducció a 50 Hz.

Grau	Amplada (mm)	Pèrdua màxima del nucli a 1,7 T/50 Hz (W/kg)	Factor de laminació (%)	Inducció mínima a B800 (T)
23Q110	35-1200	1.10	97.2	1.82
23Q120	35-1200	1.20	97.2	1.82
27Q120	35-1200	1.20	97.5	1.82
30G120	35-1200	1.20	98.0	1.82
B23P085	35-1200	0.85	97.2	1.88
B27P100	35-1200	1.00	97.5	1.89
B20R070	35-1200	0.70	97.0	1.86
B23R085	35-1200	0.85	97.2	1.88
B27RK085	35-1200	0.85	97.5	1.89

Els graus que comencen per Q són tipus convencionals orientats a gra-, els graus P són tipus d'inducció alta- i els graus R són tipus tractats amb làser-refinat-de domini amb la pèrdua de nucli més baixa. Els valors són dades de referència i s'ha d'acordar el grau aplicable per a cada disseny de transformador.

Capacitats de fabricació del nucli de laminació

Pes màxim del nucli apilat automàticament: 60 tones.

Pes màxim del nucli apilat manualment: 120 tones.

Límit de bretxa a la junta: menys d'1 mm.

Precisió de l'alçada de la finestra: més o menys 1 mm.

Precisió de l'amplada de la finestra: més o menys 1 mm.

Aplicacions típiques

Transformadors de potència per a transmissió i distribució, des de grans unitats fins a petits i mitjans transformadors de distribució.

Transformadors electrònics, com ara transformadors de fonts d'alimentació en mode interruptor-, transformadors d'àudio i transformadors d'impulsos.

Reactors, motors, generadors, transformadors d'instruments i amplificadors magnètics.

Preguntes freqüents

Q1. Què significa CRGO?

CRGO significa acer al silici orientat-gra laminat-en fred. Els grans s'orienten en la direcció de rodament per maximitzar la permeabilitat magnètica i minimitzar la pèrdua de nucli en aquesta direcció.

P2. Per què el nucli del transformador està laminat?

Laminar el nucli en làmines fines amb recobriments aïllants trenca el camí dels corrents de Foucault induïts pel camp magnètic altern, que redueix la pèrdua i l'escalfament de corrents de Foucault.

P3. Quina diferència hi ha entre les qualificacions d'inducció convencionals i les altes-?

Els graus d'inducció -alts com el B23P085 ofereixen una pèrdua de nucli més baixa i una inducció magnètica més alta que els graus convencionals com el 23Q120, que redueix la mida i el pes del nucli del transformador.

P4. Què és el refinament del domini?

Els graus-refinats de domini es tracten amb un làser o un altre procés per subdividir els dominis magnètics, la qual cosa redueix encara més la pèrdua d'histèresi. Aquests graus tenen els valors de pèrdua de nucli més baixos.

P5. Què és un factor de laminació?

El factor de laminació és la relació entre la secció transversal-magnètica real i la secció transversal-geomètrica de la pila central. Valors més alts indiquen recobriments aïllants més prims i un nucli més efectiu.

P6. De quina mida es pot produir un nucli de laminació?

Amb l'apilament automàtic, es poden produir nuclis de fins a 60 tones i nuclis apilats manualment fins a 120 tones, amb espais d'unió inferiors a 1 mm i una precisió de la finestra de més o menys 1 mm.