Estat del producte i tendències de desenvolupament de l'acer elèctric orientat (acer de silicona)

Direccions generals de desenvolupament d'acer elèctric orientat

L'acer elèctric orientat al gra-, comunament anomenat acer al silici orientat, és el material bàsic dels transformadors de potència i de les grans màquines rotatives. El seu desenvolupament està impulsat per tres objectius: menor pèrdua de ferro, major inducció magnètica i calibre més prim. Aquestes millores redueixen directament la pèrdua sense-càrrega dels transformadors, que es carrega a l'operador de la xarxa durant tota la vida útil de l'equip, de manera que fins i tot una petita reducció de watts per quilogram estalvia una gran quantitat d'energia a tota la flota de transformadors.

Els graus i les proves es defineixen en estàndards com GB/T 2521 i IEC 60404, amb la pèrdua mesurada pel mètode d'Epstein a 1,7 T i 50 Hz, i el mateix marc s'aplica als graus d'inducció-prima i alt que es descriuen a continuació.

Tecnologies ultra-perdudes de ferro

Tres tecnologies de producció redueixen la pèrdua del nucli.

Refinament del domini magnètic: el traçat làser o tractament similar subdivideix els dominis magnètics a la superfície de la cinta. Això redueix la pèrdua anòmala de corrents de Foucault i redueix la pèrdua total del nucli de l'acer-orientat en gra entre un 10% i un 20%.

Recobriment de tensió deposició: un recobriment inorgànic d'alta tensió-aplicat a ambdues superfícies redueix la pèrdua per unitat de pes de la làmina i també millora el factor d'apilament i el comportament de manipulació.

Calibres més prims: reduir el gruix de 0,30 mm i 0,27 mm fins a 0,23 mm, 0,20 mm i, finalment, 0,15 mm, redueix dràsticament la pèrdua de corrents de Foucault, perquè la pèrdua de remolí s'escala amb el quadrat del gruix. Un grau de 0,20 mm és un material magnètic suau estàndard per a circuits magnètics de 400 Hz com ara fonts d'alimentació d'avions i marines, que combina una alta inducció amb baixa pèrdua a freqüència elevada.

Graus d'inducció magnètica ultra-alts

L'alta inducció magnètica permet al dissenyador del transformador augmentar la densitat de flux de treball, la qual cosa redueix la secció transversal-del nucli i, per tant, la mida i el pes del transformador per a la mateixa potència. Utilitzant una recristal·lització doble o triple, o un procés de recuit de gradient d'alta -temperatura, els graus moderns aconsegueixen una polarització magnètica B8 d'1,95 T a 2,0 T a una intensitat de camp de 800 A/m. Els graus d'inducció-alts s'especifiquen sempre que el pes i les dimensions del transformador siguin crítics, com ara en equips de transmissió UHV i transformadors de generadors grans.

Doble-orientació i 6,5% de qualificacions de Si

L'acer al silici orientat dual-de gra fi-es produeix mitjançant una ruta de descarburació d'òxid-de silici i desenvolupa una textura cúbica, de manera que mostra una alta inducció tant en la direcció de rodament com en la direcció transversal. El seu B8 arriba entre 1,85 T i 1,90 T en ambdues direccions, amb una pèrdua de nucli P1,7/50 per sota d'1,02 W/kg a 0,30 mm de gruix, i la magnetostricció és baixa en ambdues direccions. Aquest material és d'interès per a màquines rotatives i nuclis especials on la direcció del flux canvia contínuament.

Quan el contingut de silici s'eleva al 6,5% en pes, el material arriba a una magnetostricció propera a -zero, una major resistivitat elèctrica i una menor pèrdua de corrent de Foucault, donant un rendiment superior a freqüència elevada. L'acer d'alt-silici és, per tant, un candidat ideal per a transformadors i reactors de baixa-soroll, baixa-pèrdua alta-alta freqüència, i segueix sent un tema d'investigació actiu perquè l'alt contingut de silici fa que la cinta sigui trencadissa i difícil de rodar.

Camps d'aplicació

Transformadors de potència d'alta-eficiència: transformadors de transmissió UHV i transformadors de distribució que han de complir límits estrictes de pèrdua de càrrega sense-.

Nous equips energètics: inversors eòlics i solars i transformadors d'alta-freqüència per a piles de càrrega de vehicles elèctrics.

Dispositius elèctrics{0}}de gamma alta: transformadors d'instruments de precisió i reactors d'alta-freqüència on la magnetostricció baixa i el rendiment estable són importants.

Orientacions futures de recerca

L'acer orientat a -gra lliure-inhibidor, que evita la química inhibidora convencional, permet temperatures d'escalfament més baixes de la llosa i elimina l'etapa de descarburació, i la seva producció s'ha implementat parcialment en la fabricació. Cal treballar més en tires molt fines per sota de 0,1 mm produïdes per recristal·lització triple, plaques de ferro pur orientades amb inducció d'alta saturació i recobriments d'aïllament i unió d'alt-aïllament i no-contaminants. Aquests desenvolupaments tenen com a objectiu els mateixos objectius: menor pèrdua, major inducció i calibre més prim per a la propera generació d'equips magnètics-eficients energèticament.

PMF

Què significa B8 a les especificacions d'acer orientat-gra?

B8 és la polarització magnètica mesurada a una intensitat de camp magnètic de 800 A/m. Indica amb quina facilitat es pot magnetitzar el material i amb quina densitat de flux pot assolir el nucli, amb valors com ara 1,82 T per als graus comuns i fins a 2,0 T per als graus d'inducció -alts.

Per què és millor l'acer de silici més prim per als transformadors d'alta freqüència{0}?

La pèrdua de corrent de Foucault augmenta amb el quadrat del gruix de la cinta, de manera que reduir a la meitat el gruix redueix el component de Foucault en un factor de quatre. Per tant, els graus més prims com ara 0,20 mm i 0,15 mm són essencials a 400 Hz i més.

Com redueix el refinament del domini magnètic la pèrdua del nucli?

El tractament làser o mecànic subdivideix els grans dominis magnètics en altres més petits, la qual cosa escurça el camí del moviment de la paret del domini i redueix la pèrdua anòmala de corrents de Foucault. La pèrdua total del nucli de l'acer orientat-gra es redueix entre un 10% i un 20%.

Què té d'especial l'acer de silici al 6,5%?

A un 6,5% en pes de silici, la magnetostricció s'acosta a zero, la resistivitat és alta i la pèrdua de corrent de Foucault és baixa, de manera que el material és silenciós i eficient a alta freqüència. L'inconvenient és la fragilitat, que dificulta el rodatge i la manipulació.

Quin grau s'ha de triar per a un transformador de distribució?

Per als transformadors de distribució de 50 Hz, els graus comuns com 23Q110 o 27Q120 proporcionen pèrdues i costos equilibrats. Quan no hi ha-pèrdua de càrrega dominant el cost operatiu, es justifiquen els graus d'inducció-refinats o elevats-del domini amb una pèrdua inferior a 0,9 W/kg.

Què és P1.7/50?

És la pèrdua total específica del nucli en watts per quilogram mesurada a una polarització màxima d'1,7 T i una freqüència de 50 Hz utilitzant el marc d'Epstein, el punt de comparació estàndard per a l'acer elèctric orientat-gra.