Produktstatus og udviklingstendenser for orienteret elektrisk stål (siliciumstål)

Overordnede udviklingsretninger for orienteret elektrisk stål

Kornorienteret-elektrisk stål, almindeligvis kaldet orienteret siliciumstål, er kernematerialet i krafttransformatorer og store roterende maskiner. Dens udvikling er drevet af tre mål: lavere jerntab, højere magnetisk induktion og tyndere gauge. Disse forbedringer reducerer direkte tabet af transformatorer uden-belastning, som opkræves af netoperatøren i hele udstyrets levetid, så selv en lille reduktion i watt pr. kilogram sparer en stor mængde energi på tværs af transformatorflåden.

Karakterer og test er defineret i standarder som GB/T 2521 og IEC 60404, med tab målt ved Epstein-metoden ved 1,7 T og 50 Hz, og den samme ramme gælder for de tynde og høje-induktionsgrader beskrevet nedenfor.

Ultra-teknologier med lavt jerntab

Tre produktionsteknologier presser kernetabet ned.

Magnetisk domæneforfining: laserskrift eller lignende behandling underopdeler de magnetiske domæner på strimmeloverfladen. Dette reducerer det unormale hvirvelstrømtab og sænker det samlede kernetab af korn-orienteret stål med 10 % til 20 %.

Aflejringsspændingsbelægning: En uorganisk belægning med høj-spænding påført begge overflader reducerer tabet pr. vægtenhed af arket og forbedrer også stablingsfaktoren og håndteringsadfærden.

Tyndere målere: reducerer tykkelsen fra 0,30 mm og 0,27 mm ned til 0,23 mm, 0,20 mm og i sidste ende 0,15 mm skærer hvirvelstrømtabet kraftigt, fordi hvirveltab skalerer med kvadratet på tykkelsen. En 0,20 mm kvalitet er et standard blødt magnetisk materiale til 400 Hz magnetiske kredsløb såsom fly og marine strømforsyninger, der kombinerer høj induktion med lavt tab ved forhøjet frekvens.

Ultra-høj magnetisk induktionskvalitet

Høj magnetisk induktion gør det muligt for transformatordesigneren at hæve arbejdsfluxtætheden, hvilket reducerer kernetværsnittet- og derfor størrelsen og vægten af ​​transformeren for den samme effekt. Ved at bruge dobbelt eller tredobbelt omkrystallisation eller en høj-temperaturgradientglødningsproces opnår moderne kvaliteter en magnetisk polarisering B8 på 1,95 T til 2,0 T ved en feltstyrke på 800 A/m. Høje-induktionskvaliteter er specificeret, hvor transformatorens vægt og dimensioner er kritiske, såsom i UHV-transmissionsudstyr og store generatortransformatorer.

Dobbelt-orienteret og 6,5 % Si-grader

Fint-dobbelt-orienteret siliciumstål fremstilles ved en silicium-oxidafkulningsrute og udvikler en kubisk tekstur, så det viser høj induktion i både rulleretningen og den tværgående retning. Dens B8 når 1,85 T til 1,90 T i begge retninger, med kernetab P1,7/50 under 1,02 W/kg ved 0,30 mm tykkelse, og magnetostriktion er lav i begge retninger. Dette materiale er af interesse for roterende maskiner og specielle kerner, hvor fluxretningen ændres kontinuerligt.

Når siliciumindholdet hæves til 6,5 vægt%, når materialet næsten -nul magnetostriktion, højere elektrisk resistivitet og lavere hvirvelstrømtab, hvilket giver overlegen ydeevne ved forhøjet frekvens. Høj-siliciumstål er derfor en ideel kandidat til lav-støj, lavt-tab høj-frekvente transformatorer og reaktorer, og det er fortsat et aktivt forskningsemne, fordi det høje siliciumindhold gør båndet skørt og vanskeligt at rulle.

Ansøgningsfelter

Høj-effektive krafttransformatorer: UHV transmissionstransformatorer og distributionstransformatorer, der skal overholde strenge grænser uden-belastningstab.

Nyt energiudstyr: vind- og solcelle-invertere og-højfrekvente transformatorer til EV-opladningsbunker.

Avancerede elektriske enheder: Præcisionsinstrumenttransformatorer og højfrekvente-reaktorer, hvor lav magnetostriktion og stabil ydeevne betyder noget.

Fremtidige forskningsretninger

Inhibitor-frit kornorienteret-stål, som undgår den konventionelle inhibitorkemi, tillader lavere pladeopvarmningstemperaturer og eliminerer afkulningstrinnet, og dets produktion er delvist implementeret i fremstillingen. Der er behov for yderligere arbejde på meget tynde strimler under 0,1 mm fremstillet ved tredobbelt omkrystallisation, orienterede rene jernplader med høj mætningsinduktion og høj-isolering, ikke-forurenende isolerings- og limbelægninger. Disse udviklinger er rettet mod de samme mål: lavere tab, højere induktion og tyndere måler for den næste generation af energieffektivt-magnetisk udstyr.

FAQ

Hvad betyder B8 i specifikationer for kornorienteret-stål?

B8 er den magnetiske polarisation målt ved en magnetisk feltstyrke på 800 A/m. Det angiver, hvor let materialet kan magnetiseres, og hvor høj en fluxtæthed kernen kan nå, med værdier som 1,82 T for almindelige kvaliteter og op til 2,0 T for høje-induktionsgrader.

Hvorfor er tyndere siliciumstål bedre til-højfrekvente transformere?

Hvirvelstrømstabet stiger med kvadratet af strimmeltykkelsen, så halvering af tykkelsen reducerer hvirvelkomponenten med en faktor fire. Tyndere kvaliteter som 0,20 mm og 0,15 mm er derfor essentielle ved 400 Hz og derover.

Hvordan reducerer magnetisk domæneforfining kernetab?

Laser eller mekanisk behandling opdeler de store magnetiske domæner i mindre, hvilket forkorter vejen for domænevæggens bevægelse og reducerer det unormale hvirvelstrømtab. Det samlede kernetab af korn-orienteret stål falder med 10 % til 20 %.

Hvad er specielt ved 6,5 % siliciumstål?

Ved 6,5 vægt% silicium nærmer magnetostriktionen sig nul, resistiviteten er høj og hvirvelstrømtabet er lavt, så materialet er stille og effektivt ved høj frekvens. Ulempen er skørhed, hvilket gør rulning og håndtering vanskelig.

Hvilken kvalitet skal vælges til en distributionstransformator?

For 50 Hz distributionstransformatorer giver almindelige kvaliteter som 23Q110 eller 27Q120 et afbalanceret tab og omkostninger. Hvor intet-belastningstab dominerer driftsomkostningerne, er domæne-raffinerede eller høje-induktionskvaliteter med tab under 0,9 W/kg berettiget.

Hvad er P1.7/50?

Det er det specifikke totale kernetab i watt pr. kilogram målt ved en toppolarisering på 1,7 T og en frekvens på 50 Hz ved brug af Epstein-rammen, standardsammenligningspunktet for kornorienteret elektrisk stål.