Подробное описание листовой кремниевой стали для трансформаторов!

Известно, что трансформатор всегда работает в режиме переменного тока, и потери мощности происходят не только в сопротивлении катушки, но и в железном сердечнике под воздействием намагничивания переменного тока. Потери мощности в железном сердечнике обычно называют «потерями в железе». Эти потери обусловлены двумя причинами: «гистерезисными потерями» и «потерями от вихревых токов».

Гистерезисные потери — это потери в железе, вызванные явлением гистерезиса в процессе намагничивания железного сердечника. Величина этих потерь пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса материала. Петля гистерезиса кремнистой стали узкая, и гистерезисные потери в железном сердечнике трансформатора малы, что позволяет значительно снизить степень тепловыделения.

Поскольку кремниевая сталь обладает вышеперечисленными преимуществами, почему бы не использовать цельный кусок кремниевой стали в качестве железного сердечника, а также переработать его в хлопья? Это связано с тем, что сердечник из стружек может уменьшить другой вид потерь в железе — «потери от вихревых токов».

Когда трансформатор работает, в катушке протекает переменный ток, и создаваемый им магнитный поток, конечно же, тоже переменный. Этот изменяющийся магнитный поток индуцирует ток в железном сердечнике. Индуцированный ток, генерируемый в железном сердечнике, циркулирует в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного потока, поэтому он называется вихревым током.

Потери от вихревых токов также приводят к нагреву сердечника. Для уменьшения потерь от вихревых токов железный сердечник трансформатора изготавливается из изолированных друг от друга листов кремнистой стали, благодаря чему вихревые токи проходят через узкое и длинное сечение, увеличивая сопротивление на пути вихревых токов; одновременно кремний в кремнистой стали повышает удельное сопротивление материала, что также способствует уменьшению вихревых токов.

Для сердечника трансформатора обычно используется холоднокатаный лист кремнистой стали толщиной 0,35 мм. В зависимости от требуемого размера сердечника его разрезают на длинный кусок, а затем соединяют в виде «воротника» или «отверстия». Теоретически, для уменьшения вихревых токов, чем тоньше лист кремнистой стали и чем уже соединенный лист, тем лучше эффект. Это не только снижает потери от вихревых токов и повышение температуры, но и экономит материалы, используемые для изготовления листов кремнистой стали.

Однако на самом деле при изготовлении сердечника из листовой стали с кремнеземом важны не только вышеупомянутые благоприятные факторы, поскольку производство железного сердечника значительно увеличивает трудозатраты и уменьшает эффективное поперечное сечение. Поэтому при использовании листовой стали с кремнеземом для изготовления сердечников трансформаторов необходимо исходить из конкретной ситуации, взвешивать все «за» и «против» и выбирать оптимальный размер.

Трансформаторы изготавливаются по принципу электромагнитной индукции. На замкнутом сердечнике намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, в ней возникает переменный ток в исходной группе Рао, устанавливается магнитный потенциал, и под действием этого магнитного потенциала в железном сердечнике генерируется переменный основной магнитный поток.

Что касается возможности усиления и ослабления магнитного потока, то здесь необходимо обратиться к закону Ленца. Магнитный поток, создаваемый индуцированным током, всегда препятствует изменению кругового магнитного потока. Когда исходный магнитный поток увеличивается, магнитный поток, создаваемый индуцированным током, становится противоположным исходному магнитному потоку, то есть второй индуцированный магнитный поток, создаваемый обмоткой, становится противоположным основному магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой, поэтому во вторичной обмотке появляется низковольтное переменное напряжение. Следовательно, железный сердечник является частью магнитной цепи трансформатора.

Лист кремниевой стали

Листовая кремниевая сталь для электротехнических целей обычно известна как листовая кремниевая сталь или листовая кремниевая сталь. Как следует из названия, это электротехническая кремниевая сталь с содержанием кремния от 0,8% до 4,8%, получаемая методом горячей и холодной прокатки. Обычно ее толщина составляет менее 1 мм, поэтому ее называют тонкой пластиной. В широком смысле листовая кремниевая сталь относится к категории листов и является самостоятельной отраслью благодаря своему специфическому назначению. Листовая кремниевая сталь для электротехнических целей обладает превосходными электромагнитными свойствами и является незаменимым и важным магнитным материалом в электроэнергетике, телекоммуникациях и приборостроении.

(1) Классификация листов кремнистой стали

А. Листы кремнеземной стали можно разделить на низкокремниевые и высококремниевые в зависимости от содержания кремния. Низкокремниевые пластины содержат менее 2,8% кремния, обладают определенной механической прочностью и в основном используются в производстве электродвигателей, обычно называемые моторной кремнеземной сталью; для производства сердечников трансформаторов обычно используются трансформаторные кремнеземные листы. В практическом применении четкой границы между ними нет, и высококремниевые пластины часто используются для производства крупных электродвигателей.

В. В зависимости от технологии производства и обработки, листы можно разделить на два типа: горячая и холодная прокатка, а холодная прокатка, в свою очередь, делится на два типа: неориентированная и ориентированная. Холоднокатаные листы обладают равномерной толщиной, хорошим качеством поверхности и высокими магнитными свойствами. Поэтому с развитием промышленности горячекатаные листы все чаще заменяются холоднокатаными (замена тепла холодом).

(2) Показатель качества листовой кремниевой стали

А. Низкие потери железа. Это важнейший показатель качества, который во всех странах мира учитывается при классификации сортов зерна по показателю потерь железа. Чем ниже потери железа, тем выше сорт и качество зерна.

В) высокая интенсивность магнитной индукции. При одинаковом магнитном поле можно получить лист кремнистой стали с более высокой магнитной индукцией, при этом объем и вес изготовленного из него железного сердечника двигателя или трансформатора относительно невелики, что позволяет экономить лист кремнистой стали, медную проволоку и изоляционные материалы.

В случае С коэффициент укладки высок. Поверхность листа кремнистой стали гладкая, ровная и имеет равномерную толщину, что повышает коэффициент укладки железного сердечника.

D. Хорошая пробивная способность. Это еще более важно для производства небольших, миниатюрных сердечников электродвигателей.

Е. Поверхность обладает хорошей адгезией и свариваемостью к изоляционной пленке.

F. Магнитное старение. G. Листы из кремнистой стали должны поставляться после отжига и травления.

(1) Горячекатаный лист из кремнеземной стали для электротехнических целей (GB5212-85) Горячекатаный лист из кремнеземной стали для электротехнических целей изготавливается из мягкого магнитного сплава ферросилиция с низкими потерями углерода и горячекатается в лист толщиной менее 1 мм. Горячекатаный лист из кремнеземной стали для электротехнических целей также называется горячекатаным листом из кремнеземной стали. Горячекатаные листы из кремнеземной стали можно разделить на листы с низким содержанием кремния (Si≤2,8%) и с высоким содержанием кремния (Si≤4,8%) в зависимости от содержания кремния.

(2) Электротехническая холоднокатаная кремнеземная сталь (GB2521-88) изготавливается из электротехнической кремнеземной стали, содержащей 0,8%-4,8% кремния, и подвергается холодной прокатке. Холоднокатаные листы из кремнеземной стали делятся на два типа: бесзернистые и зернистоориентированные стальные полосы. Холоднокатаная электротехническая стальная полоса обладает такими характеристиками, как гладкая поверхность, равномерная толщина, высокий коэффициент укладки, хорошие характеристики штамповки, а также более высокая магнитная индукция и меньшие потери железа по сравнению с горячекатаной электротехнической стальной полосой. Использование холодных полос вместо горячекатаных при производстве двигателей или трансформаторов позволяет снизить их вес и объем на 0%-25%.

Использование холоднокатаной ориентированной полосы обеспечивает лучшие характеристики. Замена ею горячекатаной полосы или низкосортной холоднокатаной полосы позволяет снизить энергопотребление трансформатора на 45-50%, а также повысить надежность его работы. Используется в производстве двигателей и трансформаторов. Как правило, ориентированная по зерну холоднокатаная полоса используется в качестве сердечника двигателей или сварочных трансформаторов и т. д.; ориентированная по зерну холоднокатаная полоса используется в качестве сердечника силовых трансформаторов, импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и т.п. Технические характеристики и размеры стальной пластины: толщина 0,35, 0,50, 0,65 мм, ширина 800-1000 мм, длина ≤2,0 м.

(3) Горячекатаный листовой прокат из кремнеземной стали для бытовой техники (GBH46002-90). Марка горячекатаного листового проката из кремнеземной стали для бытовой техники обозначается буквами J (бытовая), D (электрическая), R (горячая прокатка), то есть JDR. Число после JDR обозначает значение потерь в железе, умноженное на 100, а число после горизонтальной черты — толщину стального листа (мм) * 100. Требования к электромагнитным характеристикам горячекатаного листового проката из кремнеземной стали для бытовой техники могут быть несколько ниже, а минимальное значение потерь в железе (P15/50) составляет 5,40 Вт/кг. Обычно поставляется без промывки. Дифференциальные двигатели используются в различных бытовых приборах, таких как электрические вентиляторы, стиральные машины, пылесосы, вытяжки и т. д.