Podrobna razlaga transformatorske silikonske jeklene pločevine!

Vemo, da dejanski transformator vedno deluje v stanju izmeničnega toka, izguba moči pa ni le v upornosti tuljave, temveč tudi v železnem jedru zaradi magnetizacije izmeničnega toka. Izguba moči v železnem jedru se običajno imenuje "izguba v železu". Izguba v železu je posledica dveh razlogov, eden je "histerezna izguba" in drugi je "izguba zaradi vrtinčnih tokov".

Izguba histereze je izguba železa, ki jo povzroči histerezni pojav med procesom magnetizacije železnega jedra. Velikost te izgube je sorazmerna z velikostjo površine, ki jo obdaja histerezna zanka materiala. Histerezna zanka silicijevega jekla je ozka, histerezna izguba železnega jedra transformatorja pa majhna, kar lahko močno zmanjša stopnjo nastajanja toplote.

Ker ima silicijevo jeklo zgoraj navedene prednosti, zakaj ne bi uporabili celega kosa silicijevega jekla kot železno jedro, ampak ga predelali tudi v luske? Jedro čipa lahko namreč zmanjša še eno vrsto izgub železa - "izgube zaradi vrtinčnih tokov".

Ko transformator deluje, je v tuljavi izmenični tok, magnetni pretok, ki ga proizvaja, pa je seveda izmenični. Ta spreminjajoči se magnetni pretok inducira tok v železnem jedru. Inducirani tok, ki nastane v železnem jedru, kroži v ravnini, pravokotni na smer magnetnega pretoka, zato se imenuje vrtinčni tok.

Izgube zaradi vrtinčnih tokov prav tako segrevajo jedro. Da bi zmanjšali izgube zaradi vrtinčnih tokov, je železno jedro transformatorja izdelano iz silicijevega jekla, ki sta med seboj izolirani, tako da vrtinčni tok prehaja skozi majhen presek v ozki in dolgi zanki, kar poveča upornost na poti vrtinčnih tokov; hkrati silicij v silicijevem jeklu poveča upornost materiala, kar prav tako zmanjšuje vrtinčne tokove.

Za železno jedro transformatorja se običajno uporablja hladno valjana pločevina iz silicijevega jekla debeline 0,35 mm. Glede na velikost potrebnega železnega jedra se ta razreže na dolge kose, ki se nato prekrivajo v obliko "dna" ali "ustja". Teoretično gledano, za zmanjšanje vrtinčnih tokov velja, da tanjša kot je debelina pločevine iz silicijevega jekla in ožja kot je spojena pločevina, boljši je učinek. To ne le zmanjša izgube zaradi vrtinčnih tokov in dvig temperature, ampak tudi prihrani materiale, uporabljene za pločevino iz silicijevega jekla.

Pri izdelavi železnega jedra iz silicijevega jekla pa dejansko ne gre le za zgoraj omenjene ugodne dejavnike, saj bo proizvodnja železnega jedra močno povečala delovne ure in zmanjšala efektivni presek železnega jedra. Zato moramo pri uporabi silicijevega jekla za izdelavo transformatorskih jeder izhajati iz specifične situacije, pretehtati prednosti in slabosti ter izbrati najboljšo velikost.

Transformatorji so izdelani po načelu elektromagnetne indukcije. Na zaprtem jedru sta navita dva navitja, primarno in sekundarno. Ko je primarno navitje napačno napajano z izmenično napetostjo, se v začetni skupini Rao pojavi izmenični tok, vzpostavi se magnetni potencial in v železnem jedru se pod delovanjem magnetnega potenciala ustvari izmenični glavni magnetni tok.

Zakaj se lahko poveča in zmanjša? Potem je treba to razložiti z Lenzovim zakonom. Magnetni tok, ki ga ustvarja inducirani tok, vedno ovira spremembo krožnega magnetnega pretoka. Ko se začetni magnetni tok poveča, je magnetni tok, ki ga ustvarja inducirani tok, nasproten prvotnemu magnetnemu toku, torej drugi. Inducirani magnetni tok, ki ga ustvarja navitje, je nasproten glavnemu magnetnemu toku, ki ga ustvarja primarno navitje, zato se v sekundarnem navitju pojavi nizka izmenična napetost. Zato je železno jedro del magnetnega vezja transformatorja.

Silikonska jeklena pločevina

Silicijeva jeklena pločevina za električno uporabo je splošno znana kot silicijeva jeklena pločevina ali silicijeva jeklena pločevina. Kot že ime pove, gre za električno silicijev jeklo z vsebnostjo silicija od 0,8 % do 4,8 %, ki se izdeluje s toplim in hladnim valjanjem. Debelina je običajno manjša od 1 mm, zato se imenuje tanka plošča. V širšem smislu silicijeva jeklena pločevina spada v kategorijo plošč in je zaradi svojega posebnega namena samostojna veja. Silicijeva jeklena pločevina za električno uporabo ima odlične elektromagnetne lastnosti in je nepogrešljiv in pomemben magnetni material v elektroenergetski, telekomunikacijski in instrumentalni industriji.

(1) Razvrstitev plošč iz silicijevega jekla

A. Plošče iz silicijevega jekla lahko glede na vsebnost silicija razdelimo na plošče z nizko vsebnostjo silicija in plošče z visoko vsebnostjo silicija. Plošče z nizko vsebnostjo silicija vsebujejo manj kot 2,8 % silicija, ki ima določeno mehansko trdnost, in se uporabljajo predvsem pri izdelavi motorjev, splošno znanih kot silicijevega jekla za motorje; za izdelavo transformatorskih jeder, splošno znanih kot plošče iz silicijevega jekla za transformatorje. V dejanski uporabi ni stroge meje med obema, plošče z visoko vsebnostjo silicija pa se pogosto uporabljajo za izdelavo velikih motorjev.

B. Glede na tehnologijo proizvodnje in obdelave se lahko razdeli na dve vrsti: vroče valjanje in hladno valjanje, hladno valjanje pa na dve vrsti: neorientirano in orientirano. Hladno valjane pločevine imajo enakomerno debelino, dobro kakovost površine in visoke magnetne lastnosti. Zato se z razvojem industrije vroče valjane pločevine nagibajo k zamenjavi s hladno valjanimi pločevinami. ("nadomeščanje toplote s hladno").

(2) Indeks učinkovitosti silicijeve jeklene pločevine

A. Nizka izguba železa. Najpomembnejši kazalnik kakovosti, vse države na svetu delijo stopnje glede na vrednost izgube železa. Nižja kot je izguba železa, višja je stopnja in višja je kakovost.

B, visoka intenzivnost magnetne indukcije. Pod istim magnetnim poljem je mogoče dobiti silicijev jekleni listi z višjo magnetno indukcijo, prostornina in teža motornega ali transformatorskega železnega jedra pa sta relativno majhna, kar lahko relativno prihrani silicijev jekleni listi, bakreno žico in izolacijske materiale.

C, koeficient zlaganja je visok. Površina silicijeve jeklene pločevine je gladka, ravna in enakomerne debeline, koeficient zlaganja železnega jedra pa je izboljšan.

D. Dobra prebojnost. To je še toliko bolj pomembno za izdelavo majhnih, miniaturnih jeder motorjev.

E. Površina ima dober oprijem in varljivost z izolacijsko folijo.

F. Magnetno staranje G. Pločevina iz silicijevega jekla se dostavi po žarjenju in dekapiranju.

(1) Vroče valjana plošča iz silicijevega jekla za električno uporabo (GB5212-85) Vroče valjana plošča iz silicijevega jekla za električno uporabo je izdelana iz ferosilicijeve mehkomagnetne zlitine z nizko izgubo ogljika in je vroče valjana v ploščo debeline manj kot 1 mm. Vroče valjana plošča iz silicijevega jekla za električno uporabo se imenuje tudi vroče valjana plošča iz silicijevega jekla. Vroče valjane plošče iz silicijevega jekla lahko glede na vsebnost silicija razdelimo na plošče z nizko vsebnostjo silicija (Si≤2,8 %) in visoko vsebnostjo silicija (Si≤4,8 %).

(2) Hladno valjana pločevina iz silicijevega jekla za elektrotehniko (GB2521-88) je izdelana iz silicijevega jekla za elektrotehniko, ki vsebuje 0,8–4,8 % silicija, in je hladno valjana. Hladno valjane pločevine iz silicijevega jekla so razdeljene na dve vrsti: trakovi brez zrn in trakovi z orientiranimi zrni. Hladno valjani trakovi iz elektrotehnike imajo gladko površino, enakomerno debelino, visok koeficient zlaganja, dobro prebijanje ter večjo magnetno indukcijo in manjše izgube železa kot toplo valjani trakovi iz elektrotehnike. Uporaba hladno valjanih trakov namesto vročih trakov za izdelavo motorjev ali transformatorjev lahko zmanjša njihovo težo in prostornino za 0–25 %.

Če se uporabi hladno valjani orientirani trak, je delovanje boljše. Z njegovo uporabo namesto vroče valjanega traku ali nizkokakovostnega hladno valjanega traku se lahko poraba energije transformatorja zmanjša za 45–50 %, delovna zmogljivost transformatorja pa je zanesljivejša. Uporablja se pri izdelavi motorjev in transformatorjev. Na splošno se hladno valjani trakovi z orientiranim zrnom uporabljajo kot ohišje za motorje ali varilne transformatorje itd.; hladno valjani trakovi z orientiranim zrnom se uporabljajo kot železna jedra za energetske transformatorje, impulzne transformatorje, magnetne ojačevalnike in podobno. Specifikacije in dimenzije jeklene plošče: debelina 0,35, 0,50, 0,65 mm, širina 800–1000 mm in dolžina ≤ 2,0 m.

(3) Vroče valjana silicijeva jeklena pločevina za gospodinjske aparate (GBH46002-90) Vrsta vroče valjane silicijeve jeklene pločevine za gospodinjske aparate je predstavljena z J (dom) D (elektrika) R (vroče valjanje), in sicer JDR. Številka za JDR je vrednost izgube železa * 100, številka za vodoravno črto pa debelina jeklene pločevine (mm) * 100. Zahteve glede elektromagnetne učinkovitosti vroče valjane silicijeve jeklene pločevine za gospodinjske aparate so lahko nekoliko nižje, minimalna vrednost izgube železa (P15/50) pa je 5,40 W/kg. Običajno se dobavlja brez pranja. Diferencialni motorji se uporabljajo v različnih gospodinjskih aparatih, kot so električni ventilatorji, pralni stroji, sesalniki, kuhinjske nape itd.