Giải thích chi tiết về tấm thép silic dùng cho máy biến áp!

Chúng ta biết rằng máy biến áp thực tế luôn hoạt động ở trạng thái dòng điện xoay chiều, và tổn thất công suất không chỉ nằm ở điện trở của cuộn dây mà còn ở lõi sắt dưới tác động của dòng điện xoay chiều. Tổn thất công suất trong lõi sắt thường được gọi là "tổn thất sắt". Tổn thất sắt do hai nguyên nhân gây ra, một là "tổn thất trễ từ" và hai là "tổn thất dòng điện xoáy".

Tổn thất trễ từ là tổn thất sắt gây ra bởi hiện tượng trễ từ trong quá trình từ hóa lõi sắt. Độ lớn của tổn thất này tỷ lệ thuận với diện tích vùng được bao quanh bởi vòng trễ từ của vật liệu. Vòng trễ từ của thép silic hẹp, và tổn thất trễ từ của lõi sắt máy biến áp nhỏ, điều này có thể làm giảm đáng kể mức độ sinh nhiệt.

Vì thép silic có những ưu điểm nêu trên, tại sao không sử dụng một khối thép silic nguyên khối làm lõi sắt, mà còn gia công nó thành các mảnh nhỏ? Điều này là bởi vì lõi dạng mảnh có thể giảm một loại tổn thất sắt khác - "tổn thất dòng điện xoáy".

Khi máy biến áp hoạt động, có dòng điện xoay chiều trong cuộn dây, và từ thông mà nó tạo ra dĩ nhiên cũng là dòng điện xoay chiều. Từ thông biến đổi này tạo ra dòng điện cảm ứng trong lõi sắt. Dòng điện cảm ứng sinh ra trong lõi sắt lưu thông trong mặt phẳng vuông góc với hướng của từ thông, vì vậy nó được gọi là dòng điện xoáy.

Tổn thất dòng điện xoáy cũng làm nóng lõi. Để giảm tổn thất dòng điện xoáy, lõi sắt của máy biến áp được làm bằng các tấm thép silic cách điện với nhau, sao cho dòng điện xoáy đi qua tiết diện nhỏ trong một vòng hẹp và dài để tăng điện trở trên đường dẫn dòng điện xoáy; đồng thời, silic trong thép silic làm tăng điện trở suất của vật liệu, điều này cũng có tác dụng giảm dòng điện xoáy.

Đối với lõi sắt của máy biến áp, người ta thường sử dụng tấm thép silic cán nguội có độ dày 0,35mm. Tùy theo kích thước lõi sắt cần thiết, tấm thép được cắt thành một đoạn dài, sau đó ghép chồng lên nhau thành hình "mặt trời" hoặc hình "miệng". Về lý thuyết, để giảm dòng điện xoáy, độ dày của tấm thép silic càng mỏng và chiều rộng của các mảnh ghép càng hẹp thì hiệu quả càng tốt. Điều này không chỉ giảm tổn thất do dòng điện xoáy và sự tăng nhiệt độ, mà còn tiết kiệm vật liệu sử dụng cho tấm thép silic.

Nhưng thực tế, khi chế tạo lõi sắt từ thép tấm silic, không chỉ có những yếu tố thuận lợi nêu trên, mà việc sản xuất lõi sắt còn làm tăng đáng kể số giờ công và giảm tiết diện hiệu dụng của lõi. Do đó, khi sử dụng thép tấm silic để chế tạo lõi máy biến áp, chúng ta phải xem xét tình hình cụ thể, cân nhắc ưu nhược điểm và lựa chọn kích thước tối ưu nhất.

Máy biến áp được chế tạo theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Nó có hai cuộn dây, một cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp, được quấn trên lõi kín. Khi cuộn sơ cấp được cấp điện áp xoay chiều, dòng điện xoay chiều sẽ chạy qua, tạo ra từ trường và từ thông chính xoay chiều trong lõi sắt dưới tác dụng của từ trường.

Còn về lý do tại sao nó có thể được tăng cường và giảm bớt? Thì cần phải giải thích bằng định luật Lenz. Từ thông sinh ra bởi dòng điện cảm ứng luôn cản trở sự thay đổi của từ thông vòng. Khi từ thông ban đầu tăng lên, từ thông sinh ra bởi dòng điện cảm ứng sẽ ngược chiều với từ thông ban đầu, tức là từ thông cảm ứng thứ cấp do cuộn dây tạo ra ngược chiều với từ thông chính do cuộn dây sơ cấp tạo ra, do đó một điện áp xoay chiều mức thấp xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp. Vì vậy, lõi sắt là bộ phận mạch từ của máy biến áp.

Tấm thép silic

Thép tấm silic dùng trong ngành điện thường được gọi là thép tấm silic hoặc thép tấm silicon. Như tên gọi cho thấy, đây là loại thép silic điện có hàm lượng silic cao từ 0,8% đến 4,8%, được sản xuất bằng phương pháp cán nóng và cán nguội. Thông thường, độ dày dưới 1mm, nên được gọi là tấm mỏng. Nhìn chung, thép tấm silic thuộc loại tấm, và là một ngành độc lập do mục đích sử dụng đặc biệt của nó. Thép tấm silic dùng trong ngành điện có tính chất điện từ tuyệt vời và là vật liệu từ tính không thể thiếu và quan trọng trong ngành điện lực, viễn thông và thiết bị đo lường.

(1) Phân loại tấm thép silic

A. Thép tấm silic có thể được chia thành loại silic thấp và silic cao dựa theo hàm lượng silic. Thép tấm silic thấp chứa ít hơn 2,8% silic, có độ bền cơ học nhất định và chủ yếu được sử dụng trong sản xuất động cơ, thường được gọi là thép silic động cơ; còn loại dùng để sản xuất lõi máy biến áp, thường được gọi là thép silic máy biến áp. Trên thực tế, không có ranh giới rõ ràng giữa hai loại này, và thép tấm silic cao thường được sử dụng để sản xuất các động cơ lớn.

B. Theo công nghệ sản xuất và gia công, có thể chia thành hai loại: cán nóng và cán nguội, và cán nguội có thể chia thành hai loại: không định hướng và định hướng. Tấm cán nguội có độ dày đồng đều, chất lượng bề mặt tốt và tính chất từ ​​tính cao. Do đó, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp, tấm cán nóng có xu hướng được thay thế bằng tấm cán nguội theo phương châm "thay nhiệt bằng nguội".

(2) Chỉ số hiệu suất của tấm thép silic

A. Hàm lượng sắt thấp. Đây là chỉ số quan trọng nhất về chất lượng, tất cả các quốc gia trên thế giới đều phân loại theo giá trị hàm lượng sắt. Hàm lượng sắt càng thấp, cấp độ càng cao và chất lượng càng tốt.

B, cường độ cảm ứng từ cao. Dưới cùng một từ trường, có thể thu được tấm thép silic có cảm ứng từ cao hơn, và thể tích cũng như trọng lượng của lõi sắt động cơ hoặc máy biến áp được làm từ nó tương đối nhỏ, giúp tiết kiệm đáng kể thép silic, dây đồng và vật liệu cách điện.

C, hệ số xếp chồng cao. Bề mặt tấm thép silic nhẵn, phẳng và có độ dày đồng đều, hệ số xếp chồng của lõi sắt được cải thiện.

D. Khả năng đục lỗ tốt. Điều này thậm chí còn quan trọng hơn đối với việc sản xuất các lõi động cơ nhỏ, siêu nhỏ.

E. Bề mặt có độ bám dính và khả năng hàn tốt với màng cách điện.

F. Lão hóa từ tính G. Tấm thép silic phải được giao sau khi ủ và tẩy gỉ.

(1) Tấm thép silic cán nóng dùng cho điện (GB5212-85) Tấm thép silic cán nóng dùng cho điện được làm từ hợp kim từ mềm ferrosilicon có tổn thất cacbon thấp và được cán nóng thành tấm có độ dày dưới 1mm. Tấm thép silic cán nóng dùng cho điện còn được gọi là tấm thép silic cán nóng. Tấm thép silic cán nóng có thể được chia thành tấm thép silic thấp (Si≤2,8%) và tấm thép silic cao (Si≤4,8%) theo hàm lượng silic của chúng.

(2) Tấm thép silic cán nguội điện (GB2521-88) được làm từ thép silic điện có hàm lượng silic từ 0,8% đến 4,8% và được cán nguội. Tấm thép silic cán nguội được chia thành hai loại: thép dải không hạt và thép dải có hạt. Thép dải điện cán nguội có đặc điểm là bề mặt nhẵn, độ dày đồng đều, hệ số xếp chồng cao, khả năng đột dập tốt, và có cảm ứng từ cao hơn và tổn hao sắt thấp hơn so với thép dải điện cán nóng. Sử dụng thép dải cán nguội thay vì thép dải cán nóng để sản xuất động cơ hoặc máy biến áp có thể giảm trọng lượng và thể tích của chúng từ 0% đến 25%.

Nếu sử dụng thép tấm cán nguội định hướng, hiệu suất sẽ tốt hơn. Sử dụng nó để thay thế thép tấm cán nóng hoặc thép tấm cán nguội chất lượng thấp có thể giảm mức tiêu thụ điện năng của máy biến áp từ 45% đến 50%, và hiệu suất hoạt động của máy biến áp đáng tin cậy hơn. Được sử dụng trong sản xuất động cơ và máy biến áp. Nói chung, thép tấm cán nguội định hướng được sử dụng làm lõi sắt cho động cơ hoặc máy biến áp hàn, v.v.; thép tấm cán nguội định hướng được sử dụng làm lõi sắt cho máy biến áp điện lực, máy biến áp xung, bộ khuếch đại từ tính, v.v. Thông số kỹ thuật và kích thước thép tấm: độ dày 0,35, 0,50, 0,65mm, chiều rộng 800-1000mm, và chiều dài ≤2,0m.

(3) Tấm thép silic cán nóng dùng cho thiết bị gia dụng (GBH46002-90) Mác thép tấm silic cán nóng dùng cho thiết bị gia dụng được ký hiệu là J (gia dụng) D (điện) R (cán nóng), tức là JDR. Số sau JDR là giá trị tổn hao sắt*100, và số sau đường ngang là độ dày của tấm thép (mm)*100. Yêu cầu về hiệu suất điện từ của tấm thép silic cán nóng dùng cho thiết bị gia dụng có thể thấp hơn một chút, và giá trị tổn hao sắt tối thiểu (P15/50) là 5,40W/kg. Thường được giao mà không qua xử lý giặt. Động cơ vi sai được sử dụng trong các thiết bị gia dụng khác nhau như quạt điện, máy giặt, máy hút bụi, máy hút mùi, v.v.