Primjena silikonskog čelika: od jezgara motora do jezgara transformatora

Šta je silicijum čelik i zašto se široko koristi?

Silicijum čelik, takođe poznat kao električni čelik ili čelik za laminiranje, je legura gvožđa{0}}silikona koja sadrži otprilike 0,5% do 3,5% silicijuma po težini. Dodavanje silicijuma povećava električnu otpornost, što naglo smanjuje gubitke vrtložnih{4}}struja u naizmjeničnim magnetnim poljima, dok pažljivo kontrolirani metalurški proces razvija magnetnu teksturu koja materijalu daje male gubitke u jezgri i visoku permeabilnost. Zbog ovih svojstava, silicijum čelik je dominantan meki magnetni materijal u energetskoj i elektromehaničkoj opremi koja radi na 50 Hz ili 60 Hz, od malih motora-konjske snage do velikih jezgara generatora i transformatora. Materijal se isporučuje u tankim listovima, obično debljine 0,23 mm do 0,50 mm, koji se izbijaju ili seku u laminacije i slažu da bi se napravila jezgra.

Glavni scenariji primjene silikonskog čelika

Primjene silikonskog čelika mogu se grupirati u pet glavnih područja, od kojih svako ima različite zahtjeve za kvalitetu i prioritete performansi.

1. Velika-Elektromehanička oprema

Oprema za proizvodnju energije kao što su vjetroturbine, termalni generatori i hidroelektrane koristi ne-orijentisani silikonski čelik za proizvodnju jezgara statora i rotora generatora. Materijal omogućava efikasnu elektromagnetnu konverziju i direktno poboljšava efikasnost proizvodnje energije. Generatori velikog{3}}kapaciteta obično specificiraju ne-neorijentisani čelik srednjeg do visokog kvaliteta sa malim tolerancijama debljine i ravnosti jer se gubici u jezgru akumuliraju u veoma velikim aktivnim masama.

2. Kućni aparati

Motori u kućnim aparatima kao što su mašine za pranje veša, ventilatori i pumpe koriste ne-orijentisani silikonski čelik. Iako je potrošnja po jedinici mala, ogromna godišnja proizvodnja kućanskih aparata čini ovaj segment jednim od najvećih potrošača elektro čelika u cjelini. Motori-kompresora klima uređaja su značajan primjer: kako se propisi o energetskoj efikasnosti pooštravaju, potražnja za visoko{4}}ne-orijentisanim silikonskim čelikom visokog kvaliteta sa nižim specifičnim gubicima u jezgri značajno je porasla.

3. Nova energetska vozila

Vučni pogonski motori novih energetskih vozila zahtijevaju silicijumski čelik sa kombinacijom visoke magnetne indukcije, niskog gubitka jezgre pri visokoj frekvenciji i dobre mehaničke čvrstoće. Za poboljšanje performansi motora i gustine snage, jezgra statora i rotora u osnovi koriste visoko-ne-orijentisani silikonski čelik, osiguravajući efikasan rad u cijelom rasponu brzina. Mnogi EV motori također koriste tanje slojeve (0,25 mm ili 0,20 mm) da smanje gubitke visoko{6}}vrlotnih{7}}struja na visokoj frekvenciji tokom-brzine rotacije.

4. Industrijska mala i srednja-elektromehanička oprema

Motori za opremu kao što su mlinovi za valjanje, dizalice, kompresori i alatni strojevi zahtijevaju jezgra od silikonskog čelika kako bi pružili visoki okretni moment i pouzdanu snagu pod velikim opterećenjem. Ove aplikacije rade u teškim uslovima, tako da čelik mora kombinovati stabilna magnetna svojstva sa dobrim kvalitetom probijanja i mehaničkom konzistencijom.

5. Transformatori, pretvarači i slični statički uređaji

Silicijumski čelik -orijentisan na zrno (CRGO) se uglavnom koristi u jezgrama transformatora, strujnih transformatora i reaktora. Sa napretkom izgradnje elektroenergetskih mreža, projektima prijenosa ultra-visokog napona i strožim standardima energetske efikasnosti transformatora, potražnja za visoko-magnetnim-indukcijskim zrno-orijentiranim silicijum čelikom nastavlja rasti. Za distributivne i energetske transformatore, izbor razreda direktno određuje usklađenost bez-gubitaka bez opterećenja prema standardima kao što su GB 20052-2024 i IEC 60076-20.

Ključne karakteristike koje pokreću izbor aplikacija

Odlična magnetna svojstva: visoka permeabilnost smanjuje reluktantnost magnetnog kola, a mali gubitak željeza (gubitak histereze plus gubitak vrtložne{0}}struje) smanjuje potrošnju energije opreme i porast temperature.

Snažna prilagodljivost procesa: silikonski čelik se može valjati u tanke limove ispod 1 mm; hladno{1}}proizvodi nude ujednačenu debljinu, ravnu površinu i dobre performanse štancanja, pogodni za masovnu proizvodnju ploča motora i transformatora.

Visoka stabilnost: silikonski čelik gotovo ne pokazuje magnetsko starenje, tako da magnetna svojstva ne opadaju primjetno nakon-dugotrajne upotrebe, što odgovara opremi dizajniranoj za decenije neprekidnog rada.

Orijentisano na žitarice-Vs Ne-Orijentirano: kako odabrati

Silicijumski čelik{0}}usmjeren na zrno se obrađuje tako da su kristalna zrna poravnata u smjeru valjanja, dajući vrlo male gubitke u jezgri i visoku propusnost kada put fluksa slijedi smjer valjanja. Stoga se koristi za jezgre transformatora, gdje je smjer fluksa kontroliran geometrijom jezgra. Ne-orijentisani silicijum čelik ima izotropnu magnetnu strukturu i koristi se tamo gde se smer fluksa rotira, kao što su statori motora i rotori. Kao pravilo: ako je magnetno kolo statičko i usmjereno, odaberite zrna{5}}orijentisane klase; ako se rotira, izaberite ne-orijentisane ocjene.

Uobičajene klase silicijumskog čelika i tipična svojstva

Tabele u nastavku navode reprezentativne klase{0}}orijentirane na zrno i njihove tipične garantirane vrijednosti, koje se odnose na metode procjene GB/T 2521.1-2016 i GB/T 2521.2-2016. Gubitak jezgre se mjeri na 1,7 T i 50 Hz osim ako nije drugačije navedeno; indukcija se mjeri na 800 A/m (B800). Stvarne certifikacijske vrijednosti slijede certifikat o ispitivanju mlina za svaku zavojnicu.

Konvencionalni{0}}klasi orijentirani na zrno (0,23-0,30 mm)

Ocjena	Tipična debljina (mm)	Maksimalni gubitak jezgre pri 1,7 T / 50 Hz (W/kg)	Minimalna indukcija na B800 (T)	Tipični faktor slaganja (%)
23Q110	0.23	1.10	1.82	97.2
23Q120	0.23	1.20	1.82	97.2
27Q120	0.27	1.20	1.82	97.5
30G120	0.30	1.20	1.82	98.0

Visoke-indukcije i domene{1}}Rafinirane ocjene

Ocjena	Tip	Maksimalni gubitak jezgre pri 1,7 T / 50 Hz (W/kg)	Minimalna indukcija na B800 (T)
23QG095	Visoka indukcija	0.95	1.88
23QG100	Visoka indukcija	1.00	1.89
27QG100	Visoka indukcija	1.00	1.89
23RK085	Rafinirana domena (lasersko ispisivanje)	0.85	1.88
23RK080	Rafinirana domena (lasersko ispisivanje)	0.80	1.88
20QG085	Visoka indukcija, 0,20 mm	0.85	1.86
23RK075	Rafinirana domena (lasersko ispisivanje)	0.75	1.88

Klase sa nižim brojevima gubitaka jezgre generalno koštaju više, ali daju manje gubitke bez-opterećenja u gotovom transformatoru, zbog čega premium distributivni transformatori specificiraju domene{1}}rafinirane ili visoke-indukcijske klase za energetsku efikasnost razreda 1.

Napomene o primjeni i uobičajene zablude

Ne sudite o sloju samo po debljini: konvencionalni sloj od 0,23 mm može imati veće gubitke od indukcijskog sloja visine 0,27 mm. Uvijek usporedite zajamčenu vrijednost W/kg pri istoj indukciji i frekvenciji.

Rukovati i rezati orijentirani čelik duž smjera valjanja za jezgra transformatora; sečenje u suprotnom smjeru degradira magnetne performanse i povećava buku.

Faktor slaganja je bitan: niži faktor slaganja znači manji efektivni poprečni-presjek i veću gustinu fluksa za istu zapreminu jezgra, što povećava gubitak jezgra i struju magnetiziranja.

Žarenje nakon rezanja preporučuje se za probušene transformatorske lamele kako bi se ublažila mehanička naprezanja uzrokovana šišanjem i probijanjem.

FAQ

Koja je razlika između silikonskog čelika i običnog čelika?

Silicijum čelik sadrži 0,5-3,5% silicijuma, što povećava električnu otpornost i smanjuje gubitke vrtložnih{3}}struja u naizmeničnim poljima. Također se obrađuje kako bi se razvila povoljna magnetna tekstura, tako da je gubitak u jezgri mali dio od običnog čelika s niskim udjelom ugljika.

Koji se silikonski čelik koristi za jezgra transformatora?

Jezgra transformatora koriste silicijumski čelik orijentisan na zrno-, obično debljine od 0,23 mm do 0,30 mm. Distributivni transformatori obično koriste razrede kao što su 23Q110, 27QG100 ili{8}}pročišćene klase kao što je 23RK085 u zavisnosti od zahtevane klase energetske efikasnosti.

Zašto jezgra motora koriste ne-orijentirani silikonski čelik?

U motorima magnetni tok rotira sa pozicijom rotora, tako da materijal jezgre mora imati ujednačena magnetna svojstva u svim smjerovima. Ne-orijentirani silicijum čelik je izotropan i stoga pogodan za laminacije statora i rotora.

Da li korištenje niže-ocjene gubitka uvijek poboljšava efikasnost motora?

Ne proporcionalno. Gubitak jezgra je jedan dio ukupnog gubitka motora; Gubitak bakra u namotaju, trenje i nagib su takođe važni. Čelik sa manjim-gubicima najviše poboljšava efikasnost kod motora sa visokim radnim ciklusima i visokim radnim frekvencijama, kao što su kompresorski i vučni motori.

Da li se jezgra od silikonskog čelika mogu reciklirati ili ponovo koristiti?

Otpad od silikonskog čelika se u potpunosti može reciklirati i vrijedan je input za električnu proizvodnju čelika. Laminati sa otpadnih transformatora i motora se rutinski prikupljaju; međutim, jezgre nikada ne bi trebalo ponovo koristiti direktno u novoj opremi jer sečenje i demontaža oštećuju magnetna svojstva i izolacioni premaz.