Состояние продукта и тенденции развития ориентированной электротехнической стали (кремниевой стали)

Общие направления развития ориентированной электротехнической стали

Электротехническая сталь с текстурированной-ориентированной структурой, обычно называемая ориентированной кремниевой сталью, является основным материалом силовых трансформаторов и больших вращающихся машин. Его развитие обусловлено тремя целями: снижение потерь в железе, повышение магнитной индукции и уменьшение толщины толщины. Эти улучшения напрямую сокращают потери трансформаторов на холостом ходу, которые взимаются с оператора сети в течение всего срока службы оборудования, поэтому даже небольшое снижение ватт на килограмм экономит большое количество энергии во всем парке трансформаторов.

Классы и испытания определены в таких стандартах, как GB/T 2521 и IEC 60404, при этом потери измеряются методом Эпштейна при 1,7 Тл и 50 Гц. Та же основа применяется к тонким и высоким -классам индукции, описанным ниже.

Технологии со сверх-низкими потерями железа

Три производственные технологии позволяют снизить потери в активной зоне.

Уточнение магнитных доменов: лазерное скрайбирование или аналогичная обработка разделяет магнитные домены на поверхности полосы. Это снижает аномальные потери на вихревые токи и снижает общие потери в сердечнике текстурованной стали на 10–20 %.

Покрытие, наносимое натяжением: неорганическое покрытие высокого-высокого напряжения, нанесенное на обе поверхности, снижает потери на единицу веса листа, а также улучшает коэффициент штабелирования и удобство обращения.

Более тонкие калибры: уменьшение толщины с 0,30 мм и 0,27 мм до 0,23 мм, 0,20 мм и, в конечном итоге, до 0,15 мм резко снижает потери на вихревые токи, поскольку потери на вихревые токи масштабируются пропорционально квадрату толщины. Марка толщиной 0,20 мм — это стандартный магнитомягкий материал для магнитных цепей с частотой 400 Гц, таких как источники питания самолетов и морских судов, сочетающий в себе высокую индукцию с низкими потерями на повышенной частоте.

Сорта со сверх-высокой магнитной индукцией

Высокая магнитная индукция позволяет разработчикам трансформатора повысить рабочую плотность потока, что уменьшает сечение сердечника-и, следовательно, размер и вес трансформатора при той же мощности. Используя двойную или тройную рекристаллизацию или высокотемпературный градиентный отжиг, современные марки достигают магнитной поляризации B8 от 1,95 до 2,0 Тл при напряженности поля 800 А/м. Высокие-классы индукции указаны там, где вес и размеры трансформатора имеют решающее значение, например, в передающем оборудовании сверхвысокого напряжения и больших генераторных трансформаторах.

Двойная-ориентация и содержание кремния 6,5 %

Мелко-двух-ориентированная кремниевая сталь производится методом обезуглероживания-оксида кремния и приобретает кубическую текстуру, поэтому она демонстрирует высокую индукцию как в направлении прокатки, так и в поперечном направлении. Его B8 достигает от 1,85 до 1,90 Тл в обоих направлениях, потери в сердечнике P1,7/50 ниже 1,02 Вт/кг при толщине 0,30 мм, а магнитострикция низкая в обоих направлениях. Этот материал представляет интерес для вращающихся машин и специальных сердечников, где направление потока постоянно меняется.

Когда содержание кремния увеличивается до 6,5 мас. %, материал достигает почти -нулевой магнитострикции, более высокого удельного электрического сопротивления и меньших потерь на вихревые токи, обеспечивая превосходные характеристики при повышенной частоте. Таким образом, сталь с высоким-кремнием является идеальным кандидатом для малошумных, -высокочастотных трансформаторов и реакторов с низкими-потерями и реакторами, а также остается активной темой исследований, поскольку высокое содержание кремния делает полосу хрупкой и затрудняет прокатку.

Области применения

Высокоэффективные силовые трансформаторы-: передающие трансформаторы сверхвысокого напряжения и распределительные трансформаторы, которые должны соответствовать строгим ограничениям по-потерям нагрузки.

Новое энергетическое оборудование: ветровые и солнечные инверторы, а также высокочастотные-трансформаторы для зарядных станций электромобилей.

Высококлассные-электрические устройства: прецизионные измерительные трансформаторы и высокочастотные-реакторы, для которых важны низкая магнитострикция и стабильная производительность.

Будущие направления исследований

Сталь с ориентированной добавкой-без зерна-, в которой не используется традиционный химический состав ингибиторов, позволяет снизить температуру нагрева слябов и исключить стадию обезуглероживания, а ее производство частично внедрено в производство. Необходима дальнейшая работа над очень тонкими полосами толщиной менее 0,1 мм, полученными путем тройной рекристаллизации, пластинами из ориентированного чистого железа с высокой индукцией насыщения и высоко-изоляционными, незагрязняющими-изоляционными и связующими покрытиями. Эти разработки преследуют одни и те же цели: меньшие потери, более высокая индукция и более тонкий калибр для следующего поколения энергосберегающего магнитного оборудования.

Часто задаваемые вопросы

Что означает B8 в спецификациях текстурированной-стали?

B8 — магнитная поляризация, измеренная при напряженности магнитного поля 800 А/м. Он указывает, насколько легко намагничивается материал и насколько высокой плотности потока может достичь сердечник: такие значения, как 1,82 Тл для обычных марок и до 2,0 Тл для высоких-индукционных марок.

Почему более тонкая кремниевая сталь лучше подходит для высокочастотных-трансформаторов?

Потери на вихревые токи увеличиваются пропорционально квадрату толщины полосы, поэтому уменьшение толщины вдвое уменьшает вихревую составляющую в четыре раза. Поэтому более тонкие сорта, такие как 0,20 мм и 0,15 мм, необходимы при частоте 400 Гц и выше.

Как измельчение магнитных доменов снижает потери в сердечнике?

Лазерная или механическая обработка разделяет крупные магнитные домены на более мелкие, что сокращает путь движения доменных стенок и снижает аномальные потери на вихревые токи. Общие потери в сердечнике текстурированной -ориентированной стали снижаются на 10–20 %.

Что особенного в стали с содержанием кремния 6,5%?

При содержании кремния 6,5 мас.% магнитострикция приближается к нулю, удельное сопротивление высокое, а потери на вихревые токи низкие, поэтому материал тихий и эффективный на высоких частотах. Недостаток – хрупкость, что затрудняет прокатку и обработку.

Какую марку следует выбрать для распределительного трансформатора?

Для распределительных трансформаторов 50 Гц обычные марки, такие как 23Q110 или 27Q120, обеспечивают сбалансированные потери и стоимость. Если отсутствие-потери нагрузки не доминирует над эксплуатационными расходами, оправданы доменные-очищенные или высоко-индукционные классы с потерями ниже 0,9 Вт/кг.

Что такое P1,7/50?

Это удельные общие потери в сердечнике в ваттах на килограмм, измеренные при пиковой поляризации 1,7 Тл и частоте 50 Гц с использованием системы Эпштейна, стандартной точки сравнения для электротехнической стали с ориентированной структурой -.