Die Kernmaterialien von Transformatoren bestimmen direkt deren Energieeffizienz, Stabilität und Lebensdauer. Unter den Hauptmaterialien der Hauptkörper von Transformatoren (Materialien für Magnetkreise, Schaltkreismaterialien, Isoliermaterialien, Strukturmaterialien usw.) sind Siliziumstahlbleche und Kerne aus amorphen Legierungen der Kern der Materialien für Magnetkreise, die für die Gesamtleistung von Transformatoren von entscheidender Bedeutung sind. Ob es das ist150-kVA-TrenntransformatorOb in der industriellen Produktion oder als Aufwärts-Trenntransformator zur Spannungsregelung und -übertragung, die Auswahl hochwertiger Kernmaterialien ist weit verbreitet und die Grundlage für einen stabilen Betrieb. Im Folgenden vermittelt Ihnen JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD ein detailliertes Verständnis dieser beiden Kernmaterialien.
1. Siliziumstahlblech (Siliziumstahllaminierungen)
Siliziumstahlblech ist eine Art Ferrosiliziumlegierung mit spezifischen magnetischen Eigenschaften und das am häufigsten verwendete Kernmaterial in herkömmlichen Transformatoren. Für Transformatoren unterschiedlicher Typen und Spezifikationen, wie z. B. den 150-kVA-Trenntransformator und den Aufwärts-Trenntransformator, sind die Leistungsanforderungen an Siliziumstahlbleche grundsätzlich gleich und umfassen hauptsächlich die folgenden Aspekte:
a) Geringer Eisenverlust: Dies ist der wichtigste Indikator für die Qualität von Siliziumstahlblechen. Alle Länder klassifizieren die Qualitäten nach dem Eisenverlustwert; Je geringer der Eisenverlust, desto höher der Gehalt. b) Hohe magnetische Induktionsintensität (magnetische Induktion) bei starkem Magnetfeld: Dadurch werden Volumen und Gewicht des Eisenkerns von Motoren und Transformatoren reduziert, wodurch Siliziumstahlbleche, Kupferdrähte, Isoliermaterialien usw. eingespart werden. c) Glatte, ebene Oberfläche und gleichmäßige Dicke: Dadurch kann der Füllfaktor des Eisenkerns verbessert werden. d) Gute Stanzbarkeit: Leicht zu verarbeiten und zu formen. e) Gute Haftung und Schweißbarkeit der Oberflächenisolierfolie: Sie kann Korrosion verhindern und die Stanzbarkeit verbessern. f) Grundsätzlich keine magnetische Alterung: Sorgen Sie für stabile magnetische Eigenschaften bei Langzeitgebrauch.
1.1 Klassifizierung und Gütedefinition von Siliziumstahlblechen
Transformatoren verwenden in der Regel kalt{0}gewalzte, kornorientierte-Siliziumstahlbleche, um ihre Leerlaufenergieeffizienz sicherzustellen. Je nach Leistung und Verarbeitungsverfahren können kaltgewalzte kornorientierte Siliziumstahlbleche in gewöhnliche kaltgewalzte kornorientierte Siliziumstahlbleche, Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Permeabilität (oder Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Induktion) und laserbeschriftete Siliziumstahlbleche unterteilt werden. Im Allgemeinen werden Siliziumstahlbleche mit einer minimalen magnetischen Polarisationsintensität von B800A=1.78T ~ 1,85 T unter einem magnetischen Wechselfeld von 50 Hz und 800 A (Spitzenwert) als gewöhnliche Siliziumstahlbleche bezeichnet, die als „CGO“ bezeichnet werden, während solche mit B800A=1.85T oder mehr als Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Permeabilität (Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Induktion) bezeichnet werden, die als „Hi-B-Stahl“ bezeichnet werden. Der Hauptunterschied zwischen Hi-B-Stahl und herkömmlichen Siliziumstahlblechen besteht darin, dass Hi-B-Stahl einen sehr hohen Goss-Texturgrad aufweist, d. h. die Ausrichtung der Siliziumstahlkörner in Richtung der leichten Magnetisierung ist sehr hoch. Industriell werden durch ein sekundäres Rekristallisationsverfahren Siliziumstahlbleche mit einem Siliziumgehalt von 3 % hergestellt. Die durchschnittliche Abweichung der Kornorientierung von Hi-B-Stahl von der Walzrichtung beträgt 3 Grad, während die von gewöhnlichen Siliziumstahlblechen 7 Grad beträgt, wodurch Hi-B-Stahl eine höhere magnetische Permeabilität aufweist. Normalerweise kann sein B800A mehr als 1,88 Tonnen erreichen. Durch die Verbesserung des Goss-Texturgrades und der magnetischen Permeabilität kann der Eisenverlust verringert werden.
Ein weiteres Merkmal von Hi-B-Stahl ist, dass die elastische Spannung des Glasfilms und der Isolierbeschichtung, die an der Oberfläche des Stahlblechs befestigt sind, 3–5 N/mm2 beträgt, was besser ist als 1–2 N/mm2 von gewöhnlich orientierten Siliziumstahlblechen. Die Hochspannungsschicht auf der Oberfläche des Stahlbandes kann die magnetische Domänenbreite und abnormale Wirbelstromverluste verringern. Daher hat Hi-B-Stahl einen geringeren Eisenverlustwert als herkömmliche orientierte Siliziumstahlbleche.
Laser-beschriftete Siliziumstahlbleche basieren auf Hi-B-Stahl. Durch die Laserstrahl-Bestrahlungstechnologie werden winzige Spannungen auf der Oberfläche erzeugt, wodurch die magnetische Achse weiter verfeinert und ein geringerer Eisenverlust erzielt wird. Laserbeschriftete Siliziumstahlbleche können nicht geglüht werden, da eine Erhöhung der Temperatur dazu führt, dass der Laserbehandlungseffekt verschwindet.
Die physikalischen Eigenschaften verschiedener Qualitäten von Siliziumstahlblechen sind grundsätzlich gleichwertig und die Dichte beträgt grundsätzlich 7,65 g/cm3. Bei gleichartigen Siliziumstahlblechen liegen die wesentlichen Leistungs- und Qualitätsunterschiede im Siliziumgehalt und im Einfluss des Produktionsprozesses. Der von JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD hergestellte 150-kVA-Trenntransformator und Aufwärts-Trenntransformator wählt hochwertige kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche entsprechend den tatsächlichen Arbeitsbedingungen aus und gewährleistet so eine hervorragende Energieeffizienz und eine stabile Betriebsleistung.
2. Amorpher Legierungskern
Amorphes Legierungsmaterial ist eine neue Art von Legierungsmaterial, das in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Es nutzt international fortschrittliche Ultra{2}}-Schnellkühlungstechnologie, um flüssiges Metall direkt in feste dünne Streifen mit einer Dicke von 0,02-0,03 mm mit einer Abkühlrate von 106 Grad/S abzukühlen, die erstarren, bevor sie Zeit zum Kristallisieren haben. Ähnlich wie Glas weist dieses Legierungsmaterial eine unregelmäßige Atomanordnung und keine für Metalle typische Kristallstruktur auf. Zu seinen Grundelementen gehören Eisen (Fe), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Silizium (Si), Bor (B), Kohlenstoff (C) usw. Aufgrund seiner hervorragenden magnetischen Eigenschaften und energiesparenden Effekte wird es häufig bei der Kernherstellung von Transformatoren verwendet, insbesondere bei Leistungstransformatoren aus amorphen Legierungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumstahlblechkernen weisen Kerne aus amorpher Legierung offensichtliche Vorteile auf, die auch den 150-kVA-Trenntransformator ausmachenAufwärtstrenntransformatorGeräte, die damit ausgestattet sind,-haben eine bessere Energiesparleistung.
2.1 Vorteile amorpher Legierungsmaterialien
a) Isotropes weichmagnetisches Material: Amorphes Legierungsmaterial hat keine Kristallstruktur und ist ein isotropes weichmagnetisches Material; Es hat eine geringe Magnetisierungskraft und eine gute Temperaturstabilität. Da es sich bei der amorphen Legierung um ein nicht-orientiertes Material handelt, können direkte Nähte verwendet werden, was den Herstellungsprozess des Eisenkerns relativ einfach macht. b) Geringer Hystereseverlust: Es gibt keine strukturellen Defekte, die die Bewegung magnetischer Domänen behindern, sodass der Hystereseverlust geringer ist als der von Siliziumstahlblechen. c) Ultra-dünnes Band: Die Dicke des Bandes beträgt nur 0,02-0,03 mm, was etwa 1/10 der Dicke von Siliziumstahlblechen entspricht. d) Hoher spezifischer Widerstand und geringer Wirbelstromverlust: Der spezifische Widerstand ist etwa dreimal so hoch wie der von orientierten Siliziumstahlblechen; Der Wirbelstromverlust von amorphen Legierungsmaterialien ist stark reduziert, sodass der Einheitsverlust etwa 20 % bis 30 % des Verlusts von orientierten Siliziumstahlblechen beträgt. e) Hervorragende Leerlaufleistung: Die Glühtemperatur ist niedrig, etwa halb so hoch wie die von orientierten Siliziumstahlblechen. Die Leerlaufleistung von amorphen Legierungskernen ist überlegen. Mit amorphen Legierungskernen hergestellte Transformatoren weisen im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren eine Reduzierung der Leerlaufverluste um 70–80 % und eine Reduzierung des Leerlaufstroms um mehr als 50 % auf, was zu hervorragenden Energiespareffekten führt. Zum Zweck der Energieeinsparung, Emissionsreduzierung und Reduzierung von Netzwerkleitungsverlusten haben State Grid und China Southern Power Grid seit 2012 die Beschaffungsquote von Transformatoren aus amorphen Legierungen erheblich erhöht, und derzeit liegt die Beschaffungsquote von Verteilungstransformatoren aus amorphen Legierungen grundsätzlich bei über 50 %.
2.2 Nachteile und Gegenmaßnahmen von Transformatoren aus amorphen Legierungen
Obwohl Transformatoren aus amorphen Legierungen hervorragende Energiesparvorteile bieten, weisen sie auch einige Nachteile auf, die in Design und Herstellung optimiert werden müssen:
1) Niedrige magnetische Sättigungsdichte: Die magnetische Sättigungsdichte von amorphen Legierungskernen liegt normalerweise bei etwa 1,56 T, was etwa 20 % niedriger ist als die 1,9 T herkömmlicher Siliziumstahlbleche. Daher muss auch die konstruktive magnetische Dichte des Transformators um 20 % reduziert werden. Die konstruktive magnetische Dichte von in Öl getauchten Transformatoren aus amorpher Legierung liegt normalerweise unter 1,35 T, und die von Trockentransformatoren vom Typ amorphe Legierung liegt normalerweise unter 1,2 T.
2) Spannungsempfindlich: Der Streifen des amorphen Legierungskerns ist spannungsempfindlich. Nach Belastung kann die Leerlaufleistung leicht nachlassen. Besonderes Augenmerk sollte daher auf die Struktur gelegt werden: Der Eisenkern sollte am Tragrahmen und an der Spule aufgehängt werden und nur sein Eigengewicht tragen. Gleichzeitig sollte bei der Montage besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, dass der Eisenkern nicht beansprucht und die Klopfgefahr verringert wird.
3) Große Magnetostriktion: Die Magnetostriktion ist etwa 10 % größer als die von herkömmlichen Siliziumstahlblechen, sodass ihr Rauschen schwer zu kontrollieren ist, was einer der Hauptgründe ist, die die breite Förderung von Transformatoren aus amorphen Legierungen einschränkt. Derzeit haben sowohl China Southern Power Grid als auch State Grid in Ausschreibungen höhere Anforderungen an den Lärm von Transformatoren aus amorpher Legierung gestellt, diese in empfindliche Bereiche und nicht-empfindliche Bereiche unterteilt und gezielte Anforderungen an den Schallpegel gestellt, was eine weitere Reduzierung der konstruktiven magnetischen Dichte des Eisenkerns erfordert.
4) Spezielle Kernstruktur: Streifen aus amorpher Legierung sind dünn, nur 0,03 mm dick, sodass sie nicht wie herkömmliche Siliziumstahlbleche in Laminierungsform, sondern nur in gewickelter Kernform verarbeitet werden können. Daher kann die Eisenkernstruktur von herkömmlichen Transformatorherstellern nicht verarbeitet werden und muss in der Regel als Ganzes gekauft werden. Entsprechend dem rechteckigen Querschnitt des gewickelten Kernbandes wird die Spule des Transformators aus amorpher Legierung üblicherweise in eine rechteckige Struktur gebracht.
5) Unzureichende Lokalisierung: Derzeit handelt es sich hauptsächlich um importierte amorphe Legierungsbänder von Hitachi Metals, und die Lokalisierung wird schrittweise realisiert. Inländische Unternehmen wie Advanced Technology & Materials Co., Ltd. und Qingdao Yunlu verfügen über breite Streifen aus amorphen Legierungen (213 mm, 170 mm und 142 mm), aber ihre Leistung weist im Vergleich zu importierten Streifen immer noch eine gewisse Stabilitätslücke auf.
6) Begrenzung der maximalen Bandlänge: Bisher war die maximale Bandlänge am Außenumfang von amorphen Legierungsbändern aufgrund der Größe des Glühofens stark begrenzt. Allerdings ist dieses Problem derzeit grundsätzlich gelöst, und es können Kernrahmen aus amorpher Legierung mit einer maximalen Außenumfangsbandlänge von 10 m hergestellt werden, die zur Herstellung von Trockentransformatoren aus amorpher Legierung unter 3150 kVA und Öltransformatoren aus amorpher Legierung unter 10000 kVA verwendet werden können.
2.3 Kostenvergleich von Transformatoren aus amorphen Legierungen
Aufgrund der hervorragenden Energiesparwirkung von Transformatoren aus amorphen Legierungen in Verbindung mit der Förderung nationaler Richtlinien zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung steigt der Marktanteil von Transformatoren aus amorphen Legierungen. Wenn man bedenkt, dass der Preis für Bänder aus amorphen Legierungen (derzeit 26,5 Yuan/kg) etwa doppelt so hoch ist wie für herkömmliche Siliziumstahlbleche (30Q120 oder 30Q130) und der Abstand zu Kupfer relativ gering ist, und wenn man die Qualität und die Ausschreibungsanforderungen von Stromnetzprodukten berücksichtigt, verwenden Transformatoren aus amorphen Legierungen normalerweise Kupferleiter. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumstahlblechen sind die Hauptkostenunterschiede von Transformatoren aus amorpher Legierung wie folgt:
1) Aufgrund der Einführung einer gewickelten Kernstruktur sollte der Transformatorkerntyp eine drei-Phasen-fünf--Strangstruktur aufweisen, die das Gewicht eines einzelnen Rahmenkerns reduzieren und Montageschwierigkeiten verringern kann. Die Drei-Phasen-Fünf--Gliederstruktur und die Drei-Phasen-Drei-Gliederstruktur haben ihre eigenen Vor- und Nachteile hinsichtlich der Kosten. Derzeit verwenden die meisten Hersteller eine Drei-{9}Phase-Fünf--Gliedmaßenstruktur.
2) Da der Querschnitt der Kernsäule rechteckig ist, werden die Hoch- und Niederspannungsspulen entsprechend zu rechteckigen Strukturen ausgeführt, um einen gleichbleibenden Isolationsabstand aufrechtzuerhalten.
3) Da die konstruktive magnetische Dichte des Eisenkerns etwa 25 % niedriger ist als die von herkömmlichen Silizium-Stahlblech-Transformatoren und sein Eisenkern-Laminationsfaktor etwa 0,87 beträgt, was viel niedriger ist als 0,97 von herkömmlichen Silizium-Stahlblechen, muss seine konstruktive Querschnittsfläche mehr als 25 % größer sein als die von herkömmlichen Silizium-Stahlblech-Transformatoren. Dementsprechend vergrößert sich auch der Umfang der Hoch- und Niederspannungsspulen. Gleichzeitig ist die Zunahme der Länge der Drahtwindungen der Hoch- und Niederspannungsspulen zu berücksichtigen. Damit sich der Lastverlust der Spule nicht ändert, muss die Querschnittsfläche des Drahtes entsprechend vergrößert werden. Daher ist der Kupferverbrauch von Transformatoren aus amorpher Legierung etwa 20 % höher als der von herkömmlichen Transformatoren.
Über JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD
JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTDist ein professioneller Hersteller von Energieübertragungs- und -verteilungsgeräten. Das Unternehmen produziert hauptsächlich Öltransformatoren, trockene -Leistungstransformatoren, ölgefüllte dreidimensionale Spulentransformatoren, trockene -dreidimensionale Spulentransformatoren, explosionssichere Trockentransformatoren- für den Bergbau, explosionssichere mobile Umspannwerke für den Bergbau, Leistungstransformatoren aus amorpher Legierung, Leistungstransformatoren zur Regelung der Lastkapazität und Trockentransformatoren für Lokomotiven Transformatoren sowie vorgefertigte Umspannwerke, modulare Umspannwerke, kastenförmige Umspannwerke für Windenergie, Hoch- und Niederspannungsschaltanlagen und andere Übertragungs- und Verteilungsgeräte. Unabhängig davon, ob es sich um Transformatoren mit Siliziumstahlblechkernen oder Kernen aus amorphen Legierungen handelt, wie z. B. 150-kVA-Trenntransformatoren und Aufwärtstrenntransformatoren, kontrollieren wir die Auswahl der Kernmaterialien und den Herstellungsprozess streng, um sicherzustellen, dass die Produkte eine hervorragende Leistung, einen stabilen Betrieb sowie Energieeinsparung und Umweltschutz aufweisen. Wir sind bestrebt, qualitativ hochwertige Übertragungs- und Verteilungsausrüstungslösungen für globale Kunden bereitzustellen.