W procesie industrializacji ciągły rozwój rewolucji przemysłowej przyniósł niezliczone udogodnienia w produkcji i życiu ludzi, ale przyniósł także ogromne szkody dla środowiska naturalnego. Ludzie stopniowo zdali sobie sprawę ze znaczenia ochrony środowiska i wysunęli koncepcję ochrony środowiska i życia niskoemisyjnego. Narodziny transformatorów ze stopów amorficznych były odpowiedzią na główny nurt społeczeństwa. W artykule tym przedstawiono głównie charakterystykę materiałów ze stopów amorficznych oraz zalety i wady wydajności transformatorów ze stopów amorficznych.
Słowa kluczowe: Zalety i wadytransformator ze stopu amorficznego
Transformatory ze stopów amorficznych to produkty zaawansowane technologicznie, przyjazne dla środowiska i energooszczędne. Ich działanie w zakresie oszczędzania energii i ochrony środowiska zostało docenione na arenie międzynarodowej, doceniają je także krajowe systemy elektroenergetyczne i wydziały konstrukcyjne. Obecnie wykonalność wytwarzania produktów i technologii stosowania staje się coraz bardziej dojrzała i zyskała przewagę konkurencyjną na rynku. Jego wyjątkowe cechy, takie jak wysoka wydajność, piękno i ochrona środowiska, zdobyły jednomyślne uznanie większości użytkowników i są znane jako „zaawansowany technologicznie, ekologiczny produkt obecnego światowego trendu elektrycznego”.
Tak zwany transformator ze stopu amorficznego odnosi się do transformatora wykonanego ze stopu amorficznego w rdzeń transformatora i zmontowanego.
Stop amorficzny odnosi się do materiałów stopowych, które w procesie produkcyjnym wykorzystują technologię ultraszybkiego krzepnięcia, tak że w mikrostrukturze materiału, podczas procesu krzepnięcia atomów metalu z cieczy (stopionej stali) do ciała stałego, atomy nie mają czasu na ułożyć w konwencjonalne kryształy. Struktura ulega zestaleniu, a powstały materiał stopowy o nieuporządkowanej strukturze atomowej nazywany jest stopem amorficznym. Stwierdzono, że amorficzne materiały stopowe mają bardzo doskonałą przenikalność magnetyczną, a ich procesy demagnetyzacji i namagnesowania są niezwykle łatwe do przeprowadzenia. W porównaniu ze stopami krystalicznymi stopy amorficzne uległy znaczącym zmianom we właściwościach fizycznych, chemicznych i mechanicznych. Ponadto amorficzne materiały stopowe są również szeroko stosowane w wielu dziedzinach, takich jak elektronika, lotnictwo, przemysł lotniczy, maszyny, mikroelektronika itp. Na przykład w przemyśle lotniczym mogą zmniejszyć masę zasilaczy i sprzętu oraz zwiększyć ładowność. Stosowany w cywilnym sprzęcie energetycznym i elektronicznym, może znacznie zmniejszyć rozmiar zasilacza, poprawić wydajność i zwiększyć zdolność przeciwzakłóceniową. Mikrordzenie mogą być szeroko stosowane w transformatorach w cyfrowych sieciach zintegrowanych usług (ISDN). Paski amorficzne służą do produkcji znaczników czujnikowych do systemów antykradzieżowych w supermarketach i bibliotekach. Stopy amorficzne mają cudowne działanie i szerokie perspektywy rynkowe. Podczas dziesiątego planu pięcioletniego: Pracownicy naukowi i technologiczni naszego kraju z pewnością wniosą większy wkład, który przyciągnie uwagę świata w dziedzinie technologii stopów amorficznych.
Biorąc za przykład stopy amorficzne, w których dominuje żelazo, charakteryzuje się on wysoką intensywnością indukcji magnetycznej nasycenia i niską stratą. Stopy amorficzne na bazie żelaza znacznie zmniejszają straty w rdzeniu w porównaniu z materiałami ze stali krzemowej, osiągając wysoką wydajność i efekty oszczędzania energii. Dlatego jako wyjątkowo doskonały materiał przewodzący magnetycznie jest wprowadzany do produktów wymagających obwodów magnetycznych, takich jak transformatory.
Stopy amorficzne na bazie żelaza stanowią konkurencję dla stali krzemowej w obszarach częstotliwości energetycznej i średnich częstotliwości. W porównaniu z sstal ikonowa,Stopy amorficzne na bazie żelaza mają następujące zalety i wady.
1) Gęstość strumienia magnetycznego nasycenia Bs amorficznego stopu na bazie żelaza jest niższa niż stali krzemowej. Jednakże przy tym samym strumieniu magnetycznym Bm wielkość utraty strumienia magnetycznego amorficznego stopu na bazie żelaza jest o 3% mniejsza niż w przypadku stali krzemowej o grubości 0.23 mm. Większość ludzi uważa, że przyczyną niewielkich strat jest niewielka grubość i wysoka rezystywność taśmy amorficznego stopu na bazie żelaza. To tylko jeden aspekt. Ważniejszym powodem jest to, że amorficzny stop na bazie żelaza jest amorficzny, a układ atomów jest przypadkowy. Nie ma anizotropii magnetokrystalicznej spowodowanej układem kierunkowym atomów i nie ma krystaliczności, która powoduje lokalne odkształcenie i odchylenie składu. granica ziaren. Dlatego bariera energetyczna, która utrudnia ruch ścian domeny i obrót momentu magnetycznego, jest bardzo mała i ma niespotykany dotąd miękki magnetyzm, więc przenikalność magnetyczna jest wysoka, siła przymusu jest mała, a straty są niskie.
2) Robocza gęstość strumienia magnetycznego rdzenia ze stopu amorficznego na bazie żelaza wynosi 1,35 T ~ 1,40 T, a stali krzemowej 1,6 T ~ 1,7 T. Masa transformatora częstotliwości ze stopu amorficznego na bazie żelaza stanowi około 130% masy transformatora częstotliwości ze stali krzemowej. Jednakże, nawet jeśli ciężar jest duży, w przypadku transformatora częstotliwości energetycznej o tej samej mocy strata rdzenia magnetycznego wykonanego z amorficznego stopu na bazie żelaza jest od 70% do 80% mniejsza niż w przypadku transformatora częstotliwościstal krzemowa.
3) Uwzględniając straty, łączna szacunkowa cena wynosi 89%. Jest ona o około 80% niższa niż strata jałowa transformatora z rdzeniem ze stali krzemowej (odnosząca się do strat mocy mierzonych po stronie pierwotnej, gdy strona wtórna transformatora jest otwarta) i prąd jałowy (gdy strona wtórna transformatora transformator jest otwarty, w uzwojeniu pierwotnym nadal płynie pewien prąd. Ta część prądu (tzw. prąd jałowy) spada o około 85%. Jest to transformator dystrybucyjny o idealnym efekcie oszczędzania energii. Jest szczególnie odpowiedni do miejsc o niskim obciążeniu, takich jak wiejskie sieci energetyczne i obszary rozwijające się.Wykorzystywanie stopów amorficznych o wyjątkowej przenikalności magnetycznej jako materiałów rdzenia do produkcji transformatorów może ostatecznie osiągnąć bardzo niskie wartości strat.
4) Twardość arkusza ze stopu amorficznego jest bardzo wysoka i trudno go ciąć konwencjonalnymi narzędziami; grubość pojedynczego arkusza jest wyjątkowo cienka, a powierzchnia materiału nie jest bardzo płaska, przez co współczynnik wypełnienia rdzenia jest niski; jest bardzo wrażliwy na naprężenia mechaniczne, a napięcie i grawitacja Naprężenie zginające wpłynie na właściwości magnetyczne, a konstrukcja musi być specjalnie zaprojektowana.
5) Transformator ze stopu amorficznego przyjmuje całkowicie uszczelnioną strukturę, która może opóźnić starzenie się oleju transformatorowego i papieru izolacyjnego. Ma nie tylko zwartą konstrukcję, ale ma także zalety w postaci wysokiej wydajności operacyjnej i bezobsługowości. Transformatory ze stopów amorficznych charakteryzują się bardzo stabilną wydajnością roboczą ze względu na niskie straty, niskie wytwarzanie ciepła i niski wzrost temperatury. Uzwojenie niskiego napięcia transformatora ze stopu amorficznego jest uzwojone folią, co zapewnia niskie straty, dużą odporność na zwarcia i zaawansowaną konstrukcję.
6) Amorficzny stop na bazie żelaza ma większą odporność na zniekształcenia kształtu fali mocy niż stal krzemowa
Obecnie testuje się utratę materiału rdzenia transformatora mocy o częstotliwości sieciowej pod napięciem sinusoidalnym przy zniekształceniach mniejszych niż 2%. Rzeczywiste zniekształcenie sieci energetycznej o częstotliwości sieciowej wynosi 5%. W tym przypadku ubytek amorficznego stopu na bazie żelaza wzrasta do 106%, a ubytek stali krzemowej wzrasta do 123%. Jeśli wyższe harmoniczne są duże, a zniekształcenie wynosi 75% (np. transformator prostowniczy częstotliwości sieciowej), straty amorficznego stopu na bazie żelaza wzrastają do 160%, a straty stali krzemowej wzrastają do ponad 300%. Pokazuje, że amorficzny stop na bazie żelaza ma większą odporność na zniekształcenia kształtu fali mocy niż stal krzemowa.
7) Koszt transformatorów ze stopów amorficznych jest wyższy niż transformatorów z rdzeniem ze stali krzemowej, a koszty przetwarzania i produkcji rdzeni ze stopów amorficznych są droższe niż blachy ze stali krzemowej. Ponieważ blacha ze stali krzemowej jest powszechnie stosowanym materiałem magnetycznym, jej produkcja i zastosowanie mają długą historię, a w społeczeństwie ukształtował się stosunkowo kompletny łańcuch przemysłowy i rynek. Jednak stop amorficzny jest materiałem nowym, a jego zastosowanie nie zostało spopularyzowane i nie uformowało się na rynku. Seria kompletnych łańcuchów przemysłowych od produkcji, produkcji, przetwarzania po użytkowanie. Z ekonomicznego punktu widzenia stop amorficzny jest produktem nowym, nie wypłukanym przez rynkową konkurencję. Jego produkcja i produkcja mają duże ograniczenia, a jego zbywalność nie jest jeszcze silna, więc cena jest stosunkowo droga. Ogólnie rzecz biorąc, koszt transformatorów ze stopów amorficznych jest o około 30% wyższy niż transformatorów z rdzeniem ze stali krzemowej tego samego modelu. Ponadto proces produkcji materiału ze stali krzemowej jest dojrzały, a struktura jest stabilna.
Jednakże całkowity koszt użytkowania jest niższy niż w przypadku tradycyjnych transformatorów ze względu na znaczną oszczędność energii i niższe koszty eksploatacji. Jednocześnie odgrywa ogromną rolę w zmniejszaniu obciążenia, ciśnienia i obciążenia sieci energetycznej.
Załóżmy, że strata obciążenia (strata miedzi) transformatora częstotliwości zasilania jest taka sama, a współczynnik obciążenia również wynosi 50%. Następnie, aby straty żelaza w transformatorze częstotliwości ze stali krzemowej były takie same jak w transformatorze częstotliwości ze stopu amorficznego na bazie żelaza, waga transformatora ze stali krzemowej jest 1,8 razy większa niż w przypadku transformatora ze stopu amorficznego na bazie żelaza. Dlatego też większość mieszkańców Chin ogólnie zgadza się, że waga, koszt i cena transformatorów częstotliwości zasilania z amorficznego stopu żelaza, poza poziomem strat transformatora, wynoszą od 130% do 150% transformatorów częstotliwości zasilania ze stali krzemowej, które nie spełnia wymagań rynku.
Zasada stosunku wydajności do ceny. Jeśli chodzi o zmniejszenie ciśnienia obciążenia w sieci elektroenergetycznej, porównując wkład dwóch transformatorów częstotliwości energetycznej, wyraźnie widać, że rola transformatora częstotliwości ze stopu amorficznego na bazie żelaza jest bardzo oczywista. Weźmy na przykład transformator trójfazowy 50 Hz i 315 kVA: w przypadku zastosowania rdzenia ze stali krzemowej straty bez obciążenia wynoszą 0,48 kW, a gdy współczynnik obciążenia wynosi 80%, strata wynosi 3,65 kW; w przypadku zastosowania rdzenia ze stopu amorficznego na bazie żelaza strata bez obciążenia wynosi 0,28 kW. Gdy stopień obciążenia wynosi 80%, strata wynosi 1,35 kW. Z powyższych danych wynika, że transformator o mocy 315 kVA z rdzeniem ze stopu amorficznego może mieć od 40% do 60% mniejsze straty niż rdzeń ze stali krzemowej przy braku obciążenia. W ciągu jednego roku może zaoszczędzić około 10,000 kilowatogodzin energii elektrycznej dla sieci energetycznej, zmniejszając jednocześnie współczynnik obciążenia sieci energetycznej i zmniejszając koszty eksploatacji linii.
8) Niezwykłe cechy transformatorów z rdzeniami ze stopu amorficznego to oszczędność energii i ochrona środowiska. Przede wszystkim, jeśli chodzi o ochronę środowiska, badania techniczne wykazały, że zastosowanie w transformatorach zanurzonych w oleju rdzeni z żelaza ze stopów amorficznych może skutecznie zmniejszyć emisję szkodliwych gazów, takich jak CO, SO, NO itp. stopień zanieczyszczenia powietrza, dlatego można go nazwać jednym z najważniejszych produktów energetycznych XXI wieku. „zielonych produktów”. Po drugie, najważniejszą cechą transformatorów ze stopów amorficznych jest to, że straty bez obciążenia są bardzo niskie, a efekt oszczędzania energii jest oczywisty. Ponieważ amorficzne materiały stopowe mają doskonałą przenikalność magnetyczną, łatwiej jest je namagnesować lub rozmagnesować przy bardzo małym zużyciu energii. Dlatego straty bez obciążenia w transformatorach ze stopów amorficznych są znacznie niższe niż w przypadku tradycyjnych transformatorów. Biorąc za przykład transformator ze stopu amorficznego o mocy 500 kVA wyprodukowany przez SEC (American Superconducting Energy Company), straty bez obciążenia transformatora ze stopu amorficznego i transformatora S9 wynoszą odpowiednio 190 W i 900 W. Strata bez obciążenia w transformatorze ze stopu amorficznego wynosi tylko około 20% straty w transformatorze S9, a efekt oszczędzania energii jest bardzo znaczący. W obszarach o dużych wahaniach obciążenia mocą, takich jak autostrady, infrastruktura miejska i obszary mieszkalne, korzyści w zakresie oszczędzania energii transformatorów ze stopów amorficznych są bardziej oczywiste. Dzięki znacznemu efektowi oszczędności energii można zaoszczędzić dużą ilość inwestycji w elektrownię, można zmniejszyć zużycie paliwa do wytwarzania energii, zmniejszając w ten sposób zanieczyszczenie środowiska atmosferycznego. Współczynnik magnetostrykcji amorficznego stopu na bazie żelaza jest duży, 3 do 5 razy większy niż w przypadku stali krzemowej. Dlatego hałas transformatora częstotliwości ze stopu amorficznego na bazie żelaza stanowi 120% hałasu transformatora częstotliwości ze stali krzemowej, który jest o 3 ~ 5 dB większy.
Wniosek: Z powyższej analizy wynika, że stop amorficzny ma wiele zalet. Jako nowy rodzaj materiału o przepuszczalności magnetycznej ma on zalety, których nie mogą dorównać tradycyjne materiały ze stali krzemowej, i ma szerokie perspektywy rynkowe. Wśród wezwań do ochrony środowiska i oszczędzania energii transformatory ze stopów amorficznych z pewnością staną się głównym nurtem nowych transformatorów.