У процесі індустріалізації безперервний розвиток промислової революції приніс незліченну кількість зручностей для виробництва та життя людей, але він також завдав надзвичайної шкоди природному середовищу. Люди поступово усвідомили важливість охорони навколишнього середовища та висунули концепцію захисту навколишнього середовища та життя з низьким вмістом вуглецю. Народження трансформаторів з аморфних сплавів відреагувало на мейнстрім суспільства. Ця стаття в основному представляє характеристики матеріалів з аморфного сплаву та переваги та недоліки продуктивності трансформатора з аморфного сплаву.
Ключові слова: переваги та недолікитрансформатор з аморфного сплаву
Трансформатори з аморфного сплаву є високотехнологічною, екологічно чистою та енергозберігаючою продукцією. Їх ефект енергозбереження та захисту навколишнього середовища визнано міжнародним визнанням, а також вітчизняними енергосистемами та будівельними відділами. В даний час доцільність виробництва продукції та технології використання стає все більш зрілою, і вона отримала конкурентну перевагу на ринку. Його видатні характеристики високої ефективності, краси та захисту навколишнього середовища завоювали одностайну похвалу та похвалу більшості користувачів, і він відомий як «високотехнологічний зелений продукт поточної світової електричної тенденції».
Так званий трансформатор з аморфного сплаву відноситься до трансформатора, виготовленого з аморфного сплаву в сердечник трансформатора та зібраний.
Аморфний сплав відноситься до сплавів, які використовують технологію надшвидкого затвердіння під час виробничого процесу, так що в мікроструктурі матеріалу, під час процесу затвердіння атомів металу з рідкого (розплавленої сталі) у твердий стан, атоми не мають часу для організуйте в звичайні кристали. Структура твердне, і отриманий матеріал сплаву з невпорядкованою атомною структурою називається аморфним сплавом. Було виявлено, що матеріали з аморфних сплавів мають чудову магнітну проникність, а процеси їх розмагнічування та намагнічування надзвичайно легко виконати. У порівнянні з кристалічними сплавами аморфні сплави зазнали значних змін у фізичних, хімічних і механічних властивостях. Крім того, матеріали з аморфних сплавів також широко використовуються в багатьох галузях, таких як електроніка, авіація, аерокосмічна техніка, машинобудування, мікроелектроніка тощо. Наприклад, в аерокосмічній галузі вони можуть зменшити вагу джерел живлення та обладнання та збільшити корисне навантаження. Використовується в цивільному енергетичному та електронному обладнанні, він може значно зменшити розмір джерела живлення, підвищити ефективність і посилити здатність проти перешкод. Мікроядра можуть широко використовуватися в трансформаторах у цифрових мережах з інтегрованими послугами (ISDN). Аморфні стрічки використовуються для виготовлення сенсорних міток для протиугінних систем у супермаркетах і бібліотеках. Аморфні сплави мають чудодійну дію і мають широкі ринкові перспективи. Протягом десятої п'ятирічки: науково-технічні працівники нашої країни, безсумнівно, зроблять більше внесків, які привернуть увагу світу в галузі технології аморфних сплавів.
Беручи за приклад аморфні сплави, в яких домінує залізо, вони мають характеристики високої інтенсивності магнітної індукції насичення та низькі втрати. Аморфні сплави на основі заліза значно зменшують втрати в серцевині порівняно з матеріалами з кремнієвої сталі, досягаючи високої ефективності та ефекту енергозбереження. Тому, як надзвичайно чудовий магнітопровідний матеріал, він вводиться в продукти, які потребують магнітних ланцюгів, таких як трансформатори.
Аморфні сплави на основі заліза конкурують із кремнієвою сталлю в полях промислової частоти та середньої частоти. Порівняно з сабоконна сталь,Аморфні сплави на основі заліза мають наступні переваги та недоліки.
1) Густина магнітного потоку насичення Bs аморфного сплаву на основі заліза нижча, ніж у кремнієвої сталі. Однак за такого самого магнітного потоку Bm кількість втрат магнітного потоку аморфного сплаву на основі заліза на 3% менша, ніж у кремнієвої сталі 0.23mm товщиною. Більшість людей вважає, що причиною невеликих втрат є мала товщина та високий питомий опір стрічки з аморфного сплаву на основі заліза. Це лише один аспект. Більш важливою причиною є те, що аморфний сплав на основі заліза є аморфним, а розташування атомів є випадковим. Немає магнітокристалічної анізотропії, викликаної спрямованим розташуванням атомів, і немає кристалічності, яка викликає локальну деформацію та відхилення складу. межа зерна. Таким чином, енергетичний бар’єр, який перешкоджає руху доменної стінки та обертанню магнітного моменту, дуже малий, і він має безпрецедентний м’який магнетизм, тому магнітна проникність висока, коерцитивна сила мала, а втрати низькі.
2) Робоча щільність магнітного потоку сердечника з аморфного сплаву на основі заліза становить 1,35 Тл ~ 1,40 Тл, а для кремнієвої сталі — 1,6 Тл ~ 1,7 Тл. Вага трансформатора промислової частоти з аморфного сплаву на основі заліза становить близько 130% ваги трансформатора частоти промислової мережі з кремнієвої сталі. Однак, навіть якщо вага велика, для трансформатора промислової частоти з такою ж потужністю втрати магнітопровода, виготовленого з аморфного сплаву на основі заліза, на 70–80 % нижчі, ніж укремнієва сталь.
3) З урахуванням збитків загальна кошторисна ціна становить 89%. Це приблизно на 80% менше, ніж втрати холостого ходу трансформатора з сердечником із кремнієвої сталі (що стосується втрат потужності, виміряних на первинній обмотці, коли вторинна обмотка трансформатора відкрита), і струм холостого ходу (коли вторинна обмотка трансформатора трансформатор відкритий, у первинній обмотці все ще є певний струм, ця частина струму (звана струмом холостого ходу) падає приблизно на 85%. Це розподільний трансформатор із ідеальним ефектом енергозбереження на даний момент. Він особливо підходить для місць із низьким рівнем навантаження, таких як сільські електромережі та райони, що розвиваються.Використання аморфних сплавів із видатною магнітною проникністю як матеріалів сердечника для виробництва трансформаторів може зрештою досягти дуже низьких значень втрат.
4) Твердість листового матеріалу аморфного сплаву дуже висока, і його важко різати звичайними інструментами; товщина окремого листа надзвичайно тонка, а поверхня матеріалу не дуже плоска, тому коефіцієнт заповнення серцевини низький; він дуже чутливий до механічних навантажень, а напруга та сила тяжіння при вигині впливатимуть на магнітні властивості, тому конструкція має бути спеціально розроблена.
5) Трансформатор з аморфного сплаву має повністю герметичну структуру, яка може затримати старіння трансформаторного масла та ізоляційного паперу. Він не тільки компактний за структурою, але також має такі переваги, як висока ефективність роботи та відсутність обслуговування. Трансформатори з аморфного сплаву мають дуже стабільні робочі характеристики завдяки низьким втратам, низькому виділенню тепла та низькому підвищенню температури. Обмотка низької напруги трансформатора з аморфного сплаву намотана фольгою з низькими втратами, сильним опором короткого замикання та вдосконаленою структурою.
6) Аморфний сплав на основі заліза має сильнішу стійкість до спотворень сигналу потужності, ніж кремнієва сталь
Наразі втрати матеріалу сердечника силового трансформатора промислової частоти випробовуються під синусоїдальною напругою з спотворенням менше 2%. Фактичне спотворення частоти електромережі становить 5%. При цьому втрати аморфного сплаву на основі заліза збільшуються до 106 %, а втрати кремністої сталі — до 123 %. Якщо вищі гармоніки великі і спотворення становлять 75% (наприклад, трансформатор випрямляча промислової частоти), втрати аморфного сплаву на основі заліза збільшуються до 160%, а втрати кремнієвої сталі збільшуються до понад 300%. Це показує, що аморфний сплав на основі заліза має сильнішу стійкість до спотворення форми сигналу потужності, ніж кремнієва сталь.
7) Вартість трансформаторів з аморфного сплаву вища, ніж у трансформаторів із сердечником із кремнієвої сталі, а витрати на обробку та виробництво сердечників із аморфного сплаву дорожчі, ніж листи з кремнієвої сталі. Оскільки силіконовий сталевий лист є широко використовуваним магнітним матеріалом, його виробництво та використання мають довгу історію, і в суспільстві сформувався відносно повний промисловий ланцюг і ринок. Однак аморфний сплав є новим матеріалом, і його використання не було популяризовано та не сформувалося на ринку. Серія повних промислових ланцюгів від виробництва, виробництва, обробки до використання. З економічної точки зору аморфний сплав є новим продуктом, який не вимивається ринковою конкуренцією. Його виробництво та виробництво мають великі обмеження, а його товарний вигляд ще не сильний, тому ціна відносно висока. Як правило, вартість трансформаторів із аморфного сплаву приблизно на 30% вища, ніж у трансформаторів із сердечником із кремнієвої сталі тієї ж моделі. Крім того, процес виробництва матеріалу з кремнієвої сталі є зрілим, а структура стабільною.
Однак загальна вартість використання нижча, ніж у традиційних трансформаторів, завдяки значному ефекту енергозбереження та нижчим експлуатаційним витратам. У той же час він відіграє величезну роль у зниженні навантаження, тиску та навантаження на електромережу.
Припустимо, що втрати навантаження (втрати міді) трансформатора промислової частоти однакові, а коефіцієнт навантаження також становить 50%. Потім, щоб втрати заліза в трансформаторі частоти з кремнієвої сталі були такими ж, як і в трансформаторі частоти з аморфного сплаву на основі заліза, вага трансформатора з кремнієвої сталі в 1,8 рази перевищує вагу трансформатора з аморфного сплаву на основі заліза. Таким чином, більшість людей у Китаї загалом погоджуються, що вага, вартість і ціна трансформаторів частоти на основі аморфного сплаву на основі заліза, окрім рівня втрат трансформатора, становлять від 130% до 150% від трансформаторів частоти на основі кремнієвої сталі, які не відповідає вимогам ринку.
Принцип співвідношення продуктивності та ціни. З точки зору зменшення тиску навантаження на електромережу, порівнюючи внески двох трансформаторів промислової частоти, можна чітко побачити, що роль трансформатора частоти з аморфного сплаву на основі заліза дуже очевидна. Візьмемо для прикладу трифазний трансформатор 50Гц, 315 кВА: при використанні сердечника з кремнієвої сталі втрати холостого ходу становлять 0.48 кВт, а коли коефіцієнт навантаження становить 80%, втрата становить 3,65 кВт; при використанні сердечника з аморфного сплаву на основі заліза втрати без навантаження становлять 0,28 кВт. Коли рівень навантаження становить 80%, втрати становлять 1,35 кВт. З наведених вище даних видно, що трансформатор потужністю 315 кВА з осердям з аморфного сплаву може мати на 40–60% менше втрат, ніж осердя з кремнієвої сталі без навантаження або без навантаження. За один рік це може заощадити близько 10000 кіловат-годин електроенергії для електромережі, одночасно зменшуючи коефіцієнт навантаження електромережі та знижуючи експлуатаційні витрати ліній.
8) Чудовими характеристиками трансформаторів з сердечниками з аморфного сплаву є енергозбереження та захист навколишнього середовища. Перш за все, з точки зору захисту навколишнього середовища, технічні випробування показали, що коли сердечники з аморфного сплаву заліза використовуються в масляних трансформаторах, вони можуть ефективно зменшити викиди шкідливих газів, таких як CO, SO, NO тощо, і зменшити ступінь забруднення повітря, тому його можна назвати одним із найважливіших енергетичних продуктів 21 століття. «зелених продуктів». По-друге, найважливішою особливістю трансформаторів з аморфного сплаву є те, що втрати холостого ходу дуже низькі, а ефект енергозбереження очевидний. Оскільки матеріали з аморфних сплавів мають чудову магнітну проникність, їх легше намагнічувати або розмагнічувати з дуже невеликим споживанням енергії. Таким чином, втрати холостого ходу трансформаторів з аморфного сплаву набагато нижчі, ніж у традиційних трансформаторів. Візьмемо як приклад трансформатор із аморфного сплаву потужністю 500 кВА, вироблений SEC (Американська надпровідна енергетична компанія), втрати без навантаження трансформатора з аморфного сплаву та трансформатора S9 становлять 190 Вт та 900 Вт відповідно. Втрати холостого ходу трансформатора з аморфного сплаву становлять лише близько 20% від трансформатора S9, а ефект економії енергії дуже значний. Для областей із великими коливаннями потужності, таких як автомагістралі, міська інфраструктура та житлові райони, переваги енергозбереження трансформаторів з аморфного сплаву більш очевидні. Завдяки значному енергозберігаючому ефекту можна заощадити велику кількість інвестицій в електростанцію, зменшити споживання палива для виробництва електроенергії, тим самим зменшивши забруднення атмосферного середовища. Коефіцієнт магнітострикції аморфного сплаву на основі заліза великий, у 3-5 разів більший, ніж у кремнієвої сталі. Таким чином, шум трансформатора промислової частоти з аморфного сплаву на основі заліза становить 120% від шуму трансформатора промислової частоти з кремнієвої сталі, який на 3~5 дБ більше.
Висновок: з наведеного вище аналізу можна побачити, що аморфний сплав має багато переваг. Як новий тип матеріалу з магнітною проникністю, він має переваги, з якими не можуть зрівнятися традиційні матеріали з кремнієвої сталі, і має широкі ринкові перспективи. Серед закликів до захисту навколишнього середовища та енергозбереження трансформатори з аморфних сплавів, безсумнівно, стануть основним напрямком нових трансформаторів.