În procesul de industrializare, dezvoltarea continuă a revoluției industriale a adus nenumărate avantaje producției și vieții oamenilor, dar a adus și daune extreme mediului natural. Oamenii și-au dat seama treptat de importanța protecției mediului și au prezentat conceptul de protecție a mediului și de viață cu emisii scăzute de carbon. Nașterea transformatoarelor din aliaj amorf a răspuns curentului principal al societății. Acest articol prezintă în principal caracteristicile materialelor din aliaj amorf și avantajele și dezavantajele performanței transformatorului din aliaj amorf.
Cuvinte cheie: Avantaje și dezavantaje aletransformator din aliaj amorf
Transformatoarele din aliaj amorf sunt produse de înaltă tehnologie, ecologice și care economisesc energie. Efectele lor de economisire a energiei și de protecție a mediului au fost recunoscute la nivel internațional și sunt, de asemenea, recunoscute de sistemele energetice interne și departamentele de construcții. În prezent, fezabilitatea tehnologiei de fabricație și utilizare a produselor a devenit din ce în ce mai matură și a câștigat un avantaj competitiv pe piață. Caracteristicile sale remarcabile de înaltă eficiență, frumusețe și protecție a mediului au câștigat laude și laude unanime din partea majorității utilizatorilor și este cunoscut drept „produsul verde de înaltă tehnologie al tendinței electrice mondiale actuale”.
Așa-numitul transformator din aliaj amorf se referă la un transformator realizat din aliaj amorf într-un miez de transformator și asamblat.
Aliajul amorf se referă la materiale de aliaj care utilizează tehnologia de solidificare ultra-rapidă în timpul procesului de fabricație, astfel încât în microstructura materialului, în timpul procesului de solidificare a atomilor de metal de la lichid (oțel topit) la solid, atomii nu au timp să aranjați în cristale convenționale. Structura este solidificată, iar materialul de aliaj rezultat cu o structură atomică dezordonată se numește aliaj amorf. S-a constatat că materialele aliaje amorfe au o permeabilitate magnetică foarte excelentă, iar procesele lor de demagnetizare și magnetizare sunt extrem de ușor de finalizat. În comparație cu aliajele cristaline, aliajele amorfe au suferit modificări semnificative ale proprietăților fizice, chimice și mecanice. În plus, materialele din aliaj amorfe sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în multe domenii precum electronică, aviație, aerospațială, mașini, microelectronice etc. De exemplu, în domeniul aerospațial, pot reduce greutatea surselor de alimentare și a echipamentelor și pot crește sarcina utilă. Folosit în energia civilă și echipamentele electronice, poate reduce foarte mult dimensiunea sursei de alimentare, poate îmbunătăți eficiența și poate îmbunătăți capacitatea anti-interferență. Micro-nucleele pot fi utilizate pe scară largă în transformatoarele din rețelele digitale cu servicii integrate (ISDN). Benzile amorfe sunt folosite pentru a face etichete cu senzori pentru sistemele antifurt din supermarketuri și biblioteci. Aliajele amorfe au efecte miraculoase și au perspective largi de piață. În timpul celui de-al zecelea plan cincinal: lucrătorii științifici și tehnologici ai țării noastre vor aduce cu siguranță mai multe contribuții care să atragă atenția lumii în domeniul tehnologiei aliajelor amorfe.
Luând ca exemplu aliajele amorfe dominate de fier, are caracteristicile unei intensități de inducție magnetică cu saturație ridicată și pierderi reduse. Aliajele amorfe pe bază de fier reduc foarte mult pierderile de miez în comparație cu materialele din oțel siliconic, obținând efecte de eficiență ridicată și de economisire a energiei. Prin urmare, ca material conductiv magnetic extrem de excelent, este introdus în produsele care necesită circuite magnetice precum transformatoarele.
Aliajele amorfe pe bază de fier concurează cu oțelul siliconic în domeniul frecvenței de putere și frecvenței medii. Comparativ cu soțel ilicon,Aliajele amorfe pe bază de fier au următoarele avantaje și dezavantaje.
1) Densitatea fluxului magnetic de saturație Bs a aliajului amorf pe bază de fier este mai mică decât cea a oțelului cu siliciu. Cu toate acestea, sub același flux magnetic Bm, cantitatea de pierdere a fluxului magnetic al aliajului amorf pe bază de fier este cu 3% mai mică decât cea a oțelului siliciu de 0,23 mm grosime. Majoritatea oamenilor cred că motivul pierderii mici este grosimea subțire și rezistivitatea ridicată a benzii de aliaj amorf pe bază de fier. Acesta este doar un aspect. Motivul mai important este că aliajul amorf pe bază de fier este amorf, iar aranjamentul atomic este aleatoriu. Nu există anizotropie magnetocristalină cauzată de aranjamentul direcțional atomic și nu există cristalinitate care să producă deformare locală și deviație de compoziție. limita granulei. Prin urmare, bariera energetică care împiedică mișcarea peretelui domeniului și rotația momentului magnetic este foarte mică și are un magnetism moale fără precedent, astfel încât permeabilitatea magnetică este mare, forța coercitivă este mică și pierderea este scăzută.
2) Densitatea fluxului magnetic de funcționare a miezului de aliaj amorf pe bază de fier este de 1,35T ~ 1,40T, iar cea a oțelului siliconic este de 1,6T ~ 1,7T. Greutatea transformatorului de frecvență de putere din aliaj amorf pe bază de fier este de aproximativ 130% din greutatea transformatorului de frecvență de putere din oțel siliconic. Cu toate acestea, chiar dacă greutatea este mare, pentru un transformator de frecvență de putere cu aceeași capacitate, pierderea unui miez magnetic din aliaj amorf pe bază de fier este cu 70% până la 80% mai mică decât cea aotel siliconic.
3) Ținând cont de pierderi, prețul total estimat este de 89%. Este cu aproximativ 80% mai mică decât pierderea fără sarcină a unui transformator cu miez din oțel siliciu (referitor la pierderea de putere măsurată pe primar atunci când secundarul transformatorului este deschis) și curentul fără sarcină (când secundarul transformatorul este deschis, există încă un anumit curent în primar, Această parte a curentului (numită curent fără sarcină) scade cu aproximativ 85%.Este un transformator de distribuție cu efect ideal de economisire a energiei în prezent.Este deosebit de potrivit pentru locuri cu rate de sarcină scăzute, cum ar fi rețelele electrice rurale și zonele în curs de dezvoltare.Folosirea aliajelor amorfe cu permeabilitate magnetică remarcabilă ca materiale de bază pentru fabricarea transformatoarelor poate atinge în cele din urmă valori de pierdere foarte scăzute.
4) Duritatea materialului din tablă de aliaj amorf este foarte mare și este dificil de tăiat cu unelte convenționale; grosimea foii unice este extrem de subțire și suprafața materialului nu este foarte plată, astfel încât coeficientul de umplere al miezului este scăzut; este foarte sensibil la stres mecanic, iar tensiunea și gravitația Tensiunea de încovoiere va afecta proprietățile magnetice, iar structura trebuie proiectată special.
5) Transformatorul din aliaj amorf adoptă o structură complet etanșă, care poate întârzia îmbătrânirea uleiului de transformator și a hârtiei izolatoare. Nu numai că are o structură compactă, dar are și avantajele unei eficiențe ridicate de operare și fără întreținere. Transformatoarele din aliaj amorf au performanțe de funcționare foarte stabile datorită pierderilor reduse, generării scăzute de căldură și creșterii scăzute a temperaturii. Înfășurarea de joasă tensiune a transformatorului din aliaj amorf este înfășurată în folie, cu pierderi reduse, rezistență puternică la scurtcircuit și structură avansată.
6) Aliajul amorf pe bază de fier are o rezistență mai puternică la distorsiunea formei de undă de putere decât oțelul siliconic
În prezent, pierderea materialului de bază a transformatorului de putere a frecvenței de putere este testată sub o tensiune sinusoidală cu o distorsiune mai mică de 2%. Distorsiunea reală a rețelei de alimentare a frecvenței de putere este de 5%. În acest caz, pierderea aliajului amorf pe bază de fier crește la 106%, iar pierderea oțelului siliconic crește la 123%. Dacă armonicile superioare sunt mari și distorsiunea este de 75% (cum ar fi un transformator redresor de frecvență de putere), pierderea aliajului amorf pe bază de fier crește la 160%, iar pierderea oțelului siliciu crește la mai mult de 300%. Acesta arată că aliajul amorf pe bază de fier are o rezistență mai puternică la distorsiunea formei de undă de putere decât oțelul siliconic.
7) Costul transformatoarelor din aliaj amorf este mai mare decât cel al transformatoarelor cu miez din oțel siliciu, iar costurile de procesare și producție ale miezurilor din aliaj amorf sunt mai scumpe decât tablele din oțel siliciu. Deoarece tabla de oțel siliconic este un material magnetic utilizat în mod obișnuit, producția și utilizarea sa au o istorie lungă, iar în societate s-a format un lanț industrial și o piață relativ completă. Cu toate acestea, aliajul amorf este un material în curs de dezvoltare, iar utilizarea sa nu a fost popularizată și nu s-a format pe piață. O serie de lanțuri industriale complete de la producție, producție, procesare până la utilizare. Din punct de vedere economic, aliajul amorf este un produs nou care nu a fost eliminat de concurența de pe piață. Producția și producția sa au limite mari, iar comercializabilitatea sa nu este încă puternică, așa că prețul este relativ scump. În general, costul transformatoarelor din aliaj amorf este cu aproximativ 30% mai mare decât cel al transformatoarelor cu miez din oțel siliciu din același model. În plus, procesul de producție a materialului din oțel siliconic este matur, iar structura este stabilă.
Cu toate acestea, costul total de utilizare este mai mic decât cel al transformatoarelor tradiționale datorită efectului său semnificativ de economisire a energiei și a costurilor de operare mai mici. În același timp, joacă un rol uriaș în reducerea sarcinii, presiunii și poverii rețelei electrice.
Să presupunem că pierderea de sarcină (pierderea de cupru) a transformatorului de frecvență de putere este aceeași, iar factorul de sarcină este, de asemenea, de 50%. Apoi, pentru a face ca pierderea de fier a transformatorului de frecvență de putere din oțel siliciu la fel cu cea a transformatorului de frecvență de putere din aliaj amorf pe bază de fier, greutatea transformatorului din oțel siliciu este de 1,8 ori mai mare decât cea a transformatorului din aliaj amorf pe bază de fier. Prin urmare, majoritatea oamenilor din China sunt în general de acord că greutatea, costul și prețul transformatoarelor de frecvență de putere din aliaj amorf pe bază de fier, în afară de nivelul de pierdere al transformatorului, sunt de 130% până la 150% din cele ale transformatoarelor de frecvență de putere din oțel siliconic, care nu îndeplinește cerințele pieței.
Principiul raportului performanta-pret. În ceea ce privește reducerea presiunii de sarcină pe rețeaua electrică, comparând contribuțiile celor două transformatoare de frecvență de putere, se poate observa clar că rolul transformatorului de frecvență de putere din aliaj amorf pe bază de fier este foarte evident. Luați ca exemplu un transformator trifazat de 50Hz, 315kVA: atunci când utilizați un miez de oțel siliconic, pierderea în gol este de 0,48KW, iar când factorul de sarcină este de 80%, pierderea este de 3,65 kW; atunci când se utilizează un miez de aliaj amorf pe bază de fier, pierderea fără sarcină este de 0,28 KW. Când rata de încărcare este de 80%, pierderea este de 1,35 kW. Din datele de mai sus se poate observa că un transformator de 315KVA cu un miez de aliaj amorf poate avea cu 40% până la 60% mai puține pierderi decât un miez de oțel siliconat atunci când nu există sarcină sau sarcină. Într-un an, poate economisi aproximativ 10,000 kilowați-oră de energie electrică pentru rețeaua electrică, reducând în același timp factorul de sarcină al rețelei electrice și reducând costurile de operare ale liniilor.
8) Caracteristicile remarcabile ale transformatoarelor cu miezuri din aliaj amorf sunt economisirea energiei și protecția mediului. În primul rând, în ceea ce privește protecția mediului, testele tehnice au arătat că, atunci când miezurile de fier din aliaj amorf sunt utilizate în transformatoarele immerse în ulei, acestea pot reduce eficient emisiile de gaze nocive precum CO, SO, NO etc. și pot reduce gradul de poluare a aerului, deci poate fi numit unul dintre cele mai importante produse energetice din secolul XXI. a „produselor verzi”. În al doilea rând, cea mai semnificativă caracteristică a transformatoarelor din aliaj amorf este că pierderea fără sarcină este foarte mică, iar efectul de economisire a energiei este evident. Deoarece materialele din aliaj amorfe au o permeabilitate magnetică superioară, ele sunt mai ușor de magnetizat sau demagnetizat cu un consum foarte mic de energie. Prin urmare, pierderea fără sarcină a transformatoarelor din aliaj amorf este mult mai mică decât cea a transformatoarelor tradiționale. Luând ca exemplu transformatorul din aliaj amorf de 500 kVA produs de SEC (American Superconducting Energy Company) ca exemplu, pierderile fără sarcină ale transformatorului din aliaj amorf și ale transformatorului S9 sunt de 190 W și, respectiv, 900 W. Pierderea fără sarcină a transformatorului din aliaj amorf este de numai aproximativ 20% din cea a transformatorului S9, iar efectul de economisire a energiei este foarte semnificativ. Pentru zonele cu fluctuații mari de sarcină de putere, cum ar fi autostrăzi, infrastructură urbană și zone rezidențiale, beneficiile de economisire a energiei ale transformatoarelor din aliaj amorf sunt mai evidente. Datorită efectului semnificativ de economisire a energiei, se poate economisi o cantitate mare de investiții în centralele electrice, se poate reduce consumul de combustibil pentru generarea de energie, reducând astfel poluarea mediului atmosferic. Coeficientul de magnetostricție al aliajului amorf pe bază de fier este mare, de 3 până la 5 ori mai mare decât al oțelului siliconic. Prin urmare, zgomotul transformatorului de frecvență de putere din aliaj amorf pe bază de fier este de 120% din zgomotul transformatorului de frecvență de putere din oțel siliconic, care este cu 3 ~ 5 dB mai mare.
Concluzie: Din analiza de mai sus, se poate observa că aliajul amorf are multe avantaje. Ca un nou tip de material cu permeabilitate magnetică, are avantaje pe care materialele tradiționale din oțel siliconic nu se pot potrivi și are perspective largi pe piață. Pe fondul solicitărilor pentru protecția mediului și conservarea energiei, transformatoarele din aliaj amorf vor deveni cu siguranță curentul principal al noilor transformatoare.