En el procés d'industrialització, el desenvolupament continu de la revolució industrial ha aportat innombrables comoditats a la producció i la vida de les persones, però també ha provocat danys extrems al medi natural. La gent s'ha adonat gradualment de la importància de la protecció del medi ambient i ha presentat el concepte de protecció del medi ambient i vida baixa en carboni. El naixement dels transformadors d'aliatge amorf va respondre al corrent principal de la societat. Aquest article presenta principalment les característiques dels materials d'aliatge amorf i els avantatges i desavantatges del rendiment del transformador d'aliatge amorf.
Paraules clau: Avantatges i inconvenients detransformador d'aliatge amorf
Els transformadors d'aliatge amorf són productes d'alta tecnologia, respectuosos amb el medi ambient i que estalvien energia. Els seus efectes d'estalvi d'energia i protecció del medi ambient han estat reconeguts internacionalment i també són reconeguts pels sistemes elèctrics domèstics i els departaments de construcció. En l'actualitat, la viabilitat de la tecnologia de fabricació i ús de productes ha esdevingut cada cop més madura i ha guanyat un avantatge competitiu al mercat. Les seves característiques destacades d'alta eficiència, bellesa i protecció del medi ambient han guanyat elogis i elogis unànimes de la majoria dels usuaris, i es coneix com "el producte verd d'alta tecnologia de la tendència elèctrica mundial actual".
L'anomenat transformador d'aliatge amorf es refereix a un transformador fet d'aliatge amorf en un nucli de transformador i muntat.
L'aliatge amorf es refereix a materials d'aliatge que utilitzen tecnologia de solidificació ultraràpida durant el procés de fabricació, de manera que a la microestructura del material, durant el procés de solidificació dels àtoms metàl·lics des de líquid (acer fos) fins a sòlid, els àtoms no tenen temps per disposar en cristalls convencionals. L'estructura es solidifica i el material d'aliatge resultant amb una estructura atòmica desordenada s'anomena aliatge amorf. S'ha trobat que els materials d'aliatge amorf tenen una permeabilitat magnètica molt excel·lent i els seus processos de desmagnetització i magnetització són extremadament fàcils de completar. En comparació amb els aliatges cristal·lins, els aliatges amorfs han experimentat canvis significatius en les propietats físiques, químiques i mecàniques. A més, els materials d'aliatge amorf també s'utilitzen àmpliament en molts camps com l'electrònica, l'aviació, l'aeronàutica, la maquinària, la microelectrònica, etc. Per exemple, en el camp aeroespacial, poden reduir el pes de les fonts d'alimentació i els equips i augmentar la càrrega útil. S'utilitza en equips electrònics i d'energia civil, pot reduir considerablement la mida de la font d'alimentació, millorar l'eficiència i millorar la capacitat anti-interferències. Els micronuclis es poden utilitzar àmpliament en transformadors de xarxes digitals de serveis integrats (RDSI). Les tires amorfes s'utilitzen per fer etiquetes de sensors per a sistemes antirobatori en supermercats i biblioteques. Els aliatges amorfs tenen efectes miraculosos i tenen àmplies perspectives de mercat. Durant el desè pla quinquennal: els treballadors científics i tecnològics del nostre país segurament faran més contribucions que atreguin l'atenció del món en el camp de la tecnologia d'aliatges amorfs.
Prenent com a exemple els aliatges amorfs dominats pel ferro, té les característiques d'alta intensitat d'inducció magnètica de saturació i baixa pèrdua. Els aliatges amorfs a base de ferro redueixen molt la pèrdua de nucli en comparació amb els materials d'acer de silici, aconseguint efectes d'alta eficiència i estalvi d'energia. Per tant, com a material conductor magnètic extremadament excel·lent, s'introdueix en productes que requereixen circuits magnètics com els transformadors.
Els aliatges amorfs a base de ferro competeixen amb l'acer al silici en els camps de freqüència elèctrica i freqüència mitjana. Comparat amb el sacer ilicon,Els aliatges amorfs a base de ferro tenen els següents avantatges i desavantatges.
1) La densitat de flux magnètic de saturació Bs de l'aliatge amorf a base de ferro és inferior a la de l'acer al silici. Tanmateix, sota el mateix flux magnètic Bm, la quantitat de pèrdua de flux magnètic de l'aliatge amorf a base de ferro és un 3% més petita que la de l'acer al silici de 0,23 mm de gruix. La majoria de la gent pensa que el motiu de la petita pèrdua és el gruix prim i l'alta resistivitat de la tira d'aliatge amorf a base de ferro. Aquest és només un aspecte. La raó més important és que l'aliatge amorf a base de ferro és amorf i la disposició atòmica és aleatòria. No hi ha anisotropia magnetocristal·lina causada per la disposició direccional atòmica, i no hi ha cristalinitat que produeixi deformació local i desviació de la composició. límit de gra. Per tant, la barrera energètica que dificulta el moviment de la paret del domini i la rotació del moment magnètic és molt petita i té un magnetisme suau sense precedents, de manera que la permeabilitat magnètica és alta, la força coercitiva és petita i la pèrdua és baixa.
2) La densitat de flux magnètic de funcionament del nucli d'aliatge amorf a base de ferro és d'1,35 T ~ 1,40 T, i la de l'acer al silici és de 1,6 T ~ 1,7 T. El pes del transformador de freqüència de potència d'aliatge amorf a base de ferro és aproximadament el 130% del pes del transformador de freqüència d'alimentació d'acer al silici. Tanmateix, fins i tot si el pes és pesat, per a un transformador de freqüència de potència amb la mateixa capacitat, la pèrdua d'un nucli magnètic fet d'aliatge amorf a base de ferro és del 70% al 80% inferior a la deacer al silici.
3) Tenint en compte les pèrdues, el preu total estimat és del 89%. És aproximadament un 80% menor que la pèrdua sense càrrega d'un transformador de nucli d'acer de silici (en referència a la pèrdua de potència mesurada al primari quan el secundari del transformador està obert) i el corrent sense càrrega (quan el secundari del transformador està obert). el transformador està obert, encara hi ha un cert corrent a la primària, aquesta part del corrent (anomenada corrent sense càrrega) cau al voltant del 85%. Actualment, és un transformador de distribució amb un efecte d'estalvi d'energia ideal. És especialment adequat. per a llocs amb baixes taxes de càrrega, com ara xarxes elèctriques rurals i zones en desenvolupament.Utilitzar aliatges amorfs amb una permeabilitat magnètica excepcional com a materials bàsics per a la fabricació de transformadors pot aconseguir, en última instància, valors de pèrdua molt baixos.
4) La duresa del material de làmina d'aliatge amorf és molt alta i és difícil de tallar amb eines convencionals; el gruix del full és extremadament prim i la superfície del material no és molt plana, de manera que el coeficient d'ompliment del nucli és baix; és molt sensible a l'estrès mecànic, i la tensió i la gravetat L'estrès de flexió afectarà les propietats magnètiques i l'estructura s'ha de dissenyar especialment.
5) El transformador d'aliatge amorf adopta una estructura totalment segellada, que pot retardar l'envelliment de l'oli del transformador i del paper aïllant. No només té una estructura compacta, sinó que també té els avantatges d'una alta eficiència operativa i sense manteniment. Els transformadors d'aliatge amorf tenen un rendiment operatiu molt estable a causa de les baixes pèrdues, la baixa generació de calor i la baixa temperatura. El bobinat de baixa tensió del transformador d'aliatge amorf està enrotllat amb làmina, amb pèrdues baixes, una forta resistència al curtcircuit i una estructura avançada.
6) L'aliatge amorf a base de ferro té una resistència més forta a la distorsió de la forma d'ona de potència que l'acer al silici
Actualment, la pèrdua de material bàsic del transformador de potència de freqüència de potència es prova sota una tensió d'ona sinusoïdal amb una distorsió inferior al 2%. La distorsió real de la xarxa elèctrica de freqüència és del 5%. En aquest cas, la pèrdua d'aliatge amorf a base de ferro augmenta fins al 106% i la pèrdua d'acer al silici augmenta fins al 123%. Si els harmònics més alts són grans i la distorsió és del 75% (com ara un transformador rectificador de freqüència d'alimentació), la pèrdua d'aliatge amorf a base de ferro augmenta fins al 160% i la pèrdua d'acer al silici augmenta a més del 300%. Mostra que l'aliatge amorf a base de ferro té una resistència més forta a la distorsió de la forma d'ona de potència que l'acer al silici.
7) El cost dels transformadors d'aliatge amorf és superior al dels transformadors de nucli d'acer de silici, i els costos de processament i fabricació dels nuclis d'aliatge amorf són més cars que les làmines d'acer de silici. Atès que la xapa d'acer de silici és un material magnètic d'ús habitual, la seva producció i ús tenen una llarga història, i s'ha format una cadena industrial i un mercat relativament complets a la societat. Tanmateix, l'aliatge amorf és un material emergent i el seu ús no s'ha popularitzat i no s'ha format al mercat. Una sèrie de cadenes industrials completes des de la producció, la producció, el processament fins a l'ús. Des del punt de vista econòmic, l'aliatge amorf és un producte nou que no ha estat rentat per la competència del mercat. La seva producció i producció tenen grans limitacions, i la seva comercialització encara no és forta, per la qual cosa el preu és relativament car. En general, el cost dels transformadors d'aliatge amorf és aproximadament un 30% superior al dels transformadors de nucli d'acer de silici del mateix model. A més, el procés de producció de material d'acer de silici és madur i l'estructura és estable.
No obstant això, el cost global d'ús és inferior al dels transformadors tradicionals a causa del seu important efecte d'estalvi d'energia i menors costos d'operació. Al mateix temps, té un paper important en la reducció de càrrega, pressió i càrrega a la xarxa elèctrica.
Suposem que la pèrdua de càrrega (pèrdua de coure) del transformador de freqüència de potència és la mateixa i el factor de càrrega també és del 50%. Aleshores, per fer que la pèrdua de ferro del transformador de freqüència de potència d'acer al silici sigui la mateixa que la del transformador de freqüència d'aliatge amorf a base de ferro, el pes del transformador d'acer al silici és 1,8 vegades superior al del transformador d'aliatge amorf a base de ferro. Per tant, la majoria de la gent a la Xina en general està d'acord que el pes, el cost i el preu dels transformadors de freqüència de potència d'aliatge amorf a base de ferro, a part del nivell de pèrdua del transformador, són del 130% al 150% dels dels transformadors de freqüència de potència d'acer al silici, que no compleix els requisits del mercat.
Principi de relació rendiment-preu. Pel que fa a la reducció de la pressió de càrrega a la xarxa elèctrica, comparant les contribucions dels dos transformadors de freqüència de potència, es pot veure clarament que el paper del transformador de freqüència d'aliatge amorf a base de ferro és molt evident. Preneu com a exemple un transformador trifàsic de 50Hz i 315kVA: quan s'utilitza un nucli d'acer al silici, la pèrdua sense càrrega és de 0,48KW, i quan el factor de càrrega és del 80%, el la pèrdua és de 3,65 kW; quan s'utilitza un nucli d'aliatge amorf a base de ferro, la pèrdua sense càrrega és de 0,28 kW. Quan la taxa de càrrega és del 80%, la pèrdua és d'1,35 kW. A partir de les dades anteriors es pot veure que un transformador de 315KVA amb un nucli d'aliatge amorf pot tenir un 40% a un 60% menys de pèrdua que un nucli d'acer al silici quan no hi ha càrrega ni càrrega. En un any, pot estalviar uns 10,000 quilowatts-hora d'electricitat per a la xarxa elèctrica, alhora que redueix el factor de càrrega de la xarxa elèctrica i redueix els costos d'explotació de les línies.
8) Les característiques destacables dels transformadors amb nuclis d'aliatge amorf són l'estalvi d'energia i la protecció del medi ambient. En primer lloc, pel que fa a la protecció del medi ambient, les proves tècniques han demostrat que quan s'utilitzen nuclis de ferro d'aliatge amorf en transformadors submergits en oli, poden reduir eficaçment l'emissió de gasos nocius com CO, SO, NO, etc., i reduir el grau de contaminació de l'aire, per la qual cosa es pot anomenar un dels productes energètics més importants del segle XXI. de "productes ecològics". En segon lloc, la característica més significativa dels transformadors d'aliatge amorf és que la pèrdua sense càrrega és molt baixa i l'efecte d'estalvi d'energia és evident. Com que els materials d'aliatge amorf tenen una permeabilitat magnètica superior, són més fàcils de magnetitzar o desmagnetitzar amb molt poc consum d'energia. Per tant, la pèrdua sense càrrega dels transformadors d'aliatge amorf és molt inferior a la dels transformadors tradicionals. Prenent com a exemple el transformador d'aliatge amorf de 500 kVA produït per SEC (American Superconducting Energy Company), les pèrdues sense càrrega del transformador d'aliatge amorf i del transformador S9 són de 190 W i 900 W respectivament. La pèrdua sense càrrega del transformador d'aliatge amorf és només al voltant del 20% de la del transformador S9, i l'efecte d'estalvi d'energia és molt significatiu. Per a zones amb grans fluctuacions de càrrega de potència, com ara carreteres, infraestructures urbanes i zones residencials, els avantatges d'estalvi d'energia dels transformadors d'aliatge amorf són més evidents. A causa de l'important efecte d'estalvi d'energia, es pot estalviar una gran quantitat d'inversió de la central elèctrica, es pot reduir el consum de combustible per a la generació d'energia, reduint així la contaminació del medi ambient atmosfèric. El coeficient de magnetostricció de l'aliatge amorf a base de ferro és gran, de 3 a 5 vegades el de l'acer al silici. Per tant, el soroll del transformador de freqüència de potència d'aliatge amorf a base de ferro és del 120% del soroll del transformador de freqüència de potència d'acer al silici, que és 3 ~ 5 dB més gran.
Conclusió: de l'anàlisi anterior, es pot veure que l'aliatge amorf té molts avantatges. Com a nou tipus de material de permeabilitat magnètica, té avantatges que els materials tradicionals d'acer de silici no poden coincidir i té àmplies perspectives de mercat. Enmig de les crides a la protecció del medi ambient i la conservació de l'energia, els transformadors d'aliatge amorf segurament es convertiran en el corrent principal dels nous transformadors.