Трансформатордун "жүрөгү" катары темир өзөгү электромагниттик энергияны өзгөртүүдө чечүүчү ролду ойнойт. Ал трансформаторлордун энергияны натыйжалуу пайдалануу көрсөткүчтөрүнө гана таасир этпестен, жабдуулардын көлөмүнө, салмагына жана иштөө ишенимдүүлүгүнө да түздөн-түз байланыштуу. Темир өзөктүү материалдардын, өнөр жайлык таза темирден бүгүнкү күндө аморфтук эритмелерге чейин эволюциясы трансформатор технологиясынын даңазалуу өнүгүшүнө күбө болду.
Темир өзөгүнүн негизги функциясы жана иштөө талаптары
Трансформатордун өзөгүнүн негизги функциясы - натыйжалуу магниттик чынжырды камсыз кылуу, электромагниттик индукция принциби аркылуу ар кандай чынжырлардын ортосунда электр энергиясын өткөрүүгө мүмкүндүк берет. Темир өзөгүнүн иштеши трансформатордун техникалык жана экономикалык көрсөткүчтөрүнө түздөн-түз таасир этет. Темир өзөгүнүн материалдарына коюлуучу негизги талаптар: белгилүү бир жыштыкта жана магниттик агымдын тыгыздыгында темир өзөгүнүн аз жоготуусу жана белгилүү бир магнит талаасынын күчүндө жогорку магниттик агымдын тыгыздыгы.
Өзөктүн жоголушу эки бөлүктөн турат: гистерезис жоголушу жана куюн токтун жоголушу. Гистерезис жоголушу материалдын магниттелишинин кыйынчылыгы менен байланыштуу, ал эми куюн токтун жоголушу темир өзөгүндөгү өзгөрмө магниттик агымдан улам пайда болгон айланма токтон келип чыгат. Бул жоготууларды азайтуу үчүн идеалдуу темир өзөк материалдары жогорку электрдик каршылыкка, жогорку магниттик өткөрүмдүүлүккө жана төмөнкү коэрцитивдүүлүккө ээ болушу керек.
Темирдин өзөктүү материалдарынын эволюция процесси
Трансформатордун өзөк материалдарын иштеп чыгуу узак жана кызыктуу жолду басып өттү. Эң алгачкы трансформатордун өзөктөрү магниттик материалдар катары кадимки көмүртек болот зымын же көмүртек болотун колдонушкан. 1885-жылы Венгриядагы Гунц заводу жабык магниттик чынжыры бар биринчи бир фазалуу трансформаторду иштеп чыккан жана анын темир өзөгү ушул типтеги материалдан жасалган.
1900-жылы англиялык Р.А. Хадфилд жана башкалар жумшак болотко кремнийди кошуу каршылыкты жакшыртып, куюн агымын жана гистерезис жоготууларын азайтып, "өзөктүн картаюусу" кубулушун жеңилдетет деп аныкташкан. 1903-жылы АКШ жана Германия ысык прокатталган кремний болот барактарын чыгара башташкан, бул кремний болот барактарынын доорунун башталышын белгилеген.
Ысык прокатталган кремний болот барактары бирдей эмес иштөө жана жогорку жоготуулар сыяктуу көйгөйлөргө ээ. 1930-жылдары муздак прокатталган кремний болот барактарынын технологиясында чоң жетишкендиктер жасалган. 1933-жылы Гаусс прокаттоо багыты боюнча жогорку магниттик касиетке ээ 3% Si болотун өндүрүү үчүн муздак прокаттоо жана күйгүзүү эки ыкмасын колдонгон. 1935-жылы АКШнын Armco Steel Company компаниясы Westinghouse Company менен кызматташып, муздак прокатталган багытталган кремний болотун өндүрүшүн баштаган.
1960-жылдардан кийин, ири өнөр жай өлкөлөрү акырындык менен ысык түрүндө прокатталган кремний болот барактарын чыгарууну токтотуп, жакшыраак мүнөздөмөлөргө ээ болгон муздак түрүндө прокатталган кремний болот барактарына өтүшкөн. 1964-жылы Жапониянын Nippon Steel Corporation компаниясы жогорку өткөрүмдүүлүккө ээ данга багытталган муздак прокатталган кремний болот барактарын (Hi-B болот) иштеп чыгып, трансформаторлордун жүктөмсүз жоготууларын андан ары азайткан.
1970-жылдары аморфтук эритме материалдары тарыхый аренада дебют жасаган. 1974-жылы United Microelectronics Corporation темир негизиндеги аморфтук эритмелерди иштеп чыккан, ал эми 1978-жылы Америка Кошмо Штаттары 10 кВА аморфтук темир өзөктүү трансформаторлорду иштеп чыккан. Бул жаңы типтеги материал өтө аз темир жоготуу, салттуу кремний болот барактарынын 1/3-1/5 гана жоготуу мүнөзүнө ээ, бул трансформаторлор үчүн энергияны үнөмдөөнүн жаңы доорун ачат.
Темирдин негизги материалдарынын негизги түрлөрү жана мүнөздөмөлөрү
кремний болоттон жасалган барак
Кремний болот барактары - бул кремний темиринин жумшак магниттик эритмеси, анын көмүртек курамы өтө төмөн, адатта 0,5-4,5% түзөт. Кремнийди кошуу темирдин электрдик каршылыгын жана максималдуу магниттик өткөрүмдүүлүгүн жогорулатып, коэрцитивдүүлүктү, өзөктүн жоголушун жана магниттик картаюуну азайтат. Кремний болот барактары эки категорияга бөлүнөт: ысык прокатталган жана муздак прокатталган, ал эми муздак прокатталган барактар андан ары багытталган жана багытталбаган түрлөргө бөлүнөт.
Муздак прокатталган багытталбаган кремний болот барактары 0,5% ~ 4,0% (Si + Al) эритмесин билдирет, ал 0,65 мм, 0,5 мм жана 0,35 мм чейин муздак прокатталып, андан кийин күйгүзүлүп, капталат. Анын дан текстурасы салыштырмалуу чачыранды жана бардык багыттар боюнча бирдей магниттик касиеттерге ээ.
Багытталган кремний болоту жогорку магнит өткөрүмдүүлүгүнө жана оңой магниттелүүчү багытта төмөн жоготуу мүнөздөмөлөрүнө ээ, бул трансформаторлор сыяктуу статикалык кубаттуулук жабдууларынын магнит өткөрүмдүүлүгү талаптарына жооп берет. Кадимки багытталган кремний болотунун (CGO) орточо дан багытынын четтөө бурчу болжол менен 7°, ал эми каныккан магниттик сезгичтик мааниси B8 1,82Tesla жогору; Жогорку магниттик багытталган кремний болотунун (Hi-B) орточо дан багытынын четтөө бурчу болжол менен 3°, ал эми B8 мааниси 1,90Tesla жогору.
аморфтук эритме
Аморфтук эритме – бул материалдык матрицада атомдор туш келди жайгашып, "айнек сымал" курамга ээ болгон металлдык функционалдык материал. Типтүү аморфтук эритме 80% темирди камтыйт, калган компоненттери бор жана кремний. Бул материал жогорку каныккан магниттик индукциялык күч (1,54Т), жогорку магниттик өткөрүмдүүлүк, төмөн козгоо тогу жана өтө төмөн темир жоготуу мүнөздөмөлөрүнө ээ.
Темир негизиндеги аморфтук эритмелердин темир жоготуусу багытталган кремний болот барактарынын үчтөн биринен бештен бир бөлүгүнө чейин гана түзөт, бул аморфтук эритме трансформаторлорунун жүктөмсүз жоготуусун салттуу кремний болот трансформаторлоруна салыштырмалуу 70% дан 80% га чейин азайтат. Аморфтук эритмелердин каныккан магниттик агым тыгыздыгы салыштырмалуу төмөн (болжол менен 1,5 Т), ошондуктан номиналдык магниттик агым тыгыздыгы жалпысынан 1,3-1,4 Т катары тандалат.
Аморфтук эритме тилкесинин калыңдыгы өтө жука, болгону 0,03 мм, натыйжада аморфтук темир өзөк үчүн ламинация коэффициенти болжол менен 80% гана түзөт. Аморфтук эритмелердин салыштырма салмагы кремний болот барактарына караганда төмөн болгону менен, темир өзөгүнүн салмагы дагы эле салыштырмалуу оор.
Негизги түзүлүштүн дизайны
Трансформатордун өзөктүк түзүлүшүнүн дизайны да олуттуу эволюцияга дуушар болду. Эң алгачкы ламинатталган темир өзөктөн баштап, С формасындагы темир өзөккө, андан кийин шакекче формасындагы (спираль түрүндөгү темир өзөк) темир өзөккө чейин, ар бир түзүлүштүн өзүнүн өзгөчөлүктөрү жана артыкчылыктары бар.
Тегерек темир өзөк бекем оролгон саат пружинасына окшош оролгон кремний болот тилкелеринен жасалат. Бул типтеги темир өзөк аба боштуктары жок үзгүлтүксүз магниттик чынжырга ээ, бул магниттик каршылыктын төмөндүгүнө жана жогорку натыйжалуулукка алып келет. Ошол эле кубаттуулуктагы ламинатталган трансформаторлорго салыштырмалуу тороиддик трансформаторлор кичинекей өлчөмдөгү, жеңил салмактагы жана магниттик агып кетүүнүн төмөндүгүнө артыкчылыктарга ээ.
Аморфтук эритмеден жасалган трансформаторлор үчүн, материалдарды кесүү кыйын болгондуктан, алар, адатта, спираль түрүндөгү темир өзөктүү конструкциялар катары иштелип чыгат. Бир фазалуу трансформатордун өзөктүү түзүлүшү - бул рамка, ал эми үч фазалуу трансформатордун өзөктүү түзүлүшү төрт рамканы үч фазалуу беш мамычалуу түзүлүшкө окшош түзүлүшкө бириктирүү жолу менен түзүлөт. Бул түзүлүш ар бир фазалык оромду магниттик чынжырдын эки көз карандысыз рамкасына жайгаштырууга мүмкүндүк берет, бул үчүнчү гармоникалык магниттик агымдын таасирин натыйжалуу жок кылат.
Темирдин өзөгүн өндүрүү процесси
Кремний болот барактарын өндүрүү процесси татаал, айрыкча кремний болот барактарына багытталган. Анын өндүрүш процесси татаал, процесстин терезеси тар жана өндүрүштүн татаалдыгы жогору. Ал "болот буюмдарын кол өнөрчүлүк" деп аталат.
Муздак прокатталган багытталбаган кремний болот барактарын өндүрүү процесси, адатта, төмөнкүлөрдү камтыйт: ысык прокатталган болот запасы же болжол менен 2,3 мм калыңдыктагы катушкаларга үзгүлтүксүз куюу, андан кийин кислота менен жуу, муздак прокаттоо, күйгүзүү жана изоляциялык пленка менен каптоо процесстери. Жогорку кремнийлүү продукциялар үчүн, ысык прокаттоодон кийин алгач аларды 800-850 ℃ температурада нормалдаштыруу, андан кийин кислота менен жуу, белгилүү бир калыңдыкка чейин муздак прокаттоо, күйгүзүү, андан кийин төмөнкү калыбына келтирүү ылдамдыгында муздак прокаттоо жана акырында акыркы күйгүзүү.
Аморфтук эритмелерди алуунун эң кеңири таралган ыкмасы - эриген металл буусун жогорку ылдамдыкта айлануучу жез ором рамкасына чачуу, ал эми эриген металл 106 ℃/с ылдамдыкта муздатылат жана жука кабыргаларга айлантылат. Жакшы магниттик касиеттерге жетүү үчүн чыңдоодон пайда болгон жогорку ички чыңалууну 200 ℃ жана 280 ℃ ортосунда күйгүзүү менен азайтуу керек.
Темир өзөктүү материалдардын энергияны үнөмдөөчү артыкчылыктары
Трансформаторлор көп жана алардын кубаттуулугу чоң, бул жалпы жоготууларга алып келет. Кытайда трансформаторлордун жалпы жоготуулары системанын электр энергиясын өндүрүүсүнүн болжол менен 10% түзөт деп болжолдонууда. Жоготуулардын ар бир 1%га азайышы жылына миллиарддаган киловатт-саат электр энергиясын үнөмдөөгө мүмкүндүк берет.
Аморфтук эритме темир өзөктүү трансформаторлор энергияны үнөмдөөчү олуттуу таасирге ээ. SH12 сериясындагы аморфтук эритме өзөктүү трансформаторлордун жүктөмсүз жоготуусу S9 сериясындагы кремний болоттон жасалган трансформаторлорго салыштырмалуу болжол менен 75% га азаят. Аморфтук эритме трансформаторлору салттуу трансформаторлорго караганда кымбатыраак болгону менен, алардын эксплуатациялык чыгымдары өтө төмөн жана инвестициянын кайтарымдуулук мөөнөтү, адатта, 2-5 жылды түзөт.
Шанхай, Цзянсу жана Чжэцзян провинциялары сыяктуу экономикалык жактан өнүккөн аймактар аморфтук эритмеден жасалган трансформаторлорду кеңири масштабда колдонушту. Цзянсу электр энергиясы компаниясы келечекте жаңы жана оңдолгон линияларды орнотууну пландаштырууда, ал эми аморфтук эритмеден жасалган трансформаторлорду колдонуу 30% дан кем болбошу керек.
Темир өзөктүү материалдардын өнүгүү тенденциясы
Темирдин өзөктүү материалдары темирдин аз жоготуусуна жана жогорку магниттик индукцияга карай өнүгүп жатат. Кремний болот барактары үчүн, анын ичинде темирдин аз жоготуусуна жана жогорку натыйжалуулугуна багытталган кыймылдаткычтар үчүн багытталбаган кремний болот, ичке спецификациялуу өтө төмөн темир жоготуусуна жана жогорку магниттик индукцияга багытталган кремний болот жана орто жана жогорку жыштыктагы энергияны үнөмдөөчү электр шаймандары үчүн жогорку кремний болот.
Жогорку кремнийлүү болот (Si Fe эритмеси 4,5% ~ 6,7% Si менен) жогорку жыштыктарда темирдин жоголушун бир кыйла азайтуу, жогорку максималдуу магниттик өткөрүмдүүлүк жана төмөнкү коэрцитивдүүлүк мүнөздөмөлөрүнө ээ. Бирок анын Si курамы өтө жогору жана бөлмө температурасында анын пластикалуулугу өтө начар, бул аны тоголотуп, калыпка салууну кыйындатат. Учурда, багытталбаган 6,5% Si Fe эритме материалдары негизинен кремнийдин инфильтрация процесси аркылуу даярдалат.
Нано-модификацияланган материалдар жана биологиялык негиздеги материалдар да келечектеги өнүгүү багыттарынын бири болуп саналат. Айлана-чөйрөнү коргоого болгон суроо-талаптын өсүшү менен уулуу эмес, биологиялык жактан ажыроочу же кайра иштетүүгө боло турган темир өзөктүү материалдарды иштеп чыгуу маанилүү изилдөө багытына айланат.
Жыйынтык
Трансформатордун өзөктүк материалдарынын эволюциясы материал таануу менен электротехниканын кемчиликсиз айкалышына күбө болду. Кадимки көмүртек болоттон кремний болот барактарына, андан кийин аморфтук эритмелерге чейин, ар бир материалдык жетишкендик трансформаторлордун энергияны натыйжалуу пайдалануу деңгээлин бир топ жакшыртты.
Энергияны үнөмдөө жана эмиссияны азайтуу дүйнөлүк консенсуска айланган бүгүнкү дүйнөдө, натыйжалуу темир өзөктүү материалдарды тандоо экономикалык пайда менен гана эмес, экологиялык жоопкерчилик менен да байланыштуу. Келечекте жаңы материалдардын жана процесстердин тынымсыз пайда болушу менен трансформатордун өзөктөрү жоготууларды азайтуу жана натыйжалуулукту жогорулатуу багытында өнүгө берет, бул жашыл жана аз көмүртектүү энергия системасын курууга салым кошот.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 29-августу
