Silikon Çelik Çekirdeklerle Güç Dağıtımında Devrim Yaratıyor

giriiş

Elektrik çeliği veya transformatör çeliği olarak da adlandırılan silikon çeliği, tipik olarak %2,5-3,5 oranında silikon içeren bir demir-silikon alaşımıdır. Silikon ilavesi çeliğin elektriksel direncini arttırır, bu da alternatif manyetik alanlardaki girdap akımı kayıplarını azaltır. Lamine silikon çelik çekirdekler, güç transformatörleri, dağıtım transformatörleri, indüktörler ve döner makineler için standart manyetik devre malzemesidir.

Bu makalede silikon çelik çekirdeklerin nasıl yapıldığı, bunların neden güç-manyetik bileşenlere hakim olduğu ve belirli bir uygulama için doğru kalitenin nasıl seçileceği açıklanmaktadır.

Manyetik Çekirdeklerdeki Rolü

Silikon çelik çekirdekler, manyetik akı için düşük-isteksizlik yolu sağlar. Goss dokusuyla haddelenmiş tane-yönelimli (GO) kaliteler, akı haddeleme yönünü takip ettiğinde çekirdek kaybını ve mıknatıslanma akımını azaltan tercih edilen bir mıknatıslanma yönüne sahiptir. Yönlendirilmemiş (NO) kaliteler tüm yönlerde daha tekdüze özelliklere sahiptir ve motor ve jeneratör statörleri gibi akı yönünün değiştiği yerlerde kullanılır.

Transformatör tasarımında çekirdek, girdap akımlarını bireysel laminasyonlarla sınırlandıran ve çekirdek kaybını düşük tutan bir yalıtım katmanıyla kaplanmış ince laminasyonlardan (GO dereceleri için 0,23-0,35 mm) birleştirilir.

Enerji Verimliliğine Katkı

Histerezis kaybı ve girdap akımı kaybının toplamı olan çekirdek kaybı, doğrudan ısıya dönüştürülür ve bir transformatör için kalıcı bir işletme maliyetini temsil eder. M3 (0,23 mm) ve M4 (0,27 mm) tanecikli-yönlendirilmiş çelik gibi düşük-kayıplı kaliteler, eski M5 ve M6 kaliteleriyle karşılaştırıldığında yüksüz-kayıp kaybını %20-30 oranında azaltabilir. Sürekli çalışan bir dağıtım transformatörü için, yüksüz kayıpta 1 kW'lık bir azalma, yılda yaklaşık 8.700 kWh tasarruf sağlar; bu nedenle kayıp seviyeleri, Çin'deki GB 20052 ve AB Ecodesign yönetmeliği (AB) 2019/1783 gibi standartlarda düzenlenir.

Uygulamalar

Güç ve dağıtım transformatörleri: 50/60 Hz'de tanecik-yönelimli silikon çelik çekirdekler.

Endüstriyel sürücüler ve güç kalitesi ekipmanları için indüktörler ve reaktörler.

Ölçüm ve koruma için akım ve gerilim transformatörleri.

Motorlar ve jeneratörler:-yönlendirilmemiş silikon çelik laminasyonlar.

Özel uygulamalarda manyetik koruma ve sensörler.

Sınıf Seçimi

Seçim, işletme akı yoğunluğuna, frekansına, kayıp bütçesine ve maliyetine bağlıdır:

50/60 Hz güç transformatörleri için kayıp hedefine bağlı olarak M3 ila M6 arasındaki GO derecelerini seçin (bkz. GB/T 2521.1 veya ASTM A876).

1 kHz'in üzerindeki yüksek-frekanslı indüktörler için, daha ince laminasyonlar veya amorf veya nanokristalin alaşımlar gibi alternatif malzemeler değerlendirilmelidir.

Motorlar için uygun kayıp sınıfına sahip NO derecelerini seçin (örneğin GB/T 2521.2 başına 35W250 veya 50W470).

Yaygın Yanılgılar

Daha kalın laminasyonlar daha güçlüdür ve dolayısıyla daha iyidir. Aslında daha kalın laminasyonlar girdap akımı kaybını artırır; Mekanik mukavemet laminasyon kalınlığı tarafından değil tasarım tarafından sağlanır.

Tüm silikon çelikler aynıdır. GO ve NO kaliteleri doku, kayıp ve geçirgenlik açısından temel olarak farklılık gösterir ve birbirlerinin yerine kullanılamaz.

Daha yüksek silikon içeriği her zaman daha düşük kayıp anlamına gelir. Silikon direnci artırır ve kaybı azaltır, ancak yaklaşık %3,5'in üzerinde çelik kırılgan hale gelir ve yuvarlanması zorlaşır.

SSS

S: Silikon çelik neden lamine ediliyor?
C: Yalıtımla kaplanmış laminasyonlar girdap akımlarını ince şeritlerle sınırlandırarak girdap akımı kaybını önemli ölçüde azaltır.

S: Tane-yönelimli ve-yönelimsiz silikon çelik arasındaki fark nedir?
C: Tane-yönelimli çelik tercih edilen bir akı yönüne sahiptir ve haddeleme yönü boyunca en düşük kaybı vardır; -yönlendirilmemiş çelik her yönde aynı manyetik özelliklere sahiptir.

S: Silikon çelik kalitelerini hangi standartlar tanımlar?
C: Tanecik odaklı kaliteler için IEC 60404, GB/T 2521 (bölüm 1 ve 2) ve ASTM A876.

S: Silikon çelik çekirdekler yüksek frekansta çalışabilir mi?
C: Yaklaşık 1 kHz'in üzerinde girdap akımı kaybı hızla artar, dolayısıyla amorf veya nanokristalin çekirdekler genellikle tercih edilir.

S: Çekirdek kaybı nasıl ölçülür?
C: IEC 60404-2 ve IEC 60404-3'e göre Epstein çerçeve veya tek-sayfa test cihazı yöntemleriyle.