Produktstatus und Entwicklungstrends von orientiertem Elektrostahl (Siliziumstahl)

Allgemeine Entwicklungsrichtungen des orientierten Elektrostahls

Kornorientierter Elektrostahl, allgemein als orientierter Siliziumstahl bezeichnet, ist das Kernmaterial von Leistungstransformatoren und großen rotierenden Maschinen. Seine Entwicklung wird von drei Zielen vorangetrieben: geringerer Eisenverlust, höhere magnetische Induktion und dünnere Dicke. Diese Verbesserungen reduzieren direkt den Leerlaufverlust von Transformatoren, der dem Netzbetreiber während der gesamten Lebensdauer der Ausrüstung in Rechnung gestellt wird, sodass bereits eine kleine Reduzierung der Wattzahl pro Kilogramm eine große Energiemenge im gesamten Transformatorenpark einspart.

Güten und Prüfungen sind in Standards wie GB/T 2521 und IEC 60404 definiert, wobei der Verlust mit der Epstein-Methode bei 1,7 T und 50 Hz gemessen wird, und der gleiche Rahmen gilt für die unten beschriebenen dünnen Güten und Güten mit hoher -Induktion.

Ultra-Technologien mit geringem Eisenverlust

Drei Produktionstechnologien reduzieren den Kernverlust.

Verfeinerung magnetischer Domänen: Laserritzen oder eine ähnliche Behandlung unterteilt die magnetischen Domänen auf der Bandoberfläche. Dies reduziert den anormalen Wirbelstromverlust und senkt den gesamten Kernverlust von kornorientiertem Stahl um 10 % bis 20 %.

Ablagerungsspannungsbeschichtung: Eine auf beiden Oberflächen aufgebrachte anorganische Hochspannungsbeschichtung reduziert den Verlust pro Gewichtseinheit der Platte und verbessert außerdem den Stapelfaktor und das Handhabungsverhalten.

Dünnere Stärken: Durch die Reduzierung der Dicke von 0,30 mm und 0,27 mm auf 0,23 mm, 0,20 mm und letztendlich 0,15 mm werden die Wirbelstromverluste deutlich reduziert, da die Wirbelstromverluste mit dem Quadrat der Dicke skalieren. Eine 0,20-mm-Sorte ist ein weichmagnetisches Standardmaterial für 400-Hz-Magnetkreise wie Flugzeug- und Schiffsstromversorgungen und kombiniert hohe Induktion mit geringem Verlust bei erhöhter Frequenz.

Güteklassen mit extrem hoher magnetischer Induktion

Durch die hohe magnetische Induktion kann der Transformatorentwickler die Arbeitsflussdichte erhöhen, was den Kernquerschnitt und damit die Größe und das Gewicht des Transformators bei gleicher Leistung verringert. Mittels doppelter oder dreifacher Rekristallisation oder eines Hochtemperaturgradienten-Glühverfahrens erreichen moderne Sorten eine magnetische Polarisation B8 von 1,95 T bis 2,0 T bei einer Feldstärke von 800 A/m. Hoch-Induktionsgrade werden überall dort spezifiziert, wo Gewicht und Abmessungen des Transformators von entscheidender Bedeutung sind, beispielsweise bei UHV-Übertragungsgeräten und großen Generatortransformatoren.

Dual-Orientiert und 6,5 % Si-Qualitäten

Feinkörniger, dual-orientierter Siliziumstahl wird durch eine Siliziumoxid-Entkohlung hergestellt und entwickelt eine kubische Textur, sodass er sowohl in Walzrichtung als auch in Querrichtung eine hohe Induktion aufweist. Sein B8 erreicht 1,85 T bis 1,90 T in beide Richtungen, wobei der Kernverlust P1,7/50 unter 1,02 W/kg bei 0,30 mm Dicke liegt und die Magnetostriktion in beide Richtungen gering ist. Dieses Material ist für rotierende Maschinen und Sonderkerne interessant, bei denen sich die Flussrichtung kontinuierlich ändert.

Wenn der Siliziumgehalt auf 6,5 Gew.-% erhöht wird, erreicht das Material eine Magnetostriktion von nahezu -Null, einen höheren elektrischen Widerstand und einen geringeren Wirbelstromverlust, was zu einer überlegenen Leistung bei erhöhter Frequenz führt. Hoch-Siliziumstahl ist daher ein idealer Kandidat für geräuscharme,-verlustarme Hochfrequenztransformatoren und Reaktoren und bleibt ein aktives Forschungsthema, da der hohe Siliziumgehalt das Band spröde und schwer zu walzen macht.

Anwendungsfelder

Hocheffiziente Leistungstransformatoren: UHV-Übertragungstransformatoren und Verteilungstransformatoren, die strenge Leerlaufverlustgrenzwerte einhalten müssen.

Neue Energieausrüstung: Wind- und Solarwechselrichter und Hochfrequenztransformatoren für Ladesäulen für Elektrofahrzeuge.

Hochwertige elektrische Geräte: Präzisionsmesswandler und Hochfrequenzreaktoren, bei denen es auf niedrige Magnetostriktion und stabile Leistung ankommt.

Zukünftige Forschungsrichtungen

Inhibitorfreier kornorientierter Stahl, der die herkömmliche Inhibitorchemie vermeidet, ermöglicht niedrigere Brammenerwärmungstemperaturen und macht den Entkohlungsschritt überflüssig. Seine Produktion wurde teilweise in die Fertigung übernommen. Weitere Arbeiten sind an sehr dünnen Bändern unter 0,1 mm erforderlich, die durch dreifache Rekristallisation hergestellt werden, an orientierten Reineisenplatten mit hoher Sättigungsinduktion sowie an hoch-isolierenden, umweltfreundlichen Isolier- und Haftbeschichtungen. Diese Entwicklungen zielen auf die gleichen Ziele: geringere Verluste, höhere Induktion und dünnere Dicke für die nächste Generation energieeffizienter magnetischer Geräte.

FAQ

Was bedeutet B8 in den Spezifikationen für kornorientierten Stahl?

B8 ist die magnetische Polarisation, gemessen bei einer magnetischen Feldstärke von 800 A/m. Sie gibt an, wie leicht sich das Material magnetisieren lässt und wie hoch die Flussdichte des Kerns sein kann, mit Werten wie 1,82 T für gängige Güten und bis zu 2,0 T für Güten mit hoher -Induktion.

Warum ist dünnerer Siliziumstahl besser für Hochfrequenztransformatoren?

Der Wirbelstromverlust nimmt mit dem Quadrat der Banddicke zu, so dass eine Halbierung der Dicke die Wirbelkomponente um den Faktor vier reduziert. Ab 400 Hz sind daher dünnere Qualitäten wie 0,20 mm und 0,15 mm unerlässlich.

Wie reduziert die Verfeinerung der magnetischen Domäne den Kernverlust?

Eine Laser- oder mechanische Behandlung unterteilt die großen magnetischen Domänen in kleinere, was den Weg der Domänenwandbewegung verkürzt und den anomalen Wirbelstromverlust verringert. Der Gesamtkernverlust von kornorientiertem Stahl sinkt um 10 bis 20 %.

Was ist das Besondere an 6,5 % Siliziumstahl?

Bei 6,5 Gew.-% Silizium geht die Magnetostriktion gegen Null, der spezifische Widerstand ist hoch und der Wirbelstromverlust gering, sodass das Material bei hohen Frequenzen leise und effizient ist. Der Nachteil ist die Sprödigkeit, die das Rollen und die Handhabung erschwert.

Welche Qualität sollte für einen Verteiltransformator gewählt werden?

Bei 50-Hz-Verteilungstransformatoren sorgen gängige Typen wie 23Q110 oder 27Q120 für ausgeglichene Verluste und Kosten. Wenn kein-Lastverlust die Betriebskosten dominiert, sind Domänen-verfeinerte oder hoch-Induktionsgrade mit Verlusten unter 0,9 W/kg gerechtfertigt.

Was ist P1,7/50?

Dabei handelt es sich um den spezifischen Gesamtkernverlust in Watt pro Kilogramm, gemessen bei einer Spitzenpolarisation von 1,7 T und einer Frequenz von 50 Hz unter Verwendung des Epstein-Rahmens, dem Standardvergleichspunkt für kornorientiertes Elektroblech.