Трансформаторның "йөрәге" буларак, тимер үзәк электромагнит энергияне үзгәртүдә мөһим роль уйный. Ул трансформаторларның энергия нәтиҗәлелегенә генә түгел, ә җиһазларның күләменә, авырлыгына һәм эксплуатация ышанычлылыгына да турыдан-туры бәйле. Тимер үзәк материалларының, сәнәгать саф тимереннән бүгенге көндә аморф эретмәләргә кадәр, эволюциясе трансформатор технологиясенең данлы үсешен күрсәтте.
Тимер үзәкнең төп функциясе һәм эш таләпләре
Трансформатор үзәгенең төп функциясе - нәтиҗәле магнит схемасын тәэмин итү, электромагнит индукция принцибы аша төрле схемалар арасында электр энергиясен тапшыру мөмкинлеген бирү. Тимер үзәгенең эшләве трансформаторның техник һәм икътисади күрсәткечләренә турыдан-туры тәэсир итә. Тимер үзәге материалларына төп таләпләр: билгеле бер ешлыкта һәм магнит агымы тыгызлыгында тимер үзәгенең түбән югалтуы, һәм билгеле бер магнит кыры көчәнешендә югары магнит агымы тыгызлыгы.
Үзәк югалту ике өлештән тора: гистерезис югалту һәм дулкынлы ток югалту. Гистерезис югалту материалның магнитлашу кыенлыгы белән бәйле, ә дулкынлы ток югалту тимер үзәгендәге магнит агымы алмашыну сәбәпле барлыкка килгән әйләнеш ток аркасында килеп чыга. Бу югалтуларны киметү өчен, идеаль тимер үзәк материаллары югары электр каршылыгына, югары магнит үткәрүчәнлегенә һәм түбән коэрцитивлыкка ия булырга тиеш.
Тимер үзәк материалларының эволюция процессы
Трансформатор үзәк материалларын эшләү озын һәм кызыклы юл үтте. Иң беренче трансформатор үзәкләре магнит материаллары буларак гади углерод корыч чыбыгын яки углерод корычын кулланган. 1885 елда Венгриядәге Гунц заводы ябык магнит схемасы булган беренче бер фазалы трансформаторны эшләде, һәм аның тимер үзәкләре шушы төр материалдан ясалган.
1900 елда инглиз Р.А. Хадфилд һәм башкалар йомшак корычка кремний өстәүнең каршылыкны яхшыртырга, агым һәм гистерезис югалтуларын киметергә һәм "үзәкнең картаюы" күренешен җиңеләйтергә мөмкинлеген ачыкладылар. 1903 елда АКШ һәм Германия кайнар җәелгән кремний корыч битләрен җитештерә башладылар, бу кремний корыч битләре чоры башлануын билгели.
Кайнар җәелгән кремний корыч битләрендә тигез булмаган эш күрсәткечләре һәм югары югалтулар кебек проблемалар бар. 1930 елларда салкын җәелгән кремний корыч битләре технологиясендә ачышлар ясалды. 1933 елда Гаусс җәю юнәлеше буенча югары магнит үзлекләренә ия 3% Si корыч җитештерү өчен ике салкын җәю һәм җылыту ысулын кулланды. 1935 елда АКШның Armco Steel компаниясе Westinghouse компаниясе белән хезмәттәшлек итеп, салкын җәелгән ориентацияләнгән кремний корычын җитештерүне башлады.
1960 еллардан соң, зур индустриальләшкән илләр әкренләп кайнар җәелгән кремний корыч битләрен җитештерүдән туктадылар һәм яхшырак күрсәткечләргә ия салкын җәелгән кремний корыч битләренә күчтеләр. 1964 елда Япониянең Nippon Steel Corporation югары үткәрүчәнлеккә ия бөртекле салкын җәелгән кремний корыч битләрен (Hi-B корычын) эшләде, бу трансформаторларның йөкләнешсез югалтуларын тагын да киметте.
1970 елларда аморф эретмә материаллары тарихи сәхнәдә беренче тапкыр күренде. 1974 елда United Microelectronics Corporation тимер нигезендәге аморф эретмәләрне эшләде, ә 1978 елда Америка Кушма Штатлары 10 кВА аморф тимер үзәкле трансформаторлар эшләде. Бу яңа төр материал тимер югалтуның бик түбән булуы белән аерылып тора, традицион кремний корыч битләренең нибары 1/3-1/5 өлешен тәшкил итә, бу трансформаторлар өчен энергияне саклауның яңа чорын ача.
Тимер үзәк материалларының төп төрләре һәм үзенчәлекләре
кремний корыч бит
Кремний корыч бите - кремний тимеренең йомшак магнит эретмәсе, аның углерод күләме бик түбән, гадәттә кремний күләме 0,5-4,5% тәшкил итә. Кремний өстәү тимернең электр каршылыгын һәм максималь магнит үткәрүчәнлеген арттырырга, коэрцитивлыкны, үзәк югалтуны һәм магнит картаюын киметергә мөмкин. Кремний корыч битләрен ике категориягә бүлергә мөмкин: кайнар җәелгән һәм салкын җәелгән, салкын җәелгәннәр тагын юнәлешле һәм юнәлешсез төрләргә бүленә.
Салкын җәелгән юнәлешсез кремний корыч бите 0,5% ~ 4,0% (Si + Al) катнашмасын аңлата, ул 0,65 мм, 0,5 мм һәм 0,35 мм калынлыктагы салкын җәелгән, аннары җылытылган һәм капланган. Аның бөртекле текстурасы чагыштырмача таралган һәм барлык юнәлешләрдә дә чагыштырмача бердәм магнит үзлекләренә ия.
Юнәлешле кремний корычының җиңел магнитлаша торган юнәлештә югары магнит үткәрүчәнлеге һәм түбән югалту үзенчәлекләре бар, бу трансформаторлар кебек статик көч җиһазларының магнит үткәрүчәнлеге таләпләренә туры килә. Гади юнәлтелгән кремний корычының (CGO) уртача бөртек юнәлешеннән тайпылу почмагы якынча 7°, ә туендырылган магнит сизгерлеге B8 1,82Tesla дан югарырак; югары магнит юнәлешле кремний корычының (Hi-B) уртача бөртек юнәлешеннән тайпылу почмагы якынча 3°, ә B8 1,90Tesla дан югарырак.
аморф эретмә
Аморф эретмә - металлик функциональ материал, анда атомнар материал матрицасында очраклы рәвештә таралган, "пыяла" составка ия. Гадәти аморф эретмә 80% тимердән тора, калган компонентлар бор һәм кремнийдан тора. Бу материал югары туендыру магнит индукциясе көче (1,54 Т), югары магнит үткәрүчәнлеге, түбән кузгату тогы һәм бик түбән тимер югалту үзенчәлекләренә ия.
Тимер нигезендәге аморф эретмәләрнең тимер югалтуы ориентлаштырылган кремний корыч битләренекенең өчтән береннән биштән бер өлешенә кадәр генә тәшкил итә, бу аморф эретмә трансформаторларының йөкләнешсез югалтуын традицион кремний корыч трансформаторлары белән чагыштырганда 70% тан 80% ка кадәр киметә. Аморф эретмәләрнең туендырылган магнит агымы тыгызлыгы чагыштырмача түбән (якынча 1,5 Т), шуңа күрә номиналь магнит агымы тыгызлыгы гадәттә 1,3-1,4 Т итеп сайлана.
Аморф эретмә тасмасының калынлыгы бик нечкә, нибары 0,03 мм, нәтиҗәдә аморф тимер үзәге өчен ламинация коэффициенты якынча 80% кына тәшкил итә. Аморф эретмәләрнең чагыштырма авырлыгы кремний корыч битләренә караганда түбәнрәк булса да, тимер үзәгенең авырлыгы әле дә чагыштырмача авыр.
Төп структура дизайны
Трансформатор үзәк структурасы дизайны да зур үсеш кичерде. Иң борынгы катламлы тимер үзәктән алып, С-формасындагы тимер үзәккә, аннары боҗра формасындагы (спиральле тимер үзәк) тимер үзәккә кадәр, һәр структураның үз үзенчәлекләре һәм өстенлекләре бар.
Түгәрәк тимер үзәк тыгыз уралган сәгать пружинасы кебек уратылган кремний корыч тасмалардан ясалган. Бу төр тимер үзәк һава аралары булмаган өзлексез магнит чылбырына ия, бу түбән магнит каршылыгына һәм югары нәтиҗәлелеккә китерә. Шул ук сыйдырышлы ламинатланган трансформаторлар белән чагыштырганда, тороидаль трансформаторлар кечкенә зурлык, җиңел авырлык һәм түбән магнит агып чыгу өстенлекләренә ия.
Аморф эретмә трансформаторлары өчен, материалларын кисү авыр булу сәбәпле, алар гадәттә спиральле тимер үзәк конструкцияләр буларак эшләнгән. Бер фазалы трансформаторның үзәк структурасы - рамка, ә өч фазалы трансформаторның үзәк структурасы дүрт рамканы өч фазалы биш колонналы структурага охшаш структурага берләштерү юлы белән формалаша. Бу структура һәр фазалы чыбыкны магнит чылбырының ике бәйсез рамкасына урнаштырырга мөмкинлек бирә, өченче гармоник магнит агымының йогынтысын нәтиҗәле рәвештә бетерә.
Тимер үзәк материалын җитештерү процессы
Кремний корыч битләрен җитештерү процессы катлаулы, аеруча кремний корыч битләренә юнәлтелгән. Аның җитештерү процессы катлаулы, процесс тәрәзәсе тар, һәм җитештерү кыенлыгы югары. Ул "корыч әйберләр кул эше" дип атала.
Салкын җәелгән, юнәлешсез кремний корыч битләрен җитештерү процессы гадәттә түбәндәгеләрне үз эченә ала: кайнар җәелгән корыч запчастьлар яки якынча 2,3 мм калынлыктагы катушкаларга өзлексез кою запчастьлары, аннары кислота белән юу, салкын җәю, җылыту һәм изоляция пленкасы белән каплау процесслары. Югары кремнийлы продуктлар өчен, кайнар җәелгәннән соң башта аларны 800-850 ℃ температурада нормальләштерү, аннары кислота белән юу, билгеле бер калынлыкка кадәр салкын җәю, җылыту, аннары түбән редукция тизлегендә салкын җәю һәм, ниһаять, соңгы җылыту кирәк.
Аморф эретмәләрне җитештерүнең иң киң таралган ысулы - эрегән металл парын югары тизлекле әйләнүче бакыр урагыч рамкасына сиптерү, һәм эрегән металл 106 ℃/с тизлектә суытыла һәм нечкә кабыргаларга әйләнә. Яхшы магнит үзлекләре алу өчен, сүндерү нәтиҗәсендә барлыкка килгән югары эчке көчәнешне 200 ℃ һәм 280 ℃ арасында җылыту юлы белән киметергә кирәк.
Тимер үзәкле материалларның энергияне саклау өстенлекләре
Трансформаторлар күп һәм алар электр системасында зур сыйдырышлыкка ия, бу исә шактый зур югалтуларга китерә. Кытайда трансформаторларның гомуми югалтулары системаның электр энергиясе җитештерүенең якынча 10% тәшкил итә дип исәпләнә. Югалтуларның һәр 1% кимүе ел саен миллиардлаган киловатт-сәгать электр энергиясен янга калдырырга мөмкинлек бирә.
Аморф эретмәле тимер үзәкле трансформаторлар энергияне саклауда зур йогынты ясый. SH12 серияле аморф эретмәле үзәкле трансформаторларның йөкләнеш югалтуы S9 серияле кремний корычлы трансформаторлар белән чагыштырганда якынча 75% ка кими. Аморф эретмәле трансформаторлар традицион трансформаторларга караганда кыйммәтрәк булса да, аларның эксплуатация чыгымнары бик түбән, һәм инвестицияләрнең кире кайтару вакыты, гадәттә, 2-5 ел арасында.
Шанхай, Цзянсу һәм Чжэцзян провинцияләре кебек икътисади яктан үсеш алган төбәкләрдә аморф эретмә трансформаторлары киң колач белән кулланыла башлады. Цзянсу электр энергиясе компаниясе киләчәктә яңа һәм яңартылган линияләр урнаштырырга планлаштыра, һәм аморф эретмә трансформаторларын куллану 30% тан да ким булмаска тиеш.
Тимер үзәк материалларының үсеш тенденциясе
Тимер үзәкле материаллар түбән тимер югалтулары һәм югары магнит индукциясе юнәлешендә үсеш ала. Кремний корыч катламнары өчен, шул исәптән түбән тимер югалтулары һәм югары нәтиҗәлелекле моторлар өчен юнәлешсез кремний корыч, нечкә спецификацияле ультра түбән тимер югалтулары һәм югары магнит индукциясе юнәлешле кремний корыч, һәм урта һәм югары ешлыклы энергия саклаучы электр җиһазлары өчен югары кремний корыч.
Югары кремнийлы корыч (Si Fe эретмәсе 4,5% ~ 6,7% Si белән) югары ешлыкларда тимер югалтуны сизелерлек киметү, югары максималь магнит үткәрүчәнлеге һәм түбән коэрцитивлык үзенчәлекләренә ия. Ләкин аның Si эчтәлеге бик югары, һәм бүлмә температурасында пластиклыгы бик начар, шуңа күрә аны тәгәрәтү һәм формалаштыру авыр. Хәзерге вакытта ориентацияләнмәгән 6,5% Si Fe эретмәсе материаллары, нигездә, кремний инфильтрациясе процессы аша әзерләнә.
Нано-модификацияләнгән материаллар һәм биологик нигезле материаллар да киләчәк үсеш юнәлешләренең берсе булып тора. Әйләнә-тирә мохитне саклауга ихтыяҗ арту белән, токсик булмаган, биологик яктан таркала торган яки кабат эшкәртелә торган тимер үзәк материалларын эшләү мөһим тикшеренү юнәлешенә әйләнәчәк.
Йомгак
Трансформатор үзәк материалларының эволюциясе материаллар фәне һәм электротехниканың камил кушылуына шаһит булды. Гадәти углерод корычыннан алып кремний корыч битләренә, аннары аморф эретмәләргә кадәр, һәр материал казанышы трансформаторларның энергия нәтиҗәлелеге дәрәҗәсен сизелерлек яхшыртты.
Энергияне саклау һәм чыгаруларны киметү глобаль консенсуска әйләнгән бүгенге дөньяда, нәтиҗәле тимер үзәк материалларын сайлау икътисади файда белән генә түгел, ә әйләнә-тирә мохитне саклау җаваплылыгы белән дә бәйле. Киләчәктә, яңа материаллар һәм процесслар даими барлыкка килү белән, трансформатор үзәкләре югалтуларны киметү һәм югарырак нәтиҗәлелеккә таба үсеш алачак, бу яшел һәм аз углеродлы энергия системасын төзүгә өлеш кертәчәк.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 29 августы
