En el proceso de industrialización, el desarrollo continuo de la revolución industrial ha traído innumerables comodidades a la producción y la vida de las personas, pero también ha causado daños extremos al medio ambiente natural. La gente se ha dado cuenta gradualmente de la importancia de la protección del medio ambiente y ha propuesto el concepto de protección del medio ambiente y una vida con bajas emisiones de carbono. El nacimiento de los transformadores de aleación amorfa respondió a la corriente principal de la sociedad. Este artículo presenta principalmente las características de los materiales de aleación amorfa y las ventajas y desventajas del rendimiento del transformador de aleación amorfa.
Palabras clave: Ventajas y desventajas detransformador de aleación amorfa
Los transformadores de aleación amorfa son productos de alta tecnología, respetuosos con el medio ambiente y que ahorran energía. Sus efectos de ahorro de energía y protección del medio ambiente han sido reconocidos internacionalmente y también son reconocidos por los departamentos de construcción y sistemas de energía nacionales. En la actualidad, la viabilidad de la tecnología de fabricación y uso de productos se ha vuelto cada vez más madura y ha obtenido una ventaja competitiva en el mercado. Sus destacadas características de alta eficiencia, belleza y protección del medio ambiente han ganado elogios y elogios unánimes de la mayoría de los usuarios, y es conocido como "el producto ecológico de alta tecnología de la actual tendencia eléctrica mundial".
El llamado transformador de aleación amorfa se refiere a un transformador hecho de aleación amorfa en un núcleo de transformador y ensamblado.
La aleación amorfa se refiere a materiales de aleación que utilizan tecnología de solidificación ultrarrápida durante el proceso de fabricación, de modo que en la microestructura del material, durante el proceso de solidificación de los átomos metálicos de líquido (acero fundido) a sólido, los átomos no tienen tiempo para organizar en cristales convencionales. La estructura se solidifica y el material de aleación resultante con una estructura atómica desordenada se denomina aleación amorfa. Se ha descubierto que los materiales de aleaciones amorfas tienen una permeabilidad magnética muy excelente y sus procesos de desmagnetización y magnetización son extremadamente fáciles de completar. En comparación con las aleaciones cristalinas, las aleaciones amorfas han sufrido cambios significativos en sus propiedades físicas, químicas y mecánicas. Además, los materiales de aleaciones amorfas también se utilizan ampliamente en muchos campos, como la electrónica, la aviación, la industria aeroespacial, la maquinaria, la microelectrónica, etc. Por ejemplo, en el campo aeroespacial, pueden reducir el peso de las fuentes y equipos de energía y aumentar la carga útil. Utilizado en energía civil y equipos electrónicos, puede reducir en gran medida el tamaño de la fuente de alimentación, mejorar la eficiencia y mejorar la capacidad antiinterferente. Los micronúcleos se pueden utilizar ampliamente en transformadores en redes digitales de servicios integrados (RDSI). Las tiras amorfas se utilizan para fabricar etiquetas sensoras para sistemas antirrobo en supermercados y bibliotecas. Las aleaciones amorfas tienen efectos milagrosos y amplias perspectivas de mercado. Durante el Décimo Plan Quinquenal: Los trabajadores científicos y tecnológicos de nuestro país seguramente harán más contribuciones que atraigan la atención del mundo en el campo de la tecnología de aleaciones amorfas.
Tomando como ejemplo las aleaciones amorfas dominadas por hierro, tiene las características de alta intensidad de inducción magnética de saturación y baja pérdida. Las aleaciones amorfas a base de hierro reducen en gran medida la pérdida del núcleo en comparación con los materiales de acero al silicio, logrando efectos de alta eficiencia y ahorro de energía. Por lo tanto, como material conductor magnético extremadamente excelente, se introduce en productos que requieren circuitos magnéticos como transformadores.
Las aleaciones amorfas a base de hierro compiten con el acero al silicio en los campos de frecuencia industrial y media. En comparación con sacero al silicio,Las aleaciones amorfas a base de hierro tienen las siguientes ventajas y desventajas.
1) La densidad de flujo magnético de saturación Bs de la aleación amorfa a base de hierro es menor que la del acero al silicio. Sin embargo, bajo el mismo flujo magnético Bm, la cantidad de pérdida de flujo magnético de la aleación amorfa a base de hierro es un 3% menor que la del acero al silicio de 0.23 mm de espesor. La mayoría de la gente piensa que la razón de la pequeña pérdida es el fino espesor y la alta resistividad de la tira de aleación amorfa a base de hierro. Éste es sólo un aspecto. La razón más importante es que la aleación amorfa a base de hierro es amorfa y la disposición atómica es aleatoria. No hay anisotropía magnetocristalina causada por la disposición direccional atómica, y no hay cristalinidad que produzca deformación local y desviación de la composición. límite de grano. Por lo tanto, la barrera de energía que obstaculiza el movimiento de la pared del dominio y la rotación del momento magnético es muy pequeña y tiene un magnetismo suave sin precedentes, por lo que la permeabilidad magnética es alta, la fuerza coercitiva es pequeña y la pérdida es baja.
2) La densidad de flujo magnético operativo del núcleo de aleación amorfa a base de hierro es de 1,35 T~1,40 T, y la del acero al silicio es de 1,6 T~1,7 T. El peso del transformador de frecuencia eléctrica de aleación amorfa a base de hierro es aproximadamente el 130% del peso del transformador de frecuencia eléctrica de acero al silicio. Sin embargo, incluso si el peso es elevado, para un transformador de frecuencia eléctrica con la misma capacidad, la pérdida de un núcleo magnético hecho de una aleación amorfa a base de hierro es entre un 70% y un 80% menor que la de un transformador de frecuencia eléctrica con la misma capacidad.acero al silicio.
3) Teniendo en cuenta las pérdidas, el precio total estimado es del 89%. Es aproximadamente un 80% menor que la pérdida sin carga de un transformador con núcleo de acero al silicio (refiriéndose a la pérdida de potencia medida en el primario cuando el secundario del transformador está abierto) y la corriente sin carga (cuando el secundario del transformador). El transformador está abierto, todavía hay cierta corriente en el primario. Esta parte de la corriente (llamada corriente sin carga) cae aproximadamente un 85%. Es un transformador de distribución con un efecto de ahorro de energía ideal en la actualidad. Es especialmente adecuado para lugares con tasas de carga bajas, como redes eléctricas rurales y áreas en desarrollo. El uso de aleaciones amorfas con una permeabilidad magnética excepcional como materiales centrales para la fabricación de transformadores puede, en última instancia, lograr valores de pérdida muy bajos.
4) La dureza del material laminar de aleación amorfa es muy alta y es difícil de cortar con herramientas convencionales; el espesor de la hoja única es extremadamente delgado y la superficie del material no es muy plana, por lo que el coeficiente de llenado del núcleo es bajo; es muy sensible al estrés mecánico y la tensión y la gravedad. El estrés de flexión afectará las propiedades magnéticas y la estructura debe diseñarse especialmente.
5) El transformador de aleación amorfa adopta una estructura completamente sellada, que puede retrasar el envejecimiento del aceite del transformador y del papel aislante. No solo tiene una estructura compacta, sino que también tiene las ventajas de una alta eficiencia operativa y no requiere mantenimiento. Los transformadores de aleación amorfa tienen un rendimiento operativo muy estable debido a las bajas pérdidas, la baja generación de calor y el bajo aumento de temperatura. El devanado de bajo voltaje del transformador de aleación amorfa está enrollado en lámina, con baja pérdida, fuerte resistencia a cortocircuitos y estructura avanzada.
6) La aleación amorfa a base de hierro tiene una mayor resistencia a la distorsión de la forma de onda de potencia que el acero al silicio.
Actualmente, la pérdida de material del núcleo del transformador de potencia de frecuencia industrial se prueba bajo un voltaje de onda sinusoidal con una distorsión de menos del 2%. La distorsión real de la red eléctrica de frecuencia eléctrica es del 5%. En este caso, la pérdida de aleación amorfa a base de hierro aumenta al 106% y la pérdida de acero al silicio aumenta al 123%. Si los armónicos más altos son grandes y la distorsión es del 75% (como un transformador rectificador de frecuencia industrial), la pérdida de la aleación amorfa a base de hierro aumenta al 160% y la pérdida del acero al silicio aumenta a más del 300%. Muestra que la aleación amorfa a base de hierro tiene una mayor resistencia a la distorsión de la forma de onda de potencia que el acero al silicio.
7) El costo de los transformadores de aleación amorfa es mayor que el de los transformadores con núcleo de acero al silicio, y los costos de procesamiento y fabricación de los núcleos de aleación amorfa son más caros que los de las láminas de acero al silicio. Dado que la lámina de acero al silicio es un material magnético de uso común, su producción y uso tienen una larga historia y se ha formado una cadena industrial y un mercado relativamente completos en la sociedad. Sin embargo, la aleación amorfa es un material emergente y su uso no se ha popularizado ni se ha formado en el mercado. Una serie de cadenas industriales completas desde la producción, la producción, el procesamiento hasta el uso. Desde un punto de vista económico, la aleación amorfa es un producto nuevo que no ha sido eliminado por la competencia del mercado. Su producción y producción tienen grandes limitaciones y su comerciabilidad aún no es fuerte, por lo que el precio es relativamente caro. Generalmente, el costo de los transformadores de aleación amorfa es aproximadamente un 30% más alto que el de los transformadores con núcleo de acero al silicio del mismo modelo. Además, el proceso de producción del material de acero al silicio está maduro y la estructura es estable.
Sin embargo, el costo total de uso es menor que el de los transformadores tradicionales debido a su importante efecto de ahorro de energía y menores costos operativos. Al mismo tiempo, desempeña un papel muy importante a la hora de reducir la carga, la presión y la carga de la red eléctrica.
Suponga que la pérdida de carga (pérdida de cobre) del transformador de frecuencia eléctrica es la misma y que el factor de carga también es del 50%. Luego, para que la pérdida de hierro del transformador de frecuencia eléctrica de acero al silicio sea la misma que la del transformador de frecuencia eléctrica de aleación amorfa a base de hierro, el peso del transformador de acero al silicio es 1,8 veces mayor que el del transformador de aleación amorfa a base de hierro. Por lo tanto, la mayoría de la gente en China generalmente está de acuerdo en que el peso, el costo y el precio de los transformadores de frecuencia eléctrica de aleación amorfa a base de hierro, aparte del nivel de pérdida del transformador, son del 130% al 150% de los de los transformadores de frecuencia eléctrica de acero al silicio, que no cumple con los requisitos del mercado.
Principio de relación rendimiento-precio. En términos de reducir la presión de carga en la red eléctrica, al comparar las contribuciones de los dos transformadores de frecuencia eléctrica, se puede ver claramente que el papel del transformador de frecuencia eléctrica de aleación amorfa a base de hierro es muy obvio. Tomemos como ejemplo un transformador trifásico de 50Hz, 315kVA: cuando se utiliza un núcleo de acero al silicio, la pérdida sin carga es de 0.48KW, y cuando el factor de carga es del 80%, la la pérdida es de 3,65 KW; cuando se utiliza un núcleo de aleación amorfa a base de hierro, la pérdida sin carga es de 0,28 KW. Cuando la tasa de carga es del 80%, la pérdida es de 1,35 KW. De los datos anteriores se puede ver que un transformador de 315 KVA con un núcleo de aleación amorfa puede tener entre un 40% y un 60% menos de pérdida que un núcleo de acero al silicio cuando no hay carga o carga. En un año, se pueden ahorrar unos 10,000 kilovatios-hora de electricidad para la red eléctrica, al tiempo que se reduce el factor de carga de la red eléctrica y se reducen los costes operativos de las líneas.
8) Las características notables de los transformadores con núcleos de aleación amorfa son el ahorro de energía y la protección del medio ambiente. En primer lugar, en términos de protección ambiental, las pruebas técnicas han demostrado que cuando se utilizan núcleos de hierro de aleación amorfa en transformadores sumergidos en aceite, pueden reducir efectivamente la emisión de gases nocivos como CO, SO, NO, etc., y reducir el grado de contaminación del aire, por lo que puede considerarse uno de los productos energéticos más importantes del siglo XXI. de "productos verdes". En segundo lugar, la característica más importante de los transformadores de aleación amorfa es que la pérdida sin carga es muy baja y el efecto de ahorro de energía es obvio. Debido a que los materiales de aleaciones amorfas tienen una permeabilidad magnética superior, son más fáciles de magnetizar o desmagnetizar con muy poco consumo de energía. Por lo tanto, la pérdida sin carga de los transformadores de aleación amorfa es mucho menor que la de los transformadores tradicionales. Tomando como ejemplo el transformador de aleación amorfa de 500 kVA producido por SEC (American Superconducting Energy Company), las pérdidas sin carga del transformador de aleación amorfa y del transformador S9 son 190 W y 900 W respectivamente. La pérdida sin carga del transformador de aleación amorfa es sólo aproximadamente el 20% de la del transformador S9, y el efecto de ahorro de energía es muy significativo. Para áreas con grandes fluctuaciones en la carga de energía, como carreteras, infraestructura urbana y áreas residenciales, los beneficios de ahorro de energía de los transformadores de aleación amorfa son más obvios. Debido al importante efecto de ahorro de energía, se puede ahorrar una gran cantidad de inversión en plantas de energía, se puede reducir el consumo de combustible para la generación de energía, reduciendo así la contaminación del medio ambiente atmosférico. El coeficiente de magnetoestricción de la aleación amorfa a base de hierro es grande, de 3 a 5 veces mayor que el del acero al silicio. Por lo tanto, el ruido del transformador de frecuencia eléctrica de aleación amorfa a base de hierro es el 120% del ruido del transformador de frecuencia eléctrica de acero al silicio, que es 3~5 dB mayor.
Conclusión: Del análisis anterior, se puede ver que la aleación amorfa tiene muchas ventajas. Como nuevo tipo de material de permeabilidad magnética, tiene ventajas que los materiales tradicionales de acero al silicio no pueden igualar y tiene amplias perspectivas de mercado. En medio de los llamados a la protección del medio ambiente y la conservación de la energía, los transformadores de aleación amorfa seguramente se convertirán en la corriente principal de los nuevos transformadores.