ثورة في توزيع الطاقة باستخدام نوى السيليكون الصلب

مقدمة

فولاذ السيليكون، والذي يُطلق عليه أيضًا الفولاذ الكهربائي أو الفولاذ المحول، عبارة عن سبيكة حديدية-من السيليكون تحتوي عادةً على 2.5-3.5% من السيليكون. تؤدي إضافة السيليكون إلى زيادة المقاومة الكهربائية للفولاذ، مما يقلل من فقد التيار الدوامي في المجالات المغناطيسية المتناوبة. النوى الفولاذية المصنوعة من السيليكون هي مادة الدائرة المغناطيسية القياسية لمحولات الطاقة ومحولات التوزيع والمحاثات والآلات الدوارة.

تشرح هذه المقالة كيفية تصنيع نوى الفولاذ السيليكوني، وسبب هيمنتها على المكونات المغناطيسية ذات تردد الطاقة، وكيفية تحديد الدرجة الصحيحة لتطبيق معين.

دور في النوى المغناطيسية

توفر النوى المصنوعة من السيليكون الصلب مسارًا ذو ممانعة منخفضة-للتدفق المغناطيسي. تتميز درجات الحبوب الموجهة (GO) -، والمدرفلة بملمس Goss، باتجاه مغنطة مفضل يقلل من فقدان النواة وتيار المغنطة عندما يتبع التدفق اتجاه التدحرج. تتميز الدرجات غير الموجهة (NO) - بخصائص أكثر اتساقًا في جميع الاتجاهات وتستخدم عندما يتغير اتجاه التدفق، مثل الجزء الثابت للمحرك والمولد.

في تصميم المحولات، يتم تجميع القلب من صفائح رقيقة (0.23-0.35 مم لدرجات GO) مغلفة بطبقة عازلة، والتي تحصر التيارات الدوامة في الصفائح الفردية وتحافظ على فقدان القلب منخفضًا.

المساهمة في كفاءة الطاقة

يتم تحويل الخسارة الأساسية، وهي مجموع خسارة التباطؤ وخسارة التيار الدوامي، مباشرة إلى حرارة وتمثل تكلفة تشغيل دائمة للمحول. يمكن أن تؤدي درجات الفقد المنخفضة- مثل M3 (0.23 مم) وM4 (0.27 مم) للفولاذ الموجه للحبيبات- إلى تقليل فقدان الحمل-بنسبة 20-30% مقارنة بدرجات M5 وM6 الأقدم. بالنسبة لمحول التوزيع الذي يعمل بشكل مستمر، يؤدي تقليل فقدان عدم التحميل بمقدار 1 كيلووات إلى توفير ما يقرب من 8700 كيلووات في الساعة سنويًا، ولهذا السبب يتم تنظيم مستويات الخسارة في معايير مثل GB 20052 في الصين ولائحة الاتحاد الأوروبي للتصميم البيئي (EU) 2019/1783.

التطبيقات

محولات الطاقة والتوزيع: -قلب من الصلب السيليكوني المحبب بتردد 50/60 هرتز.

المحاثات والمفاعلات للمحركات الصناعية ومعدات جودة الطاقة.

محولات التيار والجهد للقياس والحماية.

المحركات والمولدات: صفائح فولاذية من السيليكون غير موجهة.

التدريع المغناطيسي وأجهزة الاستشعار في التطبيقات الخاصة.

اختيار الصف

يعتمد الاختيار على كثافة تدفق التشغيل والتكرار وميزانية الخسارة والتكلفة:

بالنسبة لمحولات الطاقة 50/60 هرتز، اختر درجات GO من M3 إلى M6 اعتمادًا على هدف الخسارة (انظر GB/T 2521.1 أو ASTM A876).

بالنسبة للمحرِّضات عالية التردد-التي تزيد عن 1 كيلو هرتز، يجب تقييم الصفائح الرقيقة أو المواد البديلة مثل السبائك غير المتبلورة أو البلورية النانوية.

بالنسبة للمحركات، حدد NO الدرجات مع فئة الخسارة المناسبة (على سبيل المثال 35W250 أو 50W470 لكل GB/T 2521.2).

المفاهيم الخاطئة الشائعة

التصفيحات السميكة أقوى وبالتالي أفضل. في الواقع، تزيد الصفائح السميكة من فقدان التيار الدوامي؛ يتم توفير القوة الميكانيكية من خلال التصميم، وليس سمك التصفيح.

كل السيليكون الصلب هو نفسه. تختلف درجات GO وNO بشكل أساسي في الملمس والفقد والنفاذية، وهي غير قابلة للتبديل.

المحتوى العالي من السيليكون يعني دائمًا خسارة أقل. يزيد السيليكون من المقاومة ويقلل من الخسارة، ولكن بعد حوالي 3.5% يصبح الفولاذ هشًا ويصعب دحرجته.

التعليمات

س: لماذا يتم تصفيح الفولاذ السليكوني؟
ج: التصفيحات المطلية بالعزل تحصر التيارات الدوامية في شرائح رفيعة، مما يقلل بشكل كبير من فقدان التيار الدوامي.

س: ما الفرق بين الفولاذ السليكوني-الموجه وغير الموجه-الحبيبي؟
ج: يتمتع الفولاذ الموجه بالحبيبات-باتجاه تدفق مفضل وأقل خسارة على طول اتجاه التدحرج؛ يتمتع الفولاذ غير الموجه-بخصائص مغناطيسية موحدة في جميع الاتجاهات.

س: ما هي المعايير التي تحدد درجات الفولاذ السيليكوني؟
ج: IEC 60404، GB/T 2521 (الجزءان 1 و2) وASTM A876 للدرجات الموجهة للحبوب-.

س: هل يمكن أن تعمل نوى السيليكون الصلب بتردد عالٍ؟
ج: فوق حوالي 1 كيلو هرتز، يزداد فقدان التيار الدوامي بسرعة، لذلك يفضل عادة النوى غير المتبلورة أو النانوية البلورية.

س: كيف يتم قياس الخسارة الأساسية؟
ج: من خلال إطار Epstein أو طرق اختبار الورقة الفردية- وفقًا للمعيارين IEC 60404-2 وIEC 60404-3.