Магнітні властивості кремнієвої сталі: проникність, втрати та застосування

Чому кремнієва сталь?

Кремнієва сталь, яку також називають електротехнічною сталлю, — це залізо-кремнієвий сплав, що містить близько 1-3,5% кремнію. Кремній підвищує питомий електричний опір, що безпосередньо зменшує втрати на вихрові-струми, а також зменшує магнітострикцію та втрати на гістерезис. Це стандартний матеріал сердечника для трансформаторів, двигунів і генераторів, оскільки він поєднує в собі високу щільність потоку насичення з низькими питомими втратами на частотах живлення - комбінація, з якою не можна порівняти жодне інше сімейство матеріалів за порівнянну вартість.

Магнітні властивості сердечника

Висока магнітна проникність

Проникність вимірює, наскільки легко матеріал реагує на магнітне поле. Висока проникність кремнієвої сталі означає, що вона ефективно концентрує магнітний потік, тому потрібно менше ампер{1}}витків, і пристрої можна виготовляти меншими з меншою кількістю міді. Це безпосередньо покращує ефективність і щільність потужності.

Низькі втрати на гістерезис

Втрати на гістерезис — це енергія, що розсіюється за кожний цикл, коли магнітні домени переорієнтовуються-під змінним полем. Низькі втрати на гістерезис кремнієвої сталі зберігають двигуни та трансформатори холодними та ефективними, оскільки менше енергії перетворюється на тепло під час кожного циклу намагнічування.

Висока щільність потоку насичення

Кремнієва сталь насичується при приблизно 1,7-2,0 Тл на частоті мережі, що набагато вище фериту (0,3-0,5 Тл). Високе насичення означає, що заданий поперечний переріз може нести більше потоку, тому машини промислової частоти залишаються компактними навіть за високих номінальних параметрів.

Низькі втрати вихрового-струму

Втрати-вихрового струму виникають через циркуляційні струми, викликані в сердечнику змінним потоком. Це контролюється двома способами: кремній підвищує питомий опір, а сердечник ламінується в тонкі листи (зазвичай 0,23-0,50 мм), які обмежують вихрові струми до кожного шару.

Як вміст кремнію покращує продуктивність

Кожен 1% кремнію збільшує питомий опір приблизно в два рази, зменшуючи втрати на вихрові-струми, а також зменшуючи втрати на гістерезис і шум магнітострикції. При вмісті кремнію вище приблизно 3,5% лист стає крихким і його важко скручувати, тому комерційні сорти залишаються в діапазоні 1-3,5%. Орієнтація зерен додає ще один крок: прокатка та остаточний відпал вирівнюють вісь кристала легкої з напрямком прокатки, мінімізуючи гістерезис у сердечниках трансформатора, де шлях потоку фіксований.

З-орієнтована сталь проти-неорієнтованої зерна

Еталони вимірювання

Магнітні властивості вимірюються за допомогою рамки Епштейна відповідно до IEC 60404-2 і GB/T 3655 або тестером для одного аркуша відповідно до IEC 60404-3; Стійкість міжшарового покриття перевіряється відповідно до GB/T 2522 та IEC 60404-1.1. Специфікації продукту відповідають стандартам IEC 60404-8-7 для сталі GO та IEC 60404-8-2 для сталі NGO з китайськими еквівалентами у GB/T 2521 та GB/T 2522.

Додатки

Силові та розподільні трансформатори, двигуни, генератори, реактори та магнітне екранування покладаються на кремнієву сталь. GNEE Electric постачає CRGO рулони з кремнієвої сталі та нарізні смуги виробникам трансформаторів, з маркою, товщиною та класом втрат, підтвердженими сертифікатом матеріалу.

Часті запитання

Що таке магнітна проникність і чому вона має значення?

Проникність - це відношення щільності потоку до напруженості поля в матеріалі. Вища проникність означає кращий потік каналів матеріалу, дозволяючи менші сердечники та менше витків обмотки для тієї самої індуктивності.

Що таке гістерезис і втрати-на вихрові струми?

Втрата на гістерезис — це енергія, що втрачається за кожний цикл для переорієнтації магнітних доменів; вихрові-струмові втрати – це резистивне нагрівання від струмів, індукованих усередині сердечника. Обидва з’являються як тепло та знижують ефективність, тому низькі значення в обох є метою основного дизайну.

Чому сердечники ламіновані?

Ламінування розбиває сердечник на тонкі ізольовані листи, які обмежують вихрові струми до кожного листа, значно зменшуючи втрати на вихрові -струми. На більш високих частотах використовуються більш тонкі шари.

GO або NGO - що мені потрібно?

Якщо потік рухається по фіксованому шляху, як у трансформаторі, використовуйте сталь GO. Якщо флюс обертається, як у двигуні чи генераторі, використовуйте сталь NGO, яка має однакові властивості в усіх напрямках.

Які стандарти охоплюють випробування кремнієвої сталі?

IEC 60404-2 / GB/T 3655 (Epstein), IEC 60404-3 (один лист), IEC 60404-8-7 і GB/T 2521 (специфікація продукту GO) і GB/T 2522 (стійкість покриття).

Чи завжди вищий вміст кремнію означає менші втрати?

Загалом так для вихрових-струмових втрат, але вище приблизно 3,5% кремнію матеріал стає крихким і його важко обробляти, а насичення може дещо впасти; практичне вікно 1-3,5%.