Les matériaux de base des transformateurs déterminent directement leur efficacité énergétique, leur stabilité et leur durée de vie. Parmi les principaux matériaux des corps principaux des transformateurs (matériaux des circuits magnétiques, matériaux des circuits, matériaux isolants, matériaux de structure, etc.), les tôles d'acier au silicium et les noyaux en alliage amorphe constituent le noyau des matériaux des circuits magnétiques, qui sont essentiels à la performance globale des transformateurs. Que ce soit leTransformateur d'isolement 150 kvalargement utilisé dans la production industrielle ou comme transformateur d'isolement élévateur pour la régulation et la transmission de tension, la sélection de matériaux de base de haute-qualité est la base pour garantir un fonctionnement stable. Ci-dessous, JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD vous amènera à une compréhension approfondie-de ces deux matériaux de base.
1. Tôle d'acier au silicium (stratifications d'acier au silicium)
La tôle d'acier au silicium est une sorte d'alliage de ferrosilicium doté de propriétés magnétiques spécifiques, qui est le matériau de noyau le plus couramment utilisé dans les transformateurs traditionnels. Pour les transformateurs de différents types et spécifications, tels que le transformateur d'isolement de 150 kva et le transformateur d'isolement élévateur, les exigences de performance des tôles d'acier au silicium sont fondamentalement cohérentes, comprenant principalement les aspects suivants :
a) Faible perte de fer : C'est l'indicateur le plus important de la qualité des tôles d'acier au silicium. Tous les pays classent les qualités en fonction de la valeur de la perte de fer ; plus la perte de fer est faible, plus la teneur est élevée. b) Intensité d'induction magnétique élevée (induction magnétique) sous un champ magnétique puissant : cela réduit le volume et le poids du noyau de fer des moteurs et des transformateurs, économisant ainsi des tôles d'acier au silicium, des fils de cuivre, des matériaux isolants, etc. c) Surface lisse et plate et épaisseur uniforme : cela peut améliorer le facteur de remplissage du noyau de fer. d) Bonne punchabilité : facile à traiter et à former. e) Bonne adhérence et soudabilité du film isolant de surface : il peut empêcher la corrosion et améliorer la poinçonnage. f) Fondamentalement, pas de vieillissement magnétique : garantit des propriétés magnétiques stables lors d'une utilisation à long-terme.
1.1 Classification et définition de la qualité des tôles d'acier au silicium
Les transformateurs adoptent généralement des tôles d'acier au silicium orientées-à grains laminés à froid-pour garantir leur-efficacité énergétique à vide. Selon les performances et les méthodes de traitement, les tôles d'acier au silicium orientées à grain-laminées à froid-peuvent être divisées en tôles d'acier au silicium orientées-à grains laminées à froid-ordinaires, tôles d'acier au silicium à haute perméabilité magnétique (ou tôles d'acier au silicium à induction magnétique élevée) et tôles d'acier au silicium gravées au laser-. Généralement, les tôles d'acier au silicium avec une intensité de polarisation magnétique minimale B800A=1.78T ~ 1,85 T sous un champ magnétique alternatif de 50 Hz, 800 A (valeur de crête) sont appelées tôles d'acier au silicium ordinaires, notées « CGO », tandis que celles avec B800A=1.85T ou plus sont appelées tôles d'acier au silicium à haute perméabilité magnétique (tôles d'acier au silicium à haute induction magnétique), notées « acier Hi-B ». La principale différence entre l'acier Hi-B et les tôles d'acier au silicium conventionnelles est que l'acier Hi-B a un degré de texture Goss très élevé, c'est-à-dire que l'alignement des grains d'acier au silicium dans la direction de magnétisation facile est très élevé. Industriellement, un procédé de recristallisation secondaire est utilisé pour fabriquer des tôles d'acier au silicium avec une teneur en silicium de 3 %. L'écart moyen de l'orientation des grains de l'acier Hi-B par rapport à la direction de laminage est de 3 degrés, tandis que celui des tôles d'acier au silicium ordinaires est de 7 degrés, ce qui confère à l'acier Hi-B une perméabilité magnétique plus élevée. Habituellement, son B800A peut atteindre plus de 1,88T. L'amélioration du degré de texture Goss et de la perméabilité magnétique peut réduire la perte de fer.
Une autre caractéristique de l'acier Hi-B est que la tension élastique du film de verre et du revêtement isolant fixés à la surface de la tôle d'acier est de 3 à 5 N/mm2, ce qui est meilleur que 1 à 2 N/mm2 des tôles d'acier au silicium orientées ordinaires. La couche à haute tension-sur la surface de la bande d'acier peut réduire la largeur du domaine magnétique et la perte anormale par courants de Foucault. Par conséquent, l'acier Hi-B a une valeur de perte de fer inférieure à celle des tôles d'acier au silicium orienté conventionnelles.
Les tôles d'acier au silicium-inscrites au laser sont à base d'acier Hi-B. Grâce à la technologie d’irradiation par faisceau laser, de minuscules contraintes sont générées sur la surface, affinant davantage l’axe magnétique et réduisant les pertes de fer. Les tôles d'acier au silicium gravées au laser ne peuvent pas être recuites, car l'augmentation de la température fera disparaître l'effet du traitement au laser.
Les propriétés physiques des différentes qualités de tôles d'acier au silicium sont fondamentalement équivalentes et la densité est fondamentalement de 7,65 g/cm3. Pour un même type de tôles d'acier au silicium, les principales différences de performances et de qualité résident dans la teneur en silicium et dans l'influence du processus de production. Le transformateur d'isolement de 150 kva et le transformateur d'isolement élévateur produits par JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD sélectionnent des tôles d'acier au silicium orientées à grains laminés à froid de haute-qualité-grain-en fonction des conditions de travail réelles, garantissant une excellente efficacité énergétique et des performances de fonctionnement stables.
2. Noyau en alliage amorphe
Le matériau en alliage amorphe est un nouveau type de matériau en alliage développé dans les années 1970. Il utilise une technologie de refroidissement ultra rapide-de pointe au niveau international pour refroidir directement le métal liquide en fines bandes solides d'une épaisseur de 0,02-0,03 mm à une vitesse de refroidissement de 106 degrés/S, qui se solidifie avant d'avoir le temps de cristalliser. Semblable au verre, ce matériau en alliage présente une disposition atomique irrégulière et aucune structure cristalline caractérisée par des métaux. Ses éléments de base comprennent le fer (Fe), le nickel (Ni), le cobalt (Co), le silicium (Si), le bore (B), le carbone (C), etc. En raison de ses excellentes propriétés magnétiques et de ses effets d'économie d'énergie, il a été largement utilisé dans la fabrication de transformateurs, en particulier dans les transformateurs de puissance en alliage amorphe. Par rapport aux noyaux traditionnels en tôle d'acier au silicium, les noyaux en alliage amorphe présentent des avantages évidents, qui rendent également le transformateur d'isolement de 150 kva ettransformateur d'isolement élévateurceux qui en sont équipés ont de meilleures performances en matière d'économie d'énergie-.
2.1 Avantages des matériaux en alliage amorphe
a) Matériau magnétique doux isotrope : le matériau en alliage amorphe n'a pas de structure cristalline et est un matériau magnétique doux isotrope ; il a un faible pouvoir de magnétisation et une bonne stabilité en température. Étant donné que l'alliage amorphe est un matériau non orienté-, des coutures directes peuvent être utilisées, ce qui rend le processus de fabrication du noyau de fer relativement simple. b) Faible perte par hystérésis : il n'y a pas de défauts structurels qui entravent le mouvement des domaines magnétiques, la perte par hystérésis est donc inférieure à celle des tôles d'acier au silicium. c) Bande ultra-mince : L'épaisseur de la bande n'est que de 0,02-0,03 mm, soit environ 1/10 de celle des tôles d'acier au silicium. d) Haute résistivité et faible perte par courants de Foucault : la résistivité est environ 3 fois supérieure à celle des tôles d'acier au silicium orientées ; la perte par courants de Foucault des matériaux en alliage amorphe est considérablement réduite, de sorte que la perte unitaire est d'environ 20 %-30 % de celle des tôles d'acier au silicium orientées. e) Excellentes performances à vide - : la température de recuit est faible, environ la moitié de celle des tôles d'acier au silicium orientées ; les performances à vide-de charge des noyaux en alliage amorphe sont supérieures. Les transformateurs fabriqués avec des noyaux en alliage amorphe présentent une réduction des pertes à vide de 70 à 80 % et une réduction du courant à vide de plus de 50 % par rapport aux transformateurs conventionnels, avec des effets d'économie d'énergie exceptionnels. À des fins d'économie d'énergie, de réduction des émissions et de réduction des pertes sur les lignes de réseau, State Grid et China Southern Power Grid ont considérablement augmenté le taux d'approvisionnement en transformateurs en alliage amorphe depuis 2012, et actuellement, le taux d'approvisionnement en transformateurs de distribution en alliage amorphe a pratiquement atteint plus de 50 %.
2.2 Inconvénients et contre-mesures des transformateurs en alliage amorphe
Tout en présentant des avantages exceptionnels en matière d'économie d'énergie-, les transformateurs en alliage amorphe présentent également certains inconvénients, qui doivent être optimisés lors de la conception et de la fabrication :
1) Faible densité magnétique de saturation : La densité magnétique de saturation des noyaux en alliage amorphe est généralement d'environ 1,56 T, soit environ 20 % de moins que celle de 1,9 T des tôles d'acier au silicium conventionnelles. Par conséquent, la densité magnétique de conception du transformateur doit également être réduite de 20 %. La densité magnétique de conception des transformateurs immergés dans l'huile en alliage amorphe - est généralement inférieure à 1,35 T, et celle des transformateurs de type sec en alliage amorphe - est généralement inférieure à 1,2 T.
2) Sensible aux contraintes : La bande du noyau en alliage amorphe est sensible aux contraintes. Après avoir été stressées, les performances à vide-sont faciles à détériorer. Par conséquent, une attention particulière doit être portée à la structure : le noyau de fer doit être suspendu au cadre de support et à la bobine, en supportant uniquement son propre poids. Dans le même temps, une attention particulière doit être portée lors du processus d'assemblage : le noyau de fer ne doit pas être soumis à des contraintes et la manière de frapper doit être réduite.
3) Grande magnétostriction : La magnétostriction est environ 10 % plus grande que celle des tôles d'acier au silicium classiques, son bruit est donc difficile à contrôler, ce qui est l'une des principales raisons limitant la large promotion des transformateurs en alliage amorphe. À l'heure actuelle, China Southern Power Grid et State Grid ont proposé des exigences plus élevées en matière de bruit des transformateurs en alliage amorphe dans les appels d'offres, en les divisant en zones sensibles et zones non -sensibles, et en proposant des exigences ciblées en matière de niveau sonore, ce qui nécessite de réduire davantage la densité magnétique de conception du noyau de fer.
4) Structure de noyau spéciale : les bandes d'alliage amorphes sont minces, de seulement 0,03 mm d'épaisseur, elles ne peuvent donc pas être transformées en forme de stratification comme les tôles d'acier au silicium conventionnelles, mais uniquement sous forme de noyau enroulé. Par conséquent, la structure du noyau de fer ne peut pas être traitée par les fabricants de transformateurs conventionnels et doit généralement être achetée dans son ensemble. Correspondant à la section rectangulaire-de la bande de noyau enroulé, la bobine du transformateur en alliage amorphe est généralement transformée en une structure rectangulaire.
5) Localisation insuffisante : à l'heure actuelle, il s'agit principalement de bandes d'alliages amorphes importées d'Hitachi Metals, et la localisation est progressivement réalisée. Des entreprises nationales telles que Advanced Technology & Materials Co., Ltd. et Qingdao Yunlu disposent de larges bandes en alliage amorphe (213 mm, 170 mm et 142 mm), mais leurs performances présentent encore un certain écart de stabilité par rapport aux bandes importées.
6) Limite de la longueur maximale de la bande : Auparavant, la longueur maximale de la circonférence extérieure des bandes d'alliage amorphe était fortement limitée en raison de la taille du four de recuit. Cependant, ce problème a été fondamentalement résolu à l'heure actuelle, et des cadres de noyau en alliage amorphe avec une longueur de bande de circonférence extérieure maximale de 10 m peuvent être fabriqués, qui peuvent être utilisés pour fabriquer des transformateurs de type sec -en alliage amorphe inférieurs à 3 150 kVA et des transformateurs immergés dans l'huile en alliage amorphe - inférieurs à 10 000 kVA.
2.3 Comparaison des coûts des transformateurs en alliage amorphe
En raison de l'excellent effet d'économie d'énergie des transformateurs en alliage amorphe, associé à la promotion de politiques nationales d'économie d'énergie et de réduction des émissions, la part de marché des transformateurs en alliage amorphe augmente. Étant donné que le prix des bandes d'alliage amorphe (actuellement 26,5 yuans/kg) est environ le double de celui des tôles d'acier au silicium classiques (30Q120 ou 30Q130), et que l'écart avec le cuivre est relativement faible, et compte tenu de la qualité et des exigences d'appel d'offres des produits du réseau électrique, les transformateurs en alliage amorphe utilisent généralement des conducteurs en cuivre. Par rapport aux tôles d'acier au silicium conventionnelles, les principales différences de coût des transformateurs en alliage amorphe sont les suivantes :
1) En raison de l'adoption d'une structure à noyau enroulé, le type de noyau de transformateur doit adopter une structure à trois-phase à cinq-membres, ce qui peut réduire le poids d'un noyau à cadre unique et réduire les difficultés d'assemblage. La structure triphasée à cinq-membres et la structure triphasée-à trois-membres ont leurs propres avantages et inconvénients en termes de coût. À l'heure actuelle, la plupart des fabricants adoptent une structure en trois-phases à cinq-membres.
2) Étant donné que la section transversale de la colonne centrale est rectangulaire, afin de maintenir une distance d'isolation constante, les bobines haute et basse tension sont transformées en structures rectangulaires.
3) Étant donné que la densité magnétique de conception du noyau de fer est d'environ 25 % inférieure à celle des transformateurs conventionnels en tôle d'acier au silicium et que son facteur de stratification du noyau de fer est d'environ 0,87, ce qui est bien inférieur à 0,97 des tôles d'acier au silicium conventionnelles, sa section transversale de conception doit être de plus de 25 % plus grande que celle des transformateurs conventionnels en tôle d'acier au silicium. En conséquence, le périmètre des bobines haute et basse tension augmentera également. Dans le même temps, il est nécessaire de prendre en compte l’augmentation de la longueur des tours de fil des bobines haute et basse tension. Pour garantir que la perte de charge de la bobine ne change pas, la section transversale du fil doit être augmentée en conséquence. Par conséquent, la consommation de cuivre des transformateurs en alliage amorphe est d’environ 20 % supérieure à celle des transformateurs classiques.
À propos de JINSHANMEN TECHNOLOGY CO., LTD
JINSHANMEN TECHNOLOGIE CO., LTDest un fabricant professionnel d’équipements de transmission et de distribution d’énergie. L'entreprise produit principalement des transformateurs de puissance immergés dans l'huile, des transformateurs de puissance de type sec -, des transformateurs de puissance enroulés tridimensionnels - immergés dans l'huile, des transformateurs de puissance enroulés tridimensionnels -de type sec -, des transformateurs de type sec -antidéflagrants miniers, des sous-stations mobiles antidéflagrantes - minières, des transformateurs de puissance en alliage amorphe, des transformateurs de puissance de régulation de capacité de charge, des transformateurs de type sec de locomotive -, comme ainsi que des sous-stations préfabriquées, des sous-stations modulaires, des sous-stations de type caisson d'énergie éolienne, des appareillages haute et basse tension et d'autres équipements de transmission et de distribution. Qu'il s'agisse de transformateurs utilisant des noyaux en tôle d'acier au silicium ou des noyaux en alliage amorphe, tels qu'un transformateur d'isolement de 150 kva et un transformateur d'isolement élévateur, nous contrôlons strictement la sélection des matériaux de noyau et le processus de fabrication pour garantir que les produits ont d'excellentes performances, un fonctionnement stable, des économies d'énergie et une protection de l'environnement. Nous nous engageons à fournir des solutions d'équipements de transmission et de distribution de haute-qualité aux clients du monde entier.