Трансформаторын "зүрх" болох төмрийн цөм нь цахилгаан соронзон энерги хувиргахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь зөвхөн трансформаторын эрчим хүчний үр ашгийн гүйцэтгэлд нөлөөлөхөөс гадна тоног төхөөрөмжийн эзэлхүүн, жин, ашиглалтын найдвартай байдалд шууд нөлөөлдөг. Төмрийн цөмийн материалын хувьсал нь аж үйлдвэрийн цэвэр төмрөөс өнөөгийн аморф хайлш хүртэл трансформаторын технологийн гайхамшигт хөгжлийг гэрчилсэн.
Төмрийн цөмийн үндсэн үүрэг ба гүйцэтгэлийн шаардлага
Трансформаторын цөмийн гол үүрэг нь үр ашигтай соронзон хэлхээг бий болгох, цахилгаан эрчим хүчийг цахилгаан соронзон индукцийн зарчмаар өөр өөр хэлхээний хооронд дамжуулах боломжийг олгох явдал юм. Төмрийн цөмийн гүйцэтгэл нь трансформаторын техник, эдийн засгийн үзүүлэлтүүдэд шууд нөлөөлдөг. Төмрийн цөмийн материалын үндсэн шаардлага нь: тодорхой давтамж болон соронзон урсгалын нягтралд төмрийн цөмийн алдагдал бага, тодорхой соронзон орны хүч чадалд соронзон урсгалын нягтрал өндөр байх явдал юм.
Цөмийн алдагдал нь гистерезисийн алдагдал ба хуйлралын гүйдлийн алдагдал гэсэн хоёр хэсгээс бүрдэнэ. Гистерезисийн алдагдал нь материалын соронзонжилтын хүндрэлтэй холбоотой бол хуйлралын гүйдлийн алдагдал нь төмрийн цөм дэх хувьсах соронзон урсгалаас үүдэлтэй эргэлтийн гүйдлээс үүдэлтэй байдаг. Эдгээр алдагдлыг бууруулахын тулд төмрийн цөмийн хамгийн тохиромжтой материалууд нь өндөр цахилгаан эсэргүүцэлтэй, өндөр соронзон нэвчилттэй, бага коэрцитив чанартай байх ёстой.
Төмрийн цөм материалын хувьслын үйл явц
Трансформаторын цөмийн материалын хөгжил нь урт бөгөөд сэтгэл хөдөлгөм аялалыг туулсан. Хамгийн эртний трансформаторын цөмүүд нь ердийн нүүрстөрөгчийн ган утас эсвэл нүүрстөрөгчийн ганыг соронзон материал болгон ашигладаг байсан. 1885 онд Унгарын Гунцын үйлдвэр хаалттай соронзон хэлхээтэй анхны нэг фазын трансформаторыг боловсруулсан бөгөөд түүний төмөр цөмийг энэ төрлийн материалаар хийсэн.
1900 онд Английн иргэн Р.А. Хадфилд болон бусад хүмүүс зөөлөн ган дээр цахиур нэмэх нь эсэргүүцлийг сайжруулж, хуйлралын гүйдэл болон гистерезисийн алдагдлыг бууруулж, "цөмийн хөгшрөлт" гэсэн үзэгдлийг арилгаж чадна гэдгийг тогтоожээ. 1903 онд АНУ, Герман улсууд халуунаар цувисан цахиурын ган хуудас үйлдвэрлэж эхэлсэн нь цахиурын ган хуудасны эрин үе эхэлсэн үе юм.
Халуунаар цувисан цахиурын ган хуудас нь жигд бус ажиллагаа, өндөр алдагдал зэрэг асуудлуудтай байдаг. 1930-аад онд хүйтэн цувисан цахиурын ган хуудасны технологид нээлтүүд хийгдсэн. 1933 онд Гаусс нь цувих чиглэлийн дагуу өндөр соронзон шинж чанартай 3% Si ган үйлдвэрлэхийн тулд хүйтэн цувих болон шарах хоёр аргыг ашигласан. 1935 онд АНУ-ын Armco Steel компани Westinghouse компанитай хамтран хүйтэн цувисан чиглэлтэй цахиурын ган үйлдвэрлэж эхэлсэн.
1960-аад оны дараа томоохон аж үйлдвэржсэн орнууд халуунаар цувисан цахиурын ган хуудас үйлдвэрлэхээ аажмаар зогсоож, илүү сайн гүйцэтгэлтэй хүйтэн цувисан цахиурын ган хуудас руу шилжсэн. 1964 онд Японы Ниппон Ган Корпораци өндөр нэвчилттэй мөхлөгт чиглэсэн хүйтэн цувисан цахиурын ган хуудас (Hi-B ган) боловсруулж, трансформаторын ачааллын алдагдлыг улам бүр бууруулсан.
1970-аад онд аморф хайлшийн материалууд түүхэн тавцанд анх гарч ирсэн. 1974 онд United Microelectronics Corporation төмөр дээр суурилсан аморф хайлшийг, 1978 онд АНУ 10KVA аморф төмрийн цөмт трансформаторыг боловсруулсан. Энэхүү шинэ төрлийн материал нь төмрийн алдагдал маш бага, уламжлалт цахиурын ган хуудасны ердөө 1/3-1/5-ийг л агуулдаг онцлогтой бөгөөд трансформаторын эрчим хүч хэмнэх шинэ эрин үеийг нээж байна.
Төмрийн цөм материалын үндсэн төрөл ба шинж чанар
цахиурын ган хуудас
Цахиурын ган хуудас нь маш бага нүүрстөрөгчийн агууламжтай, ерөнхийдөө 0.5-4.5% цахиурын агууламжтай цахиурын төмрийн зөөлөн соронзон хайлш юм. Цахиур нэмэх нь төмрийн цахилгаан эсэргүүцэл болон хамгийн их соронзон нэвчилтийг нэмэгдүүлж, коэрцитив чанар, цөмийн алдагдал, соронзон хөгшрөлтийг бууруулж чадна. Цахиурын ган хуудсыг халуунаар цувисан ба хүйтэнээр цувисан гэж хоёр ангилж болох бөгөөд хүйтэн цувисан хуудсыг чиглэлтэй ба чиглэлгүй гэж хуваадаг.
Хүйтэн цувисан чиглэлгүй цахиурын ган хуудас гэдэг нь 0.5% ~ 4.0% (Si + Al) хайлшийг хэлдэг бөгөөд үүнийг 0.65 мм, 0.5 мм, 0.35 мм хүртэл хүйтэн цувиж, дараа нь хатааж, бүрсэн байдаг. Түүний ширхэгийн бүтэц нь харьцангуй тархай бутархай бөгөөд бүх чиглэлд харьцангуй жигд соронзон шинж чанартай байдаг.
Чиглэлтэй цахиурын ган нь өндөр соронзон нэвчилттэй, амархан соронзонжуулах чиглэлд бага алдагдалтай шинж чанартай бөгөөд трансформатор гэх мэт статик цахилгаан тоног төхөөрөмжийн соронзон дамжуулах шаардлагыг хангадаг. Энгийн чиг баримжаатай цахиурын ган (CGO)-ийн дундаж ширхэгийн чиглэлийн хазайлтын өнцөг нь ойролцоогоор 7 °, ханасан соронзон мэдрэмтгий байдлын утга B8 нь 1.82Tesla-аас дээш байна; Өндөр соронзон чиг баримжаатай цахиурын ган (Hi-B)-ийн дундаж ширхэгийн чиглэлийн хазайлтын өнцөг нь ойролцоогоор 3 °, B8 утга нь 1.90Tesla-аас дээш байна.
аморф хайлш
Аморф хайлш нь материалын матрицад санамсаргүй байдлаар тархсан атомуудтай, "шилэн" найрлагатай металл функциональ материал юм. Ердийн аморф хайлш нь 80% төмөр агуулдаг бөгөөд үлдсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь бор ба цахиур юм. Энэ материал нь өндөр ханалтын соронзон индукцийн бат бэх (1.54T), өндөр соронзон нэвчилт, бага өдөөх гүйдэл, маш бага төмрийн алдагдалтай байдаг.
Төмөр дээр суурилсан аморф хайлшийн төмрийн алдагдал нь чиглүүлэгч цахиурын ган хуудасны төмрийн алдагдалтай харьцуулахад гуравны нэгээс тавны нэгтэй тэнцүү бөгөөд энэ нь уламжлалт цахиурын ган трансформатортой харьцуулахад аморф хайлшийн трансформаторын ачааллын алдагдлыг 70% - 80% -иар бууруулдаг. Аморф хайлшийн ханалтын соронзон урсгалын нягтрал харьцангуй бага (ойролцоогоор 1.5T) тул нэрлэсэн соронзон урсгалын нягтралыг ерөнхийдөө 1.3-1.4T гэж сонгоно.
Аморф хайлшийн туузны зузаан нь маш нимгэн, ердөө 0.03 мм бөгөөд аморф төмрийн цөмийн хувьд ламинжуулах коэффициент нь ердөө 80% орчим байдаг. Аморф хайлш нь цахиурын ган хуудаснаас бага хувийн жинтэй боловч төмрийн цөмийн жин харьцангуй хүнд хэвээр байна.
Гол бүтцийн зураг төсөл
Трансформаторын цөмийн бүтцийн загвар нь мөн ихээхэн хувьсал өөрчлөлтийг туулсан. Хамгийн эртний үйрмэг төмрийн цөмөөс эхлээд С хэлбэрийн төмрийн цөм, дараа нь цагираг хэлбэртэй (ороомог төмрийн цөм) төмрийн цөм хүртэл бүтэц бүр өөрийн гэсэн онцлог, давуу талтай.
Дугуй төмөр цөмийг нягт ороосон цагны пүрш шиг ороомогтой цахиурын ган туузаар хийдэг. Энэ төрлийн төмөр цөм нь агаарын завсаргүй тасралтгүй соронзон хэлхээтэй тул соронзон эсэргүүцэл бага, үр ашиг өндөр байдаг. Ижил багтаамжтай давхарласан трансформаторуудтай харьцуулахад тороид трансформаторууд нь жижиг хэмжээтэй, хөнгөн жинтэй, соронзон алдагдал багатай давуу талтай.
Аморф хайлшийн трансформаторын хувьд материалыг нь огтлоход бэрхшээлтэй тул тэдгээрийг ихэвчлэн ороомог төмрийн цөмт бүтэц хэлбэрээр зохион бүтээдэг. Нэг фазын трансформаторын цөмт бүтэц нь хүрээ байдаг бол гурван фазын трансформаторын цөмт бүтэц нь дөрвөн хүрээг гурван фазын таван баганатай бүтэцтэй төстэй бүтэц болгон нэгтгэснээр үүсдэг. Энэхүү бүтэц нь фазын ороомог бүрийг соронзон хэлхээний хоёр бие даасан хүрээ дээр байрлуулах боломжийг олгодог бөгөөд гурав дахь гармоник соронзон урсгалын нөлөөллийг үр дүнтэй арилгадаг.
Төмрийн цөм материалын үйлдвэрлэлийн үйл явц
Цахиурын ган хуудас үйлдвэрлэх үйл явц нь нарийн төвөгтэй, ялангуяа цахиурын ган хуудас үйлдвэрлэхэд чиглэсэн байдаг. Үйлдвэрлэлийн үйл явц нь нарийн төвөгтэй, үйл явцын цонх нарийхан, үйлдвэрлэлийн хүндрэл өндөр байдаг. Үүнийг "ган бүтээгдэхүүний гар урлал" гэж нэрлэдэг.
Хүйтэн цувисан чиг баримжаагүй цахиурын ган хуудсыг үйлдвэрлэх процесст ихэвчлэн халуунаар цувисан ган бэлдэц эсвэл 2.3 мм орчим зузаантай ороомог руу тасралтгүй цутгах, дараа нь хүчиллэг угаалга, хүйтэн цувимал, шарах, дулаалгын хальсан бүрхүүл хийх үйл явц орно. Өндөр цахиурын бүтээгдэхүүний хувьд халуунаар цувимал хийсний дараа эхлээд 800-850 °C температурт хэвийн болгох, дараа нь хүчиллэг угаалга, тодорхой зузаантай хүйтэн цувимал, шарах, дараа нь бага бууралтын хурдаар хүйтэн цувимал, эцэст нь эцсийн шарах шаардлагатай.
Аморф хайлш үйлдвэрлэх хамгийн түгээмэл арга бол хайлсан металлын уурыг өндөр хурдтай эргэлддэг зэс ороомгийн хүрээ рүү шүрших бөгөөд хайлсан металыг 106 ℃/s хурдтайгаар хөргөж, нимгэн хавирга болгон хатууруулдаг. Сайн соронзон шинж чанарыг олж авахын тулд бөхөөхөөс үүссэн өндөр дотоод стрессийг 200 ℃-280 ℃ хооронд шарж багасгах шаардлагатай.
Төмрийн цөмт материалын эрчим хүч хэмнэх ашиг тус
Трансформаторууд олон тооны бөгөөд эрчим хүчний системд өндөр хүчин чадалтай тул нийт алдагдалд ихээхэн хэмжээний хохирол учруулдаг. Хятадад трансформаторуудын нийт алдагдал нь системийн эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн 10 орчим хувийг эзэлдэг гэж тооцоолж байна. Алдагдлыг 1% бууруулах бүр нь жилд тэрбум тэрбум киловатт цаг цахилгаан эрчим хүч хэмнэх боломжтой.
Аморф хайлштай төмрийн цөмт трансформаторууд нь эрчим хүч хэмнэх мэдэгдэхүйц нөлөөтэй. SH12 цувралын аморф хайлштай цөмт трансформаторуудын ачааллын алдагдал нь S9 цувралын цахиурын ган трансформаторуудтай харьцуулахад ойролцоогоор 75% -иар буурдаг. Аморф хайлштай трансформаторууд нь уламжлалт трансформаторуудаас илүү үнэтэй боловч ашиглалтын зардал нь маш бага бөгөөд хөрөнгө оруулалтын нөхөн төлбөрийн хугацаа ерөнхийдөө 2-5 жилийн хооронд байдаг.
Шанхай, Жянсу, Жэжян мужуудаар төлөөлүүлсэн эдийн засгийн хувьд хөгжсөн бүс нутгууд аморф хайлшин трансформаторыг өргөн хүрээнд нэвтрүүлсэн. Жянсугийн Цахилгаан Эрчим Хүчний Компани ирээдүйд шинэ болон шинэчлэгдсэн шугамуудыг суурилуулахаар төлөвлөж байгаа бөгөөд аморф хайлшин трансформаторын хэрэглээ 30%-иас багагүй байх ёстой.
Төмрийн цөм материалын хөгжлийн чиг хандлага
Төмрийн цөмт материалууд нь төмрийн алдагдал багатай, соронзон индукц өндөртэй чиглэлд хөгжиж байна. Цахиурын гангийн хувьд бага төмрийн алдагдал өндөр үр ашигтай моторуудад зориулсан чиглэлгүй цахиурын ган, нимгэн үзүүлэлттэй хэт бага төмрийн алдагдал өндөр соронзон индукц чиглэсэн цахиурын ган, дунд болон өндөр давтамжийн эрчим хүч хэмнэдэг цахилгаан хэрэгсэлд зориулсан өндөр цахиурын ган зэрэг орно.
Өндөр цахиурын ган (4.5% ~ 6.7% Si агуулсан Si Fe хайлш) нь өндөр давтамжтай үед төмрийн алдагдлыг мэдэгдэхүйц бууруулсан, соронзон нэвчилт өндөр, бага коэрцитив шинж чанартай байдаг. Гэхдээ түүний Si агууламж хэт өндөр, өрөөний температурт уян хатан чанар нь маш муу тул өнхрүүлж, хэлбэржүүлэхэд хэцүү болгодог. Одоогийн байдлаар чиглэлгүй 6.5% Si Fe хайлшийн материалыг голчлон цахиурын нэвчилтээр бэлтгэдэг.
Нано-өөрчлөгдсөн материал болон био суурьтай материалууд нь ирээдүйн хөгжлийн чиглэлүүдийн нэг юм. Байгаль орчныг хамгаалах эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан хоргүй, биологийн задралд ордог эсвэл дахин боловсруулах боломжтой төмрийн цөм материалыг боловсруулах нь судалгааны чухал чиглэл болох болно.
Дүгнэлт
Трансформаторын цөм материалын хувьсал нь материалын шинжлэх ухаан болон цахилгааны инженерчлэлийн төгс хослолыг гэрчилсэн. Энгийн нүүрстөрөгчийн гангаас эхлээд цахиурын ган хуудас, дараа нь аморф хайлш хүртэл материалын нээлт бүр трансформаторын эрчим хүчний үр ашгийн түвшинг мэдэгдэхүйц сайжруулсан.
Эрчим хүч хэмнэх, ялгарлыг бууруулах нь дэлхий нийтийн нийтлэг ойлголт болсон өнөөгийн ертөнцөд үр ашигтай төмрийн цөмийн материалыг сонгох нь зөвхөн эдийн засгийн ашиг тустай холбоотой төдийгүй байгаль орчны хариуцлагатай холбоотой юм. Ирээдүйд шинэ материал, процессууд тасралтгүй гарч ирснээр трансформаторын цөмүүд алдагдал багатай, үр ашгийг дээшлүүлэх чиглэлд үргэлжлүүлэн хөгжиж, ногоон, бага нүүрстөрөгчийн эрчим хүчний системийг байгуулахад хувь нэмэр оруулах болно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 8-р сарын 29
