Stato del prodotto e tendenze di sviluppo dell'acciaio elettrico orientato (acciaio al silicio)

Direzioni generali di sviluppo dell'acciaio elettrico orientato

L'acciaio elettrico a grani-orientati, comunemente chiamato acciaio al silicio orientato, è il materiale principale dei trasformatori di potenza e delle grandi macchine rotanti. Il suo sviluppo è guidato da tre obiettivi: minore perdita di ferro, maggiore induzione magnetica e spessore più sottile. Questi miglioramenti riducono direttamente la-perdita a vuoto dei trasformatori, che viene addebitata all'operatore di rete per l'intera vita dell'apparecchiatura, quindi anche una piccola riduzione in watt per chilogrammo consente di risparmiare una grande quantità di energia nella flotta di trasformatori.

I gradi e i test sono definiti in standard come GB/T 2521 e IEC 60404, con perdita misurata con il metodo Epstein a 1,7 T e 50 Hz, e lo stesso quadro si applica ai gradi di induzione sottile e ad alta-descritti di seguito.

Tecnologie a bassissima perdita di ferro-

Tre tecnologie di produzione riducono la perdita di nucleo.

Affinamento dei domini magnetici: l'incisione laser o un trattamento simile suddivide i domini magnetici sulla superficie della striscia. Ciò riduce la perdita anomala di correnti parassite e abbassa la perdita totale del nucleo dell'acciaio a grani orientati-dal 10% al 20%.

Rivestimento a tensione deposizionale: un rivestimento inorganico ad alta-tensione applicato su entrambe le superfici riduce la perdita per unità di peso del foglio e migliora anche il fattore di impilamento e il comportamento di movimentazione.

Calibri più sottili: la riduzione dello spessore da 0,30 mm e 0,27 mm fino a 0,23 mm, 0,20 mm e infine 0,15 mm riduce drasticamente la perdita di correnti parassite, poiché la perdita di correnti parassite si ridimensiona con il quadrato dello spessore. Un grado da 0,20 mm è un materiale magnetico morbido standard per circuiti magnetici a 400 Hz come alimentatori aerei e marini, che combina un'elevata induzione con una bassa perdita a frequenza elevata.

Gradi a induzione magnetica ultra-elevata

L'elevata induzione magnetica consente al progettista del trasformatore di aumentare la densità del flusso di lavoro, riducendo la sezione trasversale- del nucleo e quindi le dimensioni e il peso del trasformatore a parità di potenza. Utilizzando una ricristallizzazione doppia o tripla o un processo di ricottura a gradiente di temperatura ad alta-temperatura, i gradi moderni raggiungono una polarizzazione magnetica B8 compresa tra 1,95 T e 2,0 T con un'intensità di campo di 800 A/m. I gradi ad alta-induzione sono specificati laddove il peso e le dimensioni del trasformatore sono critici, come nelle apparecchiature di trasmissione UHV e nei trasformatori di generatori di grandi dimensioni.

Doppi gradi-orientati e 6,5% Si

L'acciaio al silicio orientato-doppio{1}}a grana fine è prodotto mediante un processo di decarburazione dell'ossido di silicio-e sviluppa una struttura cubica, pertanto mostra un'elevata induzione sia nella direzione di laminazione che in quella trasversale. Il suo B8 raggiunge da 1,85 T a 1,90 T in entrambe le direzioni, con una perdita del nucleo P1,7/50 inferiore a 1,02 W/kg a 0,30 mm di spessore e la magnetostrizione è bassa in entrambe le direzioni. Questo materiale è interessante per macchine rotanti e nuclei speciali dove la direzione del flusso cambia continuamente.

Quando il contenuto di silicio sale al 6,5% in peso, il materiale raggiunge una magnetostrizione prossima allo-zero, una resistività elettrica più elevata e una minore perdita di correnti parassite, offrendo prestazioni superiori a frequenze elevate. L'acciaio ad alto-silicio è quindi un candidato ideale per trasformatori e reattori ad alta-frequenza a basso-rumore e basse{5}perdite e rimane un argomento di ricerca attivo perché l'alto contenuto di silicio rende la striscia fragile e difficile da arrotolare.

Campi di applicazione

Trasformatori di potenza ad alta-efficienza: trasformatori di trasmissione UHV e trasformatori di distribuzione che devono soddisfare rigorosi limiti di perdita in assenza di carico-.

Nuove apparecchiature energetiche: inverter eolici e solari e trasformatori ad alta-frequenza per pile di ricarica di veicoli elettrici.

Dispositivi elettrici-di fascia alta: trasformatori di strumenti di precisione e reattori ad alta-frequenza dove contano bassa magnetostrizione e prestazioni stabili.

Direzioni future della ricerca

L'acciaio orientato agli inibitori-a grani liberi-, che evita la chimica degli inibitori convenzionali, consente temperature di riscaldamento delle lastre più basse ed elimina la fase di decarburazione, e la sua produzione è stata parzialmente implementata nel settore manifatturiero. È necessario ulteriore lavoro su strisce molto sottili inferiori a 0,1 mm prodotte mediante tripla ricristallizzazione, piastre di ferro puro orientate con elevata induzione di saturazione e rivestimenti isolanti e incollanti ad alto-isolamento e non{5}}inquinanti. Questi sviluppi mirano agli stessi obiettivi: minori perdite, maggiore induzione e calibro più sottile per la prossima generazione di apparecchiature magnetiche ad alta efficienza energetica.

Domande frequenti

Cosa significa B8 nelle specifiche dell'acciaio a grani{1}orientati?

B8 è la polarizzazione magnetica misurata con un'intensità del campo magnetico di 800 A/m. Indica la facilità con cui il materiale può essere magnetizzato e l'elevata densità di flusso che il nucleo può raggiungere, con valori come 1,82 T per i gradi comuni e fino a 2,0 T per i gradi ad alta-induzione.

Perché l'acciaio al silicio più sottile è migliore per i trasformatori ad alta-frequenza?

La perdita di correnti parassite aumenta con il quadrato dello spessore della striscia, quindi dimezzare lo spessore riduce la componente parassita di un fattore quattro. Qualità più sottili come 0,20 mm e 0,15 mm sono quindi essenziali a 400 Hz e oltre.

In che modo il raffinamento del dominio magnetico riduce la perdita del nucleo?

Il trattamento laser o meccanico suddivide i grandi domini magnetici in domini più piccoli, il che accorcia il percorso del movimento delle pareti dei domini e riduce la perdita anomala di correnti parassite. La perdita totale del nucleo dell'acciaio a grani orientati-diminuisce dal 10% al 20%.

Che cosa ha di speciale l'acciaio al silicio al 6,5%?

Con il 6,5% in peso di silicio la magnetostrizione si avvicina allo zero, la resistività è elevata e la perdita di correnti parassite è bassa, quindi il materiale è silenzioso ed efficiente ad alta frequenza. Lo svantaggio è la fragilità, che rende difficile il rotolamento e la manipolazione.

Quale grado dovrebbe essere selezionato per un trasformatore di distribuzione?

Per i trasformatori di distribuzione a 50 Hz, i gradi comuni come 23Q110 o 27Q120 forniscono perdite e costi bilanciati. Laddove nessuna-perdita di carico prevale sul costo operativo, sono giustificati gradi di induzione-raffinati o ad alta-induzione con perdite inferiori a 0,9 W/kg.

Cos'è P1.7/50?

È la perdita totale specifica del nucleo in watt per chilogrammo misurata a una polarizzazione di picco di 1,7 T e una frequenza di 50 Hz utilizzando il telaio Epstein, il punto di confronto standard per l'acciaio elettrico a grani-orientati.