Transformatoryň "ýüregi" hökmünde demir özeni elektromagnit energiýanyň öwrülmeginde möhüm rol oýnaýar. Ol diňe transformatorlaryň energiýa netijeliligine täsir etmän, eýsem enjamlaryň göwrümine, agramyna we işleýiş ygtybarlylygyna hem gönüden-göni täsir edýär. Häzirki wagtda senagat arassa demirden amorf erginlere çenli demir özeni materiallarynyň ewolýusiýasy transformator tehnologiýasynyň ajaýyp ösüşine şaýat boldy.
Demir özeniniň esasy funksiýasy we iş görkezijileri
Transformatoryň özeniniň esasy wezipesi netijeli magnit zynjyryny üpjün etmekdir, bu bolsa elektrik energiýasynyň dürli zynjyrlaryň arasynda elektromagnit induksiýa prinsipi arkaly geçirilmegine mümkinçilik berýär. Demir özeniniň işi transformatoryň tehniki we ykdysady görkezijilerine gönüden-göni täsir edýär. Demir özeniniň materiallary üçin esasy talaplar: belli bir ýygylykda we magnit akymynyň dykyzlygynda demir özeniniň pes ýitgisi we belli bir magnit meýdanynyň güýjünde ýokary magnit akymynyň dykyzlygy.
Özen ýitgisi iki bölekden ybarat: gisterezis ýitgisi we burulgaly toguň ýitgisi. Gisterezis ýitgisi materialyň magnitlenmeginiň kynçylygy bilen baglanyşykly, burulgaly toguň ýitgisi bolsa demir özeninde üýtgeýän magnit akymy sebäpli döreýän aýlanýan toguň täsiri bilen ýüze çykýar. Bu ýitgileri azaltmak üçin ideal demir özen materiallary ýokary elektrik garşylygyna, ýokary magnit geçirijiligine we pes koersitiwlige eýe bolmalydyr.
Demir ýadro materiallarynyň ewolýusiýa prosesi
Transformator ýadro materiallarynyň işlenip düzülmegi uzak we gyzykly ýol geçdi. Ilkinji transformator ýadrolary magnit materiallary hökmünde adaty uglerod polat simini ýa-da uglerod polatyny ulanýardy. 1885-nji ýylda Wengriýadaky Gunz zawody ýapyk magnit zynjyry bolan ilkinji bir fazaly transformatory işläp düzdi we onuň demir ýadrosy şu görnüşli materialdan ýasaldy.
1900-nji ýylda iňlis RA Hadfild we beýlekiler ýumşak polata kremniý goşmagyň garşylygy ýokarlandyryp, göýberiş tokuny we gisterezis ýitgilerini azaldyp, "özeniň garramagy" hadysasyny ýeňilleşdirip biljekdigini anykladylar. 1903-nji ýylda ABŞ we Germaniýa gyzgyn süýümli kremniý polat listlerini öndürmäge başladylar, bu bolsa kremniý polat listleriniň döwrüniň başlangyjyny alamatlandyrdy.
Gyzgyn sündürilen kremniý polat listleriniň deň däl işleýşi we ýokary ýitgiler ýaly kynçylyklary bar. 1930-njy ýyllarda sowuk sündürilen kremniý polat listleriniň tehnologiýasynda uly üstünlikler gazanyldy. 1933-nji ýylda Gauss sündürme ugry boýunça ýokary magnit häsiýetlerine eýe bolan 3% Si polat öndürmek üçin iki sowuk sündürme we ýumşatma usulyny ulandy. 1935-nji ýylda ABŞ-nyň Armco Steel Company sowuk sündürilen kremniý polatynyň önümçiligine başlamak üçin Westinghouse Company bilen hyzmatdaşlyk etdi.
1960-njy ýyllardan soň, senagatlaşan iri ýurtlar gyzgyn rulonly kremniý polat listlerini öndürmegi kem-kemden bes etdiler we has gowy öndürijilikli sowuk rulonly kremniý polat listlerine geçdiler. 1964-nji ýylda Ýaponiýanyň Nippon Steel Corporation kompaniýasy ýokary geçirijilikli däne ugurly sowuk rulonly kremniý polat listlerini (Hi-B polat) işläp düzdi we transformatorlaryň ýüksüz ýitgilerini has-da azalddy.
1970-nji ýyllarda amorf garyndy materiallary taryhy sahnada ilkinji gezek peýda boldy. 1974-nji ýylda “United Microelectronics Corporation” demir esasly amorf garyndylary işläp düzdi, 1978-nji ýylda bolsa ABŞ 10KVA amorf demir özenli transformatorlary işläp düzdi. Bu täze görnüşli material demir ýitgisiniň örän pes bolmagy, däp bolan kremniý polat listleriniň diňe 1/3-1/5 bölegi bolmagy bilen transformatorlar üçin energiýa tygşytlamagyň täze döwrüni açýar.
Demir ýadro materiallarynyň esasy görnüşleri we häsiýetnamalary
kremniý polat list
Kremniý polat listleri, adatça 0,5-4,5% kremniý mukdary bolan, örän pes uglerodly kremniý demiriniň ýumşak magnit garyndysydyr. Kremniý goşmak demriň elektrik garşylygyny we iň ýokary magnit geçirijiligini ýokarlandyryp, koerstiwligi, özen ýitgisini we magnit garramagyny azaldyp biler. Kremniý polat listleri iki kategoriýa bölünip bilner: gyzgyn ýaýradylan we sowuk ýaýradylan, sowuk ýaýradylan bolsa has-da ugurly we ugursyz görnüşlere bölünýär.
Sowuk ýaýradylan ugursyz kremniý polat list 0,5% ~ 4,0% (Si + Al) garyndysyny aňladýar, ol 0,65 mm, 0,5 mm we 0,35 mm çenli sowuk ýaýradylýar we soňra tawlanýar we örtülýär. Onuň däne teksturasynyň görnüşi deňeşdirme boýunça ýaýran we ähli ugurlarda deňeşdirme boýunça deň magnit häsiýetlerine eýedir.
Ugurly kremniý polat ýokary magnit geçirijiligine we aňsatlyk bilen magnitlenip bolýan ugurda pes ýitgi häsiýetlerine eýedir, bu bolsa transformatorlar ýaly statik güýç enjamlarynyň magnit geçirijilik talaplaryna laýyk gelýär. Adaty ugurly kremniý polatynyň (CGO) ortaça däne ugur burçy takmynan 7°, doýgunlyk magnit duýgurlygy B8 1.82Tesla-dan ýokary; Ýokary magnit ugurly kremniý polatynyň (Hi-B) ortaça däne ugur burçy takmynan 3°, B8 bahasy bolsa 1.90 Tesla-dan ýokary.
amorf ergin
Amorf garyndysy material matrisasynda atomlary tötänleýin ýerleşdirilen we "aýna" düzüme eýe bolan metal funksional materialdyr. Adaty amorf garyndysy 80% demirden ybarat bolup, galan bölekleri bor we kremniýdir. Bu material ýokary doýgunlyk magnit induksiýa güýji (1.54T), ýokary magnit geçirijiligi, pes gyjyndyryjy togy we örän pes demir ýitgisi häsiýetlerine eýedir.
Demir esasly amorf erginleriň demir ýitgisi gönükdirilen kremniý polat listleriniňkiden diňe üçden birinden bäşe çenli bolýar, bu bolsa amorf ergin transformatorlarynyň ýüksüz ýitgisini däp bolan kremniý polat transformatorlary bilen deňeşdirilende 70% - 80% azaldýar. Amorf erginleriň doýgun magnit akymynyň dykyzlygy deňeşdirme boýunça pes (takmynan 1,5T), şonuň üçin nominal magnit akymynyň dykyzlygy, adatça, 1,3-1,4T hökmünde saýlanýar.
Amorf ergin zolagynyň galyňlygy örän inçe, diňe 0,03 mm, bu bolsa amorf demir özeni üçin laminasiýa koeffisiýentiniň diňe 80% töweregini emele getirýär. Amorf erginleriň kremniý polat listlerine garanyňda has pes aýratyn agramy bolsa-da, demir özeni henizem deňeşdirme boýunça agyrdyr.
Esasy gurluşyň dizaýny
Transformatoryň özen gurluşynyň dizaýny hem uly ösüşe eýe boldy. Iň irki laminirlenen demir özenden başlap, C görnüşli demir özenine, soňra bolsa halka görnüşli (spirally demir özen) demir özenine çenli her bir gurluşyň özüne mahsus aýratynlyklary we artykmaçlyklary bar.
Tegelek demir özeni berk sarylan sagat ýazy ýaly saralan kremniý polat zolaklary arkaly ýasalýar. Bu görnüşli demir özeni howa boşluklary bolmadyk üznüksiz magnit zynjyryna eýedir, bu bolsa pes magnit garşylygyna we ýokary netijelilige getirýär. Şol bir kuwwatly laminirlenen transformatorlar bilen deňeşdirilende, toroidal transformatorlaryň kiçi ölçegli, ýeňil agramly we pes magnit syzdyryşlylygy ýaly artykmaçlyklary bar.
Amorf legirli transformatorlar üçin, materiallaryny kesmegiň kynçylygy sebäpli, olar adatça demirden ýasalan özen gurluşlary hökmünde dizaýn edilýär. Bir fazaly transformatoryň özen gurluşy çarçuwadyr, üç fazaly transformatoryň özen gurluşy bolsa dört çarçuwany üç fazaly bäş sütünli gurluşa meňzeş gurluşa birleşdirmek arkaly emele gelýär. Bu gurluş her bir fazaly sargydy magnit zynjyrynyň iki garaşsyz çarçuwasyna ýerleşdirmäge mümkinçilik berýär we üçünji garmoniki magnit akymynyň täsirini netijeli aradan aýyrýar.
Demir özen materialynyň önümçilik prosesi
Kremniý polat listleriniň önümçilik prosesi, esasanam gönükdirilen kremniý polat listleri çylşyrymlydyr. Onuň önümçilik prosesi çylşyrymly, proses penjiresi dar we önümçilik kynçylygy ýokarydyr. Ol "polat önümleriniň el işleri" diýlip atlandyrylýar.
Sowuk ýaýradylan, ugur almaýan kremniý polat listleriniň önümçilik prosesi, adatça, aşakdakylary öz içine alýar: gyzgyn ýaýradylan polat billetleri ýa-da galyňlygy takmynan 2,3 mm bolan spirallara üznüksiz guýma billetleri, soňra kislota bilen ýuwmak, sowuk ýaýratmak, tawlamak we izolýasiýa plýonkasyny örtmek prosesleri. Ýokary kremniýli önümler üçin, gyzgyn ýaýradylandan soň ilki bilen olary 800-850 ℃ temperaturada kadalaşdyrmak, soňra kislota bilen ýuwmak, belli bir galyňlyga çenli sowuk ýaýratmak, tawlamak, soňra pes reduksiýa tizliginde sowuk ýaýratmak we ahyrsoňy gutarnykly tawlamak zerurdyr.
Amorf erginleri öndürmegiň iň köp ýaýran usuly, erän metal bugyny ýokary tizlikli aýlanýan mis sargy çarçuwasyna püskürtmekdir, erän metal 106 ℃/s tizlikde sowadylyp, inçe gabaralara öwrülýär. Söndürmek arkaly emele gelýän ýokary içki dartgynlygy gowy magnit häsiýetlerini almak üçin 200 ℃ we 280 ℃ aralygynda ýumşatmak arkaly azaltmaly.
Demir ýadro materiallarynyň energiýa tygşytlaýjy peýdalary
Transformatorlar köp we energiýa ulgamynda uly kuwwatlylyga eýe bolup, jemi ýitgileriň ep-esli bolmagyna getirýär. Hytaýda transformatorlaryň umumy ýitgileriniň ulgamyň energiýa öndürilişiniň takmynan 10% -ni düzýändigi çaklanylýar. Ýitgileriň her 1% azalmagy ýylda milliardlarça kilowatt-sagad elektrik energiýasyny tygşytlap biler.
Amorf lehimli demir özenli transformatorlaryň energiýany tygşytlaýan täsiri uly. SH12 seriýaly amorf lehimli özenli transformatorlaryň ýüksüz ýitgisi S9 seriýaly kremniý polat transformatorlary bilen deňeşdirilende takmynan 75% azaldy. Amorf lehimli transformatorlar däp bolan transformatorlardan has gymmat bolsa-da, olaryň işleýiş çykdajylary örän pes we maýa goýumlaryň yzyna gaýtarylma möhleti, adatça, 2-5 ýyl aralygynda bolýar.
Şanhaý, Szýansu we Çžižýan welaýatlary ýaly ykdysady taýdan ösen sebitler amorf legir transformatorlaryny giň möçberde ornaşdyrdylar. Szýansu elektrik energiýasy kompaniýasy geljekde täze we täzelenen liniýalary gurmagy meýilleşdirýär we amorf legir transformatorlarynyň ulanylyş derejesi 30% -den az bolmaly däl.
Demir ýadro materiallarynyň ösüş meýili
Demir ýadroly materiallar pes demir ýitgisine we ýokary magnit induksiýasyna tarap ösýär. Kremniý polat listleri üçin, şol sanda pes demir ýitgisine we ýokary netijeli hereketlendirijiler üçin gönükdirilen däl kremniý polat, inçe spesifikasiýaly ultra pes demir ýitgisine we ýokary magnit induksiýasyna gönükdirilen kremniý polat we orta we ýokary ýygylykly energiýa tygşytlaýjy elektrik enjamlary üçin ýokary kremniý polat.
Ýokary kremniýli polat (4.5% ~ 6.7% Si bolan Si Fe garyndysy) ýokary ýygylyklarda demir ýitgisiniň ep-esli azaldylmagy, ýokary maksimum magnit geçirijiligi we pes koersitiwlik häsiýetlerine eýedir. Emma onuň Si mukdary gaty ýokary we otagyň temperaturasynda plastikligi örän pes, bu bolsa ony dürtmegi we şekillendirmegi kynlaşdyrýar. Häzirki wagtda ugur almaýan 6.5% Si Fe garyndysy materiallary esasan kremniý infiltrasiýasy arkaly taýýarlanýar.
Nanomodifisirlenen materiallar we bio esasly materiallar hem geljekki ösüş ugurlarynyň biridir. Daşky gurşawy goramaga bolan islegiň artmagy bilen, zäherli däl, biodegradasiýa edilýän ýa-da gaýtadan işlenip bilýän demir esasy materiallarynyň işlenip düzülmegi möhüm ylmy ugur bolar.
Netije
Transformatoryň esasy materiallarynyň ewolýusiýasy material ylmynyň we elektrotehnikanyň ajaýyp utgaşmasyna şaýat boldy. Adaty uglerodly polatdan kremniýli polat listlerine, soňra bolsa amorf erginlere çenli, materialyň her bir açyşy transformatorlaryň energiýa netijeliligi derejesini ep-esli ýokarlandyrdy.
Energiýany tygşytlamak we zyýanly gazlary azaltmak global ylalaşyk bolan häzirki dünýäde netijeli demir ýadro materiallaryny saýlamak diňe bir ykdysady peýda bilen däl, eýsem ekologiýa jogapkärçiligi bilen hem baglanyşyklydyr. Geljekde täze materiallaryň we prosesleriň yzygiderli peýda bolmagy bilen transformator ýadrolary az ýitgilere we ýokary netijelilige tarap ösüşini dowam etdirer we ýaşyl we az uglerodly energiýa ulgamynyň gurluşygyna goşant goşar.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 29-njy awgusty
