Påføring av silisiumstål: Fra motorkjerner til transformatorkjerner

Hva er silisiumstål og hvorfor er det mye brukt?

Silisiumstål, også kjent som elektrisk stål eller lamineringsstål, er en jern-silisiumlegering som inneholder omtrent 0,5 % til 3,5 % silisium i vekt. Tilsetning av silisium øker den elektriske resistiviteten, noe som reduserer virvelstrøm-tap i vekslende magnetiske felt, mens en nøye kontrollert metallurgisk prosess utvikler den magnetiske teksturen som gir materialet dets lave kjernetap og høye permeabilitet. På grunn av disse egenskapene er silisiumstål det dominerende myke magnetiske materialet i kraft- og elektromekanisk utstyr som opererer ved 50 Hz eller 60 Hz, fra små fraksjonelle-hestekrefter til store generator- og transformatorkjerner. Materialet leveres i tynne plater, typisk 0,23 mm til 0,50 mm tykke, som stanses eller kuttes i lamineringer og stables for å bygge kjerner.

Hovedapplikasjonsscenarier for silisiumstål

Silisiumstålapplikasjoner kan grupperes i fem hovedfelt, hver med forskjellige karakterkrav og ytelsesprioriteter.

1. Storskala-elektromekanisk utstyr

Kraftproduksjonsutstyr som vindturbiner, termiske generatorer og vannkraftenheter bruker ikke-orientert silisiumstål for å produsere generatorstator- og rotorkjerner. Materialet muliggjør effektiv elektromagnetisk konvertering og forbedrer direkte kraftgenereringseffektiviteten. Generatorer med høy-kapasitet spesifiserer vanligvis ikke--orientert stål av middels til høy kvalitet med tette toleranser for tykkelse og flathet fordi kjernetap akkumuleres over svært store aktive masser.

2. Hvitevarer

Motorer i husholdningsapparater som vaskemaskiner, vifter og pumper bruker ikke-orientert silisiumstål. Selv om forbruket per enhet er lite, gjør den enorme årlige produksjonen av husholdningsapparater dette segmentet til en av de største forbrukerne av elektrisk stål totalt sett. Air-kompressormotorer er et bemerkelsesverdig eksempel: etter hvert som energieffektivitetsbestemmelsene skjerpes, har etterspørselen etter høy-ikke-orientert silisiumstål med lavere spesifikt kjernetap økt betydelig.

3. Nye energikjøretøyer

Trekkmotorer til nye energikjøretøyer krever silisiumstål med en kombinasjon av høy magnetisk induksjon, lavt kjernetap ved høy frekvens og god mekanisk styrke. For å forbedre motorytelsen og krafttettheten bruker stator- og rotorkjerner i utgangspunktet høy-ikke-orientert silisiumstål, noe som sikrer effektiv drift over hele hastighetsområdet. Mange EV-motorer bruker også tynnere lamineringer (0,25 mm eller 0,20 mm) for å redusere høy-virvelstrømtap- under høy-rotasjon.

4. Industrielt lite og mellomstort-elektromekanisk utstyr

Motorer for utstyr som valseverk, kraner, kompressorer og maskinverktøy krever silisiumstålkjerner for å gi høyt dreiemoment og pålitelig kraft under tung belastning. Disse applikasjonene opererer under tøffe forhold, så stålet må kombinere stabile magnetiske egenskaper med god stansekvalitet og mekanisk konsistens.

5. Transformatorer, omformere og lignende statiske enheter

Kornorientert-silisiumstål (CRGO) brukes hovedsakelig i transformatorkjerner, strømtransformatorer og reaktorer. Med utviklingen av kraftnettkonstruksjon, ultra-transmisjonsprosjekter med høy spenning og strengere energieffektivitetsstandarder for transformatorer, fortsetter etterspørselen etter høy-magnetisk-induksjonskorn-orientert silisiumstål å vokse. For distribusjons- og krafttransformatorer bestemmer klassevalget direkte at ingen-lasttap overholdes under standarder som GB 20052-2024 og IEC 60076-20.

Nøkkelfunksjoner som driver applikasjonsvalg

Utmerkede magnetiske egenskaper: høy permeabilitet reduserer magnetisk kretsmotvilje, og lavt jerntap (hysterese-tap pluss-virvelstrømtap) reduserer utstyrets energiforbruk og temperaturøkning.

Sterk prosess tilpasningsevne: silisiumstål kan rulles til tynne plater under 1 mm; kaldvalsede-produkter tilbyr jevn tykkelse, en flat overflate og god stanseytelse, egnet for masseproduksjon av motor- og transformatorlamineringer.

Høy stabilitet: silisiumstål viser nesten ingen magnetisk aldring, så magnetiske egenskaper forfaller ikke merkbart etter lang-bruk, noe som passer utstyr designet for flere tiår med kontinuerlig drift.

Korn-orientert vs ikke-orientert: Hvordan velge

Korn-orientert silisiumstål behandles slik at krystallkornene er justert i rulleretningen, noe som gir svært lavt kjernetap og høy permeabilitet når fluksbanen følger rulleretningen. Den brukes derfor til transformatorkjerner, hvor fluksretningen styres av kjernegeometri. Ikke-orientert silisiumstål har en isotropisk magnetisk struktur og brukes der fluksretningen roterer, slik som motorstatorer og rotorer. Som en tommelfingerregel: hvis den magnetiske kretsen er statisk og retningsbestemt, velg kornorienterte-grader; hvis den roterer, velg ikke-orienterte karakterer.

Vanlige silisiumstålkvaliteter og typiske egenskaper

Tabellene nedenfor viser representative korn-orienterte kvaliteter og deres typiske garanterte verdier, referert til evalueringsmetodene i GB/T 2521.1-2016 og GB/T 2521.2-2016. Kjernetap måles til 1,7 T og 50 Hz med mindre annet er oppgitt; induksjon måles til 800 A/m (B800). Faktiske sertifiseringsverdier følger mølletestsertifikatet for hver spole.

Konvensjonelle korn-orienterte grader (0,23–0,30 mm)

Karakter	Typisk tykkelse (mm)	Maks kjernetap ved 1,7 T / 50 Hz (W/kg)	Min induksjon ved B800 (T)	Typisk stablingsfaktor (%)
23Q110	0.23	1.10	1.82	97.2
23Q120	0.23	1.20	1.82	97.2
27Q120	0.27	1.20	1.82	97.5
30G120	0.30	1.20	1.82	98.0

Høye-induksjon og domene-avgrensede karakterer

Karakter	Type	Maks kjernetap ved 1,7 T / 50 Hz (W/kg)	Min induksjon ved B800 (T)
23QG095	Høy induksjon	0.95	1.88
23QG100	Høy induksjon	1.00	1.89
27QG100	Høy induksjon	1.00	1.89
23RK085	Domene raffinert (laserskrevet)	0.85	1.88
23 RK080	Domene raffinert (laserskrevet)	0.80	1.88
20QG085	Høy induksjon, 0,20 mm	0.85	1.86
23RK075	Domene raffinert (laserskrevet)	0.75	1.88

Karakterer med lavere kjernetap koster vanligvis mer, men gir lavere-tap uten belastning i den ferdige transformatoren, og det er grunnen til at premium distribusjonstransformatorer spesifiserer domene-raffinerte eller høye-induksjonsgrader for grad 1 energieffektivitet.

Søknadsmerknader og vanlige misoppfatninger

Ikke bedøm en gradering bare etter tykkelse: en 0,23 mm konvensjonell gradering kan ha høyere tap enn en 0,27 mm høy-induksjonsgrad. Sammenlign alltid den garanterte W/kg-verdien ved samme induksjon og frekvens.

Håndter og kutt orientert stål langs rulleretningen for transformatorkjerner; skjæring mot rulleretningen forringer den magnetiske ytelsen og øker støyen.

Stablingsfaktor betyr noe: Lavere stablingsfaktor betyr et mindre effektivt tverrsnitt og høyere flukstetthet for samme kjernevolum, noe som øker kjernetap og magnetiseringsstrøm.

Gløding etter skjæring anbefales for stansede transformatorlamineringer for å avlaste mekanisk belastning ved skjæring og stansing.

FAQ

Hva er forskjellen mellom silisiumstål og vanlig stål?

Silisiumstål inneholder 0,5-3,5 % silisium, noe som øker den elektriske resistiviteten og reduserer virvelstrømtap i vekslende felter. Det er også behandlet for å utvikle en gunstig magnetisk tekstur, så kjernetapet er en liten brøkdel av vanlig lavkarbonstål.

Hvilken silisiumstålkvalitet brukes til transformatorkjerner?

Transformatorkjerner bruker korn-orientert silisiumstål, vanligvis grader fra 0,23 mm til 0,30 mm tykkelse. Distribusjonstransformatorer bruker vanligvis kvaliteter som 23Q110, 27QG100 eller domene-raffinerte kvaliteter som 23RK085, avhengig av den nødvendige energieffektivitetsklassen.

Hvorfor bruker motorkjerner ikke-orientert silisiumstål?

I motorer roterer den magnetiske fluksen med rotorposisjonen, så kjernematerialet må ha jevne magnetiske egenskaper i alle retninger. Ikke-orientert silisiumstål er isotropisk og derfor egnet for stator- og rotorlamineringer.

Forbedrer bruk av en lavere-tap alltid motoreffektiviteten?

Ikke proporsjonalt. Kjernetap er en del av totalt motorisk tap; vikling av kobbertap, friksjon og vinding har også betydning. Stål med lavere-tap forbedrer effektiviteten mest i motorer med høy driftssyklus og høye driftsfrekvenser, for eksempel kompressor- og trekkmotorer.

Kan silisiumstålkjerner resirkuleres eller gjenbrukes?

Silisiumstålskrap er fullt resirkulerbart og er en verdifull innsats for elektrisk stålproduksjon. Lamineringer fra utrangerte transformatorer og motorer samles rutinemessig inn; Imidlertid bør kjerner aldri gjenbrukes direkte i nytt utstyr fordi skjæring og demontering skader de magnetiske egenskapene og isolasjonsbelegget.