info@step-lap.com
+7 495 740-61-78
Электротехническая сталь, представляет собой сплав железа с кремнием, иногда легированный алюминием, изготавливаемый в виде тонких листов толщиной, как правило, от 0.05 до 2 мм (в некоторых случаях толщина стали может достигать 25 мкм, например, аморфная сталь). И зачастую возникает вопрос: почему такая высокая стоимость трансформаторной стали ?
Стоит различать изотропную (свойства стали одинаковы вдоль и поперёк проката) и анизотропную (наилучшая проводимость стали вдоль проката). Изотропная сталь применяется в большей степени для производства вращающихся электрических машин. Анизотропная сталь применяется для производства трансформаторов.
К наиболее важным свойствам электротехнической стали относятся удельные потери, измеряемые в Вт/кг. Чем выше удельные потери, тем больше потери в стали (потери холостого хода) при работе устройства. В свою очередь потери в стали делятся на два вида:
Кроме того, важной характеристикой стали является индукция насыщения. Чем выше индукция насыщения, тем меньше габариты и себестоимость изготавливаемого из нее устройства.
Свойства стали во многом зависят от содержания кремния и условий ее изготовления. Сталь с низким содержанием кремния имеет меньшую относительную магнитную проницаемость и большие магнитные потери, а также большую индукцию насыщения. Стали с высоким содержанием кремния имеют меньшие потери на вихревые токи и гистерезис и высокую относительную магнитную проницаемость в слабых и средних полях. Содержание кремния снижает плотность и повышает удельное электрическое сопротивление стали. При этом сталь становится более хрупкой по сравнению с обычной конструкционной сталью.
Современные силовые трансформаторы обычно изготавливаются из электротехнической холоднокатаной анизотропной тонколистовой толщиной 0,35, 0,30, 0,27 и 0,23 мм.
Наиболее «ходовые» в настоящее время марки: T111-30S, T120-30S, T120-27S, T110-27S, NV30S-110, NV30S-130, NV30S-120 производства ПАО НЛМК.
Плотность холоднокатаной стали 7650 кг/м3, удельное электрическое сопротивление около 0,50 мкОм.м. Сталь обычно поставляется с нагревостойким электроизоляционным покрытием с толщиной на одной стороне не более 5 мкм.
Трансформаторная сталь прокатывается в горячем состоянии до толщины 3,0 – 2,5 мм и затем в холодном состоянии – до нормированной толщины 0,35 – 0,23 мм. При этом сталь получает определенное упорядоченное взаимное расположение и ориентировку микрокристаллов – текстуру, вследствие чего создается анизотропия магнитных свойств: вдоль проката a = 0 свойства стали существенно лучше, чем у анизотропных сталей, хуже при a ¹ 0 и наихудшие при a = 55° (см. рис. 1).
Рис. 1. Влияние угла α на магнитные свойства холоднокатаной электротехнической стали: а – удельные потери в стали при f = 50 Гц и различных индукциях 1 – 0,5 Тл; 2 – 1,0 Тл; 3 – 1,3 Тл; 4 – 1,5 Тл; б – индукция в стали при различных H (1 – 80 А/м; 2 – 400 А/м; 3 – 2000 А/м; 4 – 4000 А/м; 5 – 8000 А/м)
Для того чтобы исключить влияние анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали, пластины для шихтованной магнитной системы трансформатора вырезаются так, чтобы направление силовых линий основного магнитного поля совпадало с направлением прокатки. В углах плоских шихтованных магнитных систем происходит неизбежное изменение направления силовых линий магнитного потока. Если магнитная система шихтуется по схеме с прямым стыком, то во всем объеме углов магнитопровода происходит увеличение удельных потерь и удельной намагничивающей мощности, что существенно увеличивает потери и ток холостого хода трансформатора. Замена прямого стыка в углах косым стыком при использовании анизотропной стали позволяет уменьшить потери и намагничивающий ток трансформатора.
Следует отметить, что магнитные свойства холоднокатаной стали существенно ухудшаются при различных механических воздействиях: резке стали на пластины, снятии заусенцев, изгибах пластин, случайных ударах при транспортировке, ударах при сборке магнитной системы, при навивке частей магнитной системы из ленты. Ухудшение магнитных свойств может быть снято восстановительным отжигом при температуре около 800 °С. Механические воздействия должны быть ограничены путем соответствующей организации транспортировки пластин и осторожного обращения с ними при сборке.
Несмотря на указанные недостатки и относительно высокую стоимость трансформаторной стали, рационально спроектированная магнитная система трансформатора из этой стали при надлежащей технологии ее изготовления имеют относительно малые потери и ток холостого хода, дают экономию в расходе активных и других материалов и являются экономичными в эксплуатации, чем аналогичные магнитопроводы из горячекатаной или холоднокатаной изотропной стали, либо магнитопроводы с прямым или комбинированным стыком.