Эффективные материалы, применяемые в трансформаторостроении

Практически каждое современное электронное или электрическое устройство содержит трансформатор. Основным материалом, используемым при производстве которого является трансформаторная сталь. Ученые нашли способ улучшить свойства электротехнической стали и оптимизировать процесс ее производства путем применения лазера.
Трансформаторы превращают стандартное сетевое напряжение в пониженное напряжение необходимое для электронных устройств (блоки питания, подзарядки и т.д.) Аналогичные ,но более мощные трансформаторы, используются на подстанциях для превращения высокого напряжения высоковольтных линий от электрогенерирующих станций в стандартное переменное напряжение 50 Гц 380 или 220 В используемое в производстве или домохозяйствах. Все трансформаторы имеют одинаковое базовое устройство: сердечник из электротехнической стали, на котором намотаны обмотки (2 или более) алюминиевым или медным проводом разной длины и сечения. Одна из них генерирует магнитное поле, а другая превращает это поле в электрический ток и отдает его потребителю. Для того чтобы минимизировать потери энергии, связанные с этим процессом, используются специальные сплавы железо-кремний, известные как электротехническая сталь из которых и производится сердечник (каркас). В изначальном состоянии эти сплавы имеют зернисто ориентированную структуру, которая определяет их магнитные свойства.трансформаторная сталь
Зернисто ориентированная модель означает, что материл, имеет кристаллическую структуру, в которой каждое зерно или кристалл расположен в определенном порядке. Нагревая выбранные области в материале, возможно, уменьшить размер доменов с одинаковой магнитной ориентацией, что в свою очередь изменяет магнитную структуру стали. Это означает более низкий процесс разогрева и в результате уменьшаются потери на гистерезис в стали, говорит доктор Андреас Вейциг, руководитель отдела лазерной резки и лучевых технологий в Дрезденском Институте Материаловедения Фраунгофера, описывая комплексные изменения внутри материала. Лазерный процесс настраивался и подбирался довольно долго, как предпочтительный метод для этого типа обработки нагреванием. Стальной лист шириной примерно один метр двигается вперед со скоростью чуть более 100 метров в минуту, а сфокусированный лазерный луч перемещается с большой скоростью, примерно 200 метров в секунду, из стороны в сторону через всю поверхность материала по траекториям расположенным на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Гибкий контроль движения лазерного луча

Команда Дрезденского Института провела исследование и оптимизировала этот процесс. А именно, они разработали метод отклоняющегося лазерного луча, который позволяет гибко контролировать расстояние между путями прохождения луча по листу стали и приспосабливать его под разные параметры. Чтоб это сделать, учёные применили гальванометрические сканнеры. Это устройство состоит из гальванометра, двигающихся зеркал, закрепленных за одну сторону, которые используются для отклонения лазерного луча. Это увеличивает гибкость настройки машинного процесса и позволяет адаптировать его под различные задачи, такие например как контроль качества сырья. Основная задача этого исследования — продвижение лазерного процессинга в существующую производственную среду для того чтобы сократить издержки и время производственного цикла.
Дальнейшими усилиями ученых является уменьшение потерь на гистерезис в электротехнической стали. Они недавно начали использовать твердотельный оптоволоконный лазер. Результаты получились многообещающими. Этот лазер предлагает лучшие характеристики по поглощению тепла, чем традиционные СО2 лазеры. Они позволяют сократить потери на гистерезис до 15%, по сравнению с 10%, которые были достигнуты до последнего времени. Этот оптимизированный процесс уже внедрен клиентом на производстве.

Возможность сократить потери энергии на 25%

Команда института сейчас работает над следующей важной задачей-расширение применения лазерной технологии на производство электротехнической стали для компонентов электродвигателей. Однако, в отличие от трансформаторной стали, эти материалы не имеют строго ориентированной доменной структуры и таким образом обладают другими магнитными свойствами. «Это значит, мы не можем применить процесс для трансформаторной стали один к одному для производства стали для электродвигателей без внесения изменений в технологический процесс.» — говорит руководитель направления института Др. Вейциг. Преимущества от применения лазера на домено неориентированные электростали зависят от специфики работы электродвигателя. А именно, это рабочая точка или точка пересечения кривой крутящего момента и кривой частоты вращения. Для высококлассных электрических машин, например, высоко оборотистых двигателей потери энергии могут быть уменьшены на несколько процентных пунктов. В высоко моментных электромашинах, например насосные двигатели, уменьшение потерь может составлять до 25%.
К списку статей

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню