Ефективні матеріали, що застосовуються у трансформаторобудуванні

Майже кожен сучасний електронний або електричний пристрій містить трансформатор. Основним матеріалом, що використовується при виробництві якого є трансформаторна сталь. Вчені знайшли спосіб покращити властивості електротехнічної сталі та оптимізувати процес її виробництва шляхом застосування лазера.

Трансформатори перетворюють стандартну мережеву напругу в знижену напругу необхідну для електронних пристроїв (блоки живлення, підзарядки і т.д.). 220 У використовуване у виробництві або домогосподарствах. Усі трансформатори мають однаковий базовий пристрій: сердечник з електротехнічної сталі, на якому намотані обмотки (2 або більше) алюмінієвим або мідним дротом різної довжини та перерізу. Одна з них генерує магнітне поле, а інша перетворює це поле на електричний струм і віддає його споживачеві. Для того щоб мінімізувати втрати енергії, пов'язані з цим процесом, використовуються спеціальні сплави залізо-кремній, відомі як електротехнічна сталь з яких виробляється сердечник (каркас). У первісному стані ці сплави мають зернисто орієнтовану структуру, що визначає їх магнітні властивості.

Зернисто орієнтована модель означає, що матеріал має кристалічну структуру, в якій кожне зерно або кристал розташований в певному порядку. Нагріваючи вибрані області у матеріалі, можливо, зменшити розмір доменів з однаковою магнітною орієнтацією, що змінює магнітну структуру сталі. Це означає нижчий процес розігріву та в результаті зменшуються втрати на гістерезис у сталі, каже доктор Андреас Вейциг, керівник відділу лазерного різання та променевих технологій у Дрезденському Інституті Матеріалознавства Фраунгофера, описуючи комплексні зміни всередині матеріалу. Лазерний процес налаштовувався і підбирався досить довго, як метод для цього типу обробки нагріванням. Сталевий лист шириною приблизно один метр рухається вперед зі швидкістю трохи більше 100 метрів за хвилину, а сфокусований лазерний промінь переміщається з великою швидкістю, приблизно 200 метрів за секунду, з боку в бік через всю поверхню матеріалу по траєкторіях, розташованих на відстані кількох міліметрів один від одного. .

Команда Дрезденського Інституту провела дослідження та оптимізувала цей процес. А саме, вони розробили метод лазерного променя, що відхиляється, який дозволяє гнучко контролювати відстань між шляхами проходження променя по листу сталі і пристосовувати його під різні параметри. Щоб це зробити, вчені застосували гальванометричні сканери. Цей пристрій складається з гальванометра, дзеркал, що рухаються, закріплених за один бік, які використовуються для відхилення лазерного променя. Це збільшує гнучкість налаштування машинного процесу і дозволяє адаптувати його під різні завдання, такі як контроль якості сировини. Основне завдання цього дослідження - просування лазерного процесингу в існуюче виробниче середовище для того, щоб скоротити витрати та час виробничого циклу.

Подальшими зусиллями вчених є зменшення втрат на гістерезис електротехнічної сталі. Вони недавно почали використовувати твердотільний оптоволоконний лазер. Результати виявилися багатообіцяючими. Цей лазер пропонує кращі характеристики поглинання тепла, ніж традиційні СО₂ лазери. Вони дозволяють скоротити втрати на гістерезис до 15% порівняно з 10%, які були досягнуті до останнього часу. Цей оптимізований процес вже запроваджено клієнтом на виробництві.

Команда інституту зараз працює над наступним важливим завданням – розширення застосування лазерної технології на виробництво електротехнічної сталі для компонентів електродвигунів. Однак, на відміну від трансформаторної сталі, ці матеріали не мають строго орієнтованої доменної структури і таким чином мають інші магнітні властивості. «Це означає, що ми не можемо застосувати процес для трансформаторної сталі один до одного для виробництва сталі для електродвигунів без внесення змін до технологічного процесу.» - Каже керівник напряму інституту Др. Вейціг. Переваги застосування лазера на домено неориентированные електросталі залежить від специфіки роботи електродвигуна. А саме, це робоча точка або точка перетину кривої моменту, що крутить, і кривої частоти обертання. Для висококласних електричних машин, наприклад, високо спритних двигунів втрати енергії можуть бути зменшені на кілька процентних пунктів. У високомоментних електромашинах, наприклад, насосні двигуни, зменшення втрат може становити до 25%.

Всього коментарів: 0