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變壓器的工作原理主要基于電磁感應定律,其核心在于某一數值的交流電壓(電流)轉換成頻率相同但數值不同的另一種或幾種電壓(電流)??梢哉f,電力變壓器的整個工作過程,都是通過鐵芯和繞組完成的。既然工作原理都是依靠電磁感應,那么這個鐵芯是不是需要具有很好導磁性的材料呢?
但是,具有導磁性的材料有很多,例如硅鋼、鈦基合金、銅基合金、鈦酸鍶鐵等,這些材料都具有很好的導磁性,為何硅鋼就脫穎而出,而其他材料卻沒有成為變壓器鐵芯材料的首選?當然是因為它有很多過人之處啦!
第一,硅鋼具有高磁導率,這是毋庸置疑的,但光憑這點可不行。第二,硅鋼具有低鐵損耗,相比其他材料,其鐵損耗要低很多,這是硅鋼片成為變壓器鐵芯材料的主要原因之一。第三,硅鋼的磁滯性能較好,在磁場的作用下能夠快速抖動,因此磁滯損耗也比其他材料小很多。第四,硅鋼的抗腐蝕能力好,對一些化學外界環(huán)境具備較高的抗腐蝕能力。第五,材料成本適中,雖然硅鋼片的價格相對較高,但考慮到其優(yōu)良的性能和較長的使用壽命,其成本效益仍然很高。第六,硅鋼具有一定的機械強度,能夠支持變壓器的繞組和其他部件。
通過以上的闡述中,有這么多優(yōu)點的硅鋼當然是電力變壓器鐵芯材料的優(yōu)中之選了。但是,另一個問題又來了,既然硅鋼有這么多優(yōu)點,為什么不同整塊的硅鋼做鐵芯,這樣不是更加省時省力?為什么還要把它加工成片狀呢?這當然是另有考慮。變壓器在運行過程中,是會產生損耗的,一種是鐵損,另一種是銅損。今天所講的硅鋼片,是與鐵損有關的。變壓器工作時,線圈中的交變電流會產生交變的磁通。這個變化的磁通在鐵芯中產生感應電流,這個電流在垂直于磁通方向的平面內環(huán)流著,所以叫渦流。渦流損耗會使鐵芯發(fā)熱。而整塊的硅鋼厚重不說,帶來的“渦流損耗”可是不少,加工成片狀的硅鋼可以減少變壓器的鐵損,也就是“渦流損耗”。變壓器的鐵芯采用彼此絕緣的硅鋼片疊成,片狀的橫截面積小,使渦流在狹長形的回路中通過較小的截面,從而增大渦流通路上的電阻,減少渦流損耗。并且,片狀的制造方式更加靈活和便于加工。在制造過程中,可以選用高質量的硅鋼片材料,按照設計要求進行精確的切割和加工,保持硅鋼片的厚度和平整度。這種制造方式可以節(jié)省材料,降低生產成本,同時提高變壓器的性能和可靠性。所謂硅鋼片(也稱為電工鋼片或電鋼板)就是一種含硅的鋼片,其含硅量在0.8~4.8%。
硅鋼片通常可以按以下幾種方式分類:
1.按生產工藝分類可以分為冷軋硅鋼片和熱軋硅鋼片。
冷軋硅鋼片:冷軋硅鋼片是在室溫下通過軋制生產的硅鋼片,表面光滑、無裂紋、密度均勻,具有磁性能穩(wěn)定的特點。它按照硅含量的不同,分為普通型和高硅型兩種。
熱軋硅鋼片:熱軋硅鋼片是在高溫狀態(tài)下對電工鋼進行軋制的硅鋼片,價格較冷軋硅鋼片便宜,但表面不如冷軋硅鋼片光滑,磁性能也稍差。熱軋硅鋼片按照硅含量的不同,分為普通型、高硅型和超高硅型三種。
2.按照磁化方向分類按照磁化方向再進一步分類,可以分為冷軋非取向硅鋼片、冷軋取向硅鋼片、熱軋取向硅鋼片。
冷軋非取向硅鋼片:這種硅鋼片是制造變壓器最常用的硅鋼片之一,其主要特點是磁導率高,磁損耗低,適用于制造各種小功率變壓器和電感器以及一些磁性材料。
冷軋取向硅鋼片:這是指在生產過程中強制定向的硅鋼片,其磁化方向與軋制方向垂直,使得磁通方向與鐵心重合,從而達到降低鐵損和磁損的作用。這種硅鋼片廣泛應用于大功率變壓器和各種電機。
熱軋取向硅鋼片:這是一種較為新的硅鋼片,主要在大功率變壓器、電動機和變頻器等高端電力行業(yè)使用。其磁性能比另外兩種硅鋼片更加優(yōu)越,能夠降低鐵損和磁損,提高鐵芯的磁通量和效率。
3.按照形狀分類硅鋼片按照形狀不同可分為EI型、UI型、C型、口型等??谛凸桎撈T诠β瘦^大的變壓器中使用,它絕緣性能好,易于散熱,同時磁路短。
4.按照絕緣處理分類鍛燒(黑片)、無鍛燒(白片):這是按照硅鋼片是否經過絕緣處理進行的分類。鍛燒硅鋼片經過高溫處理,表面形成一層氧化膜,提高絕緣性能;無鍛燒硅鋼片則保持原始狀態(tài),表面較為光滑。
硅鋼片正是由于其獨特的性質成為了變壓器常用的鐵芯材料。當然,變壓器并不僅僅只有這一種鐵芯材料,非晶合金也是已使用的鐵芯材料。不過,其生產工藝相對復雜,成本較高,目前變壓器鐵芯常用的材料仍然是硅鋼片。
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