0.18 mm极低损耗取向硅钢电磁特性与铁心性能仿真分析#br#

基于极低损耗取向硅钢研制S15型超高能效变压器对于进一步推动电网节能增效具有重要意义。采用任意波形磁场激励测量系统对比研究了0.18 mm规格取向硅钢、1K101-S普通型、1K102-P高磁感型非晶合金的磁性能及磁致伸缩噪声特性,并分析了0.18 mm取向硅钢在谐波、直流偏磁等复杂工况下的损耗特性,采用MagNet有限元分析软件开展了0.18 mm极低损耗硅钢S15型变压器铁心、绕组建模与仿真分析。结果表明,磁通密度为1.35 T时,18QH065牌号取向硅钢的铁损低至0.349 W/kg,不断接近非晶合金水平,磁感B800则比非晶带材高0.32~0.40 T;取向硅钢的磁致伸缩系数λp-p为0.29×10-6,低于非晶合金超1个数量级。与0.23~0.30 mm常规厚度硅钢相比,0.18 mm薄规格硅钢的谐波损耗优势明显,10%含量的3次、5次谐波损耗与正常工况相比分别上升12.9 %、16.0 %;直流偏置磁场大小对取向硅钢铁损的影响主要在低磁密区,在1.9 T以上0~150 A/m偏置磁场下的铁损几乎相同。设计的10 kV/630 kVA变压器空载损耗仿真计算值为392.5 W,比国标GB 20052—2013中能效1级硅钢变压器的限定值低约31.1 %,噪声比同等容量非晶合金变压器低约10 dB,具有显著的节能和环保优势。     

0.18 mm极低损耗取向硅钢电磁特性与铁心性能仿真分析

基于极低损耗取向硅钢研制S15型超高能效变压器对于进一步推动电网节能增效具有重要意义。采用任意波形磁场激励测量系统对比研究了0.18 mm规格取向硅钢、1K101-S普通型、1K102-P高磁感型非晶合金的磁性能及磁致伸缩噪声特性,并分析了0.18 mm取向硅钢在谐波、直流偏磁等复杂工况下的损耗特性,采用MagNet有限元分析软件开展了0.18 mm极低损耗硅钢S15型变压器铁心、绕组建模与仿真分析。结果表明,磁通密度为1.35 T时,18QH065牌号取向硅钢的铁损低至0.349 W/kg,不断接近非晶合金水平,磁感B800则比非晶带材高0.32～0.40 T;取向硅钢的磁致伸缩系数λp-p为0.29×10-6,低于非晶合金超1个数量级。与0.23～0.30 mm常规厚度硅钢相比,0.18 mm薄规格硅钢的谐波损耗优势明显,10%含量的3次、5次谐波损耗与正常工况相比分别上升12.9%、16.0%;直流偏置磁场大小对取向硅钢铁损的影响主要在低磁密区,在1.9 T以上0～150 A/m偏置磁场下的铁损几乎相同。设计的10 kV/630kVA变压器空载损耗仿真计算值为392.5 W,比国标GB20052—2013中能效1级硅钢变压器的限定值低约31.1%,噪声比同等容量非晶合金变压器低约10 dB,具有显著的节能和环保优势。     

中频薄规格无取向硅钢的温度效应研究

针对中频薄规格无取向硅钢的实际使用工况，研究了温度对中频薄规格无取向硅钢性能的影响，重点研究了0.25 mm厚中频薄规格无取向硅钢在温度范围-40～200 ℃、频率400 Hz和1 000 Hz下的电磁和力学性能变化规律。结果表明：0.25 mm中频薄规格无取向硅钢的中频铁损和磁感等电磁性能都随着温度的升高而降低；屈服强度随温度的升高呈单调下降的趋势，但抗拉强度先下降后升高并且在150 ℃附近出现拐点。     

变压器铁芯材料的技术动向

<正>铁芯作为变压器的核心部件,所用的材料对电力变压器和电子变压器的性能和价格都起着关键性作用。而取向硅钢是电力变压器和电子变压器用量最多的铁芯材料,冷轧取向硅钢大量用于工频电子变压器、频电子变压器和电子变压器中。因此,硅钢的市场和技术方向的动向,对电力变压器和电子变压器都会产生重大影响。在改进电力变压器用的冷轧取向硅钢性能方面的技术进展有:     

取向硅钢在立体卷铁心中的服役特性研究

根据立体卷铁心的磁路特点和磁密分布情况,以及硅钢片的磁化特性和励磁绕组接线方式,分析了磁密波形中产生谐波的原因。将铁心框磁密波形的频谱分析结果作为测量条件,测量取向硅钢在立体卷铁心变压器中的服役特性。通过分析不同规格取向硅钢的磁化特性,以及不同规格取向硅钢在不同型号立体卷铁心中的应用情况,提出硅钢片服役特性的测量依据,根据不同规格硅钢片的测量结果提出选型建议。     

服役25年变压器铁心中取向硅钢性能演变规律

研究了服役25年S9型配电变压器空载性能及铁心中取向硅钢的磁性能与涂层性能变化规律。运行25年后,变压器空载损耗上升至105.29 W,取向硅钢铁损P1.7为1.48 W/kg;取自铁心下轭1/4处、A相心柱中间位置、B相心柱靠近T节点处取向硅钢的绝缘涂层劣化程度依次上升,劣化最严重的B相心柱靠近T节点处部分硅钢片表面电阻系数低至2.6Ω·cm~2,涂层附着性为D级,扫描电镜下观察到涂层受腐蚀脱落。采用Infolytica电磁仿真软件模拟铁心温度场分布发现,铁心不同位置处运行温差可达9.1℃,长期处于相对较高温度、变压器油(酸和硫含量上升)及叠片间稀薄空气环境下取向硅钢绝缘涂层劣化严重。讨论了长时间服役后的二次取向电工钢片在配电变压器中的应用屏蔽措施。     

0.08mm厚中频用取向硅钢极薄带制作工艺研究

文章介绍了利用我厂生产的0.27 mm厚普通取向硅钢(CGO)作为原料制作0.08 mm厚中频用取向硅钢极薄带的工艺研究过程,着重研究了不同退火温度与机组运行速度(即保温时间)的热处理工艺对取向硅钢磁性能的影响,确定了以900℃×10 m/min为最佳的热处理工艺,获得了取向硅钢极薄带的磁感应强度B 8=1.846 T,铁损P 1.5/400=11.15 W/kg,矫顽力H c=53.57 A/m的良好中高频电磁性能的制作工艺。     

宝钢薄规格取向硅钢系列产品及其在电力变压器的应用

随着宝钢硅钢第四智慧工厂投产,目前宝钢已形成高磁感取向硅钢P系列、激光刻痕取向硅钢R系列、普通取向硅钢G系列、低噪声取向硅钢LM系列、特殊涂层取向硅钢W/Y/Z系列、耐热刻痕取向硅钢HS系列等六大系列50余个牌号取向硅钢产品,可以满足不同客户的使用需求.本文对宝钢薄规格取向硅钢系列产品进行介绍,并以B23R075、B20R070和B18R060为例,介绍其在电力变压器方面的应用.     

晶粒取向硅钢的加工

单取向电磁硅钢的生产工艺过程包括含铝硅钢的熔炼、铸锭、高温均热,热轧成厚度小于50mm的板坯、将板坯热轧成厚度小于5.0mm的带钢,板坯轧成带钢的开轧温度为980℃～1040℃、热处理,以至少75％压下率的冷轧、脱碳以及最后织构退火等工序     

1级能效配电变压器用低铁损取向硅钢B18R065和B20R070

近年来,为了降低输配电变压器损耗,减少二氧化碳排放,世界各主要国家都发布了强制性高能效配电变压器标准,中国在2013年发布GB20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》新标准。变压器标准更新和能效等级提升,必然要求变压器铁芯原材料性能的提升。在此背景下,宝钢开发了低铁损取向硅钢B18R065和B20R070,并已经成功用于制造1级能效变压器,成为世界上能同时供应0.20 mm和0.18 mm规格髙磁感取向硅钢的厂家。对B18R065和B20R070这两种牌号的开发原理、性能和用户使用情况进行介绍,以期对变压器制造厂家选材起到参考作用。     

退火温度对超薄取向硅钢织构及磁性能的影响

 为了研究中/高频用超薄取向硅钢制备工艺中退火温度对组织、织构及磁性能的影响,以商用0.27 mm规格无底层取向硅钢成品板为原料采用初次再结晶法制备了0.08 mm厚的超薄取向硅钢。系统研究了800~1 000 ℃温度范围内退火对超薄取向硅钢退火组织、织构及磁性能的影响。结果表明,过渡带中的η取向({0kl}<100>)与相邻形变基体呈大角度取向差晶界,再结晶开始时,η取向组分优先在过渡带边界“弓出”形核;随着退火温度升高,再结晶平均晶粒尺寸增大,{114}<481>等非η取向晶粒尺寸优势愈发明显,η组分体积占比降低,晶粒尺寸均匀性变差;稍低温退火时超薄取向硅钢综合磁性能较好,退火温度为800 ℃时,磁感应强度B₈₀₀=1.82 T,铁损P_1.5/400=11.66 W/kg,获得本试验条件下最佳综合中频磁性能。     

超高层建筑用敞开式立体卷铁心干式变压器的特点分析

对超高层建筑用敞开式立体卷铁心干式变压器的技术优势、性能及对硅钢材料的性能要求这三方面进行了简要阐述,分析得出该变压器具有小型化、轻量化、低噪音、安全环保、高效节能的特点,解决了变压器垂直运输和噪音扰民的问题。     

新一代新能源车驱动电机的高强硅钢应用技术研发

阐述了电驱动汽车所用电机的特点以及对硅钢的需求标准,并通过实验对比分析了高屈服强度无取向硅钢和传统无取向硅钢的电磁性能以及力学性能,通过有限元模型验证分析应用了高屈服强度硅钢的电机在高转速时可以达到低损耗、高机械强度等需求,为软磁材料的应用与电机结构的优化形成闭环模式提供了帮助。     

电力变压器发展及能效升级对取向硅钢需求的影响

取向硅钢性能的优劣是决定变压器损耗的主要因素。新能效等级标准的实施,对取向硅钢提出了更高的要求。本文结合变压器、取向硅钢的发展,分析了变压器的损耗与取向硅钢性能的关系,并提出了新能效等级标准实施后对取向硅钢的需求预测。     

成品厚度对无取向硅钢织构和磁性能的影响

研究了成品板厚度(0.35～0.65 mm)对0.003%C-2.40%Si-0.32%Al无取向硅钢织构演变、磁感和铁损的影响。结果表明,随着钢板厚度的减薄,成品中对磁性不利的织构组分增加,有利织构组分减少,磁感降低。在化学成分和晶粒尺寸一定的情况下,影响铁损的主要因素是钢板厚度,钢板厚度从0.65 mm减薄至0.35 mm时,铁损显著降低。     

取向硅钢服役过程中绝缘涂层劣化规律与评价

 为了提高电力变压器运行维护效率，跟踪分析了服役时间为0～35年的主变压器、厂用变压器、配电变压器中取向硅钢绝缘涂层性能及微观形貌特征，并模拟变压器油环境（不同硫质量分数、酸浓度、温度、纸板等）开展了硅钢涂层加速劣化试验，对绝缘涂层的服役性能进行评价。随着变压器运行时间延长，铁芯中硅钢涂层绝缘电阻及附着性逐步下降，涂层表面粗糙并出现腐蚀坑、裂纹等微观缺陷，且在配电变压器中的腐蚀速率大于高电压等级变压器。初步确立了绝缘涂层加速劣化试验条件与变压器实际运行数十年后涂层状态之间的等效关系，可支撑在役变压器铁芯材料服役状态评估及寿命预测。     

Performance evaluation law of grain- oriented silicon steel in transformer core after 25years service

The no- load characteristics of S9 distribution transformer and the magnetic properties as well as coating performance of grain- oriented silicon steel were studied. After 25years in service, the no- load loss of transformer increased to 105. 29W, while the core loss of silicon steel was 1. 48W/kg. The degradation degree of insulation coating, which had serviced about 25years, showed upward trend in position 1(bottom iron yoke), position 2(phase A core column), and position 3(phase B core column), respectively. The silicon steel located at phase B core column shows a dangerous surface resistivity of 2. 6????cm2 and an adhesion of D level. Simulation result of temperature distribution base on the Infolytica software shows that the temperature difference in transformer core reaches about 9. 1??, and the phosphate coating is deteriorated seriously after working in high temperature, transformer oil(with the increased contents of acid and sulfur) and air environment for a long time. The shielding measures of second- used silicon steel sheets in distribution transformer were discussed.     

Recent Progress on Non‐oriented Silicon Steel

Control of crystalline orientation and consequent enhancement of magnetic properties are important for decreasing core loss of non‐oriented silicon steel as well as grain‐oriented silicon steel. Through the development of special process techniques to produce clean refined steel, it is now possible to use any element to improve the crystalline texture control of steel without producing harmful effects. Utilization of these effects have actually lowered the core loss and raised the magnetic flux density of the products, and a product series of high‐efficiency non‐oriented silicon steel has been developed. Recently, demand has grown for non‐oriented silicon steel with particular properties, such as lower core loss at high frequencies or high strength, as high‐speed motors have progressed in regard to high efficiency and miniaturization. In response to this trend, non‐oriented thin gauge silicon steel with a thickness of 0.20 and 0.15mm and high strength non‐oriented thin gauge silicon steel with the same thickness but a yield strength of more than 570MPa and 780MPa have been developed.