Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

 

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ АМОРФНОЙ СТАЛИ

ДАНИЛЕВИЧ Я.Б., ИВАНОВ К.С.
Известия Академии Наук


 

 

В статье приведена информация о целесообразности использования аморфной быстрозакаленной стали, как материала для магнитопроводов распределительных трансформаторов. На основе опыта зарубежных стран сделано экономическое обоснование перехода от электротехнической трансформаторной стали к аморфной стали.

Распределительные трансформаторы (РТ) являются достаточными экономичными изделиями, часто работающими при полной нагрузке с КПД -99%, но при их эксплуатации имеют место значительные электрические потери. Известно, что материал магнитопровода в трансформаторах в течение длительного времени непрерывно перемагничивается по его петле В-Н частотой сети. При этом определенная часть электроэнергии вследствие гистерезиса и вихревых токов теряется и превращается в тепловую. Например, в сердечнике из текстурированной железокремнистой электротехнической трансформаторной стали (ЭТС) в РТ мощностью 25 кВт независимо от его нагрузки теряется 85 Вт, что при 40-летней эксплуатации составляет -30 МВт • ч . По оценкам стоимость этих потерь равна первоначальной стоимости РТ. Единственный способ снижения потерь холостого хода (XX) - использование более совершенных марок сталей с высокими электромагнитными показателями. Такими материалами можно считать аморфные стали (АС), использование которых для магнитопроводов распределительных трансформаторов мощностью 25-100 кВА при частоте 60 Гц позволяет снизить потери XX примерно в четыре раза (по сравнению с трансформаторами, где используется лучшая холоднокатаная сталь (ХКС)). АС имеют ряд недостатков: допустимая рабочая индукция <1,45 Тл (для ХКС это значение составляет 1,7 Тл), коэффициент заполнения сечения сталью 0,8-0,85, сталь имеет толщину 25-30 мкм и большую твердость. Последний фактор усложняет сборку магнитопровода. Несмотря на недостатки, распределительные трансформаторы с магнитопроводом из АС изготавливаются в США, Японии, Канаде; в настоящее время в мире изготовлено 60-70 тыс. единиц трансформаторов мощностью 25-100 кВА. Примерно 1000 единиц прошли успешные многолетние испытания в различных энергосистемах .

Данные "Вестингауз электрик" показывают, что трансформаторы 15-100 кВА с магнитопроводом из АС становятся выгодными при цене АС < 3,3 долл./кг. При этом учитывалось, что стоимость изготовления с применением АС выше примерно в два раза. По данным цена АС в США колеблется от 2,3 до 2,8 долл./кг.

Освоению крупномасштабного производства АС предшествовал период научных исследований, создания установок и разработки технологии производства. Различие масштабов капиталовложений в производство и применение этих материалов в конечном счете определило различие в объемах производства их в разных странах. В США в 1981 г. аморфные магнитные стали (АМС) выпускались в количестве 15 т, в основном как образцы для исследований, и стоимость их составляла -300 долл./кг.

К 1985 г. производство АМС возросло до 400 т / год, а цена упала до 50 долл./кг. В 1995 г. в США производилось -12000 т АМС, цена которых приблизилась к цене тонколистовой ЭТС. Это стало возможно благодаря резкому увеличению производительности установок при переводе их из режима полунепрерывной разливки АМС в р¬жим непрерывной разливки. Мировой объем производства АМС составляет 60000 т, из них США принадлежит ~20%, России - 0,1%, что определяет в значительной степени уровень цен на АМС у нас в стране, превышающий 60 долл./кг.

Вместе с тем в России разработано до 20 марок АМС по уровню свойств, не уступающих зарубежным аналогам. Поэтому, проблема применения АМС в качестве электротехнических материалов в России в основном экономическая. Технология производства АМС успешно используется и в разработке микрокристаллических магнитно-мягких сплавов (МКМС). В последние годы на основе АМС разработаны сплавы с нанокристаллической структурой.

Как показывают магнитные потери у трансформатора с сердечником из аморфного сплава примерно в шесть раз меньше магнитных потерь в трансформаторе из ЭТС. Это позволило достичь большего значения КПД в трансформаторах с использованием АС (КПД = 94,13%) по сравнению со значением К.П.Д. в трансформаторах с использованием ЭТС (КПД = 90,09%). Следует отметить, что эти значения были рассчитаны для условия равенства тока во вторичной цепи номинальному току, т.е. коэффициент нагрузки кнг = 1. Поскольку значения магнитных потерь в сердечнике у трансформатора с использованием ЭТС близки к значениям потерь в обмотках (Рс = Рк), то полученное значение КПД = 90,09% при очень близким к максимальному. В случае трансформатора с использованием АС разница значений магнитных потерь в сердечнике и потерь в обмотках велика (Рс < Рк), более чем в шесть раз. Поэтому полученное значение КПД не является максимальным. В этом варианте трансформатора (случай использования в качестве магнитопровода АС) максимум КПД достигается при Кнг = 0,4. Зависимости КПД= f(Кнг) для обоих вариантов приведены на рис. 1а и б.

Рис. 1а Зависимость КПД=f(Kнг) для трансформатора из АС

Сравнение этих графиков показывает, что трансформатор с сердечником из АС имеет большее ожидаемое значение КПД при номинальной нагрузке во вторичной цепи, чем аналогичный трансформатор с сердечником из ЭТС, но это значение не является максимальным. Поэтому использование такого трансформатора более рационально в таких условиях, когда трансформатор часто работает на нагрузку, значение которой меньше номинальной. Рис. 1, а, показывает, что снижение нагрузки ведет к увеличению КПД трансформатора и, соответственно, снижению потерь в нем. Этот эффект получается, например, в ночное время, когда происходит большое отключение потребителей.

Рис. 1б Зависимость КПД=f(Kнг) для трансформатора с сердечником из электротехнической стали.
 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Энергетика.
Материал размещен на www.transform.ru 30.11.2006 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????