Из большого разнообразия электротехнических сталей, выпускаемых в СССР согласно ГОСТ 802-58, для производства силовых трансформаторов стандартной частоты применяют горячекатаную сталь марок Э41, Э42 и Э43 и холоднокатаную текстурованную сталь марок Э310, Э320, ЭЗЗО и ЭЗЗОА. В обозначении марки стали буква Э означает "электротехническая", первая цифра указывает процент содержания кремния (4% у горячекатаной и 3% у холоднокатаной стали), вторая цифра характеризует качество стали в отношении удельных потерь (1 - нормальные, 2 - пониженные, 3 - низкие, ЗА - особо низкие удельные потерн), О - указывает на то, что сталь холоднокатаная.
Сталь выпускается листами, размеры которых 750 мм X XI500 мм и 1000 мм Х2000 мм при толщине 0,5 мм и 0,35 мм. По требованию заказчика холоднокатаная сталь поставляется в рулонах той же ширины, что и листы стали. Выпускаемая холоднокатаная текстурованная сталь обладает значительно большей анизотропией в отношении магнитной проницаемости и потерь вдоль и поперек прокатки, чем горячекатаная сталь. Холоднокатаная сталь после нарезки листов и штамповки должна быть отожжена для снятия наклепа. Это значительно улучшает ее электромагнитные свойства. При проверке свойств стали ГОСТ 802-58 рекомендует испытывать холоднокатаную сталь после отжига. Если же после нарезки листов они не были отожжены, то для сравнения с гарантированными значениями результат испытания в отношении потерь в стали должен быть уменьшен на 10%.
Характеристики стали перечисленных марок даны в табл. 1-1.
Таблица 1-1
Электромагнитные характеристики трансформаторных сталей (ГОСТ 802-58)
Для возможности вычисления потерь в стали при частотах, отличных от стандартной, а также при несинусоидальном напряжении, приложенном к зажимам трансформатора, полезно отдельно рассмотреть составляющие потерь в стали, а именно, потери на гистерезис и потери от вихревых токов. Удельные потери в стали в вт/кг при синусоидальной форме кривой приложенного напряжения и отсутствии размагничивающего действия вихревых токов в стали, т. е. при равномерном распределении индукции по поперечному сечению листа стали, могут быть вычислены по формуле Штейнмеца:
где первое слагаемое представляет собой потери на гистерезис, а второе - потери от вихревых токов. В этой формуле f - частота приложенного напряжения; Вт - амплитуда магнитной индукции; t-толщина листов стали. Показатель степени п для современных сталей лежит в пределах 2-2,5. Коэффициенты R1, н R2 зависят от свойств стали и могут быть найдены опытным путем.
Удельные потери на гистерезис пропорциональны площади гистерезисной петли.
Удельные потери от вихревых токов могут быть найдены (52] путем расчета по формуле:
где kf - коэффициент формы кривой, . Y и б-электрическая проводимость и удельный вес стали; f - частота; Вт - амплитуда магнитной индукции в стали; t - толщина листа стали.
Известно, что полные удельные потери в стали, определенные опытным путем, больше суммы потерь на гистерезис и потерь па вихревые токи, подсчитанных по формуле (1-3), т. е.
где Pд - добавочные потери, которые для различных марок электротехнической стали составляют от 10 до 50% полных потерь. Обычно считают, что добавочные потери в стали относятся к увеличенным потерям от вихревых токов, получающимся вследствие неравномерной намагниченности стали и появления нормальной составляющей намагниченности, не учитываемой формулой (1-3).
Снижение полных потерь в стали достигается путем уменьшения вредных в магнитном отношении примесей и путем получения крупнозернистой структуры, а в холоднокатаной стали также за счет резко выраженной кристаллографической структуры. Поэтому уменьшение общих потерь в стали происходит за счет уменьшения потерь на гистерезис, причем потери на вихревые токи могут даже возрасти.
В табл. 1-2 приведены значения удельных потерь для некоторых марок стали при индукции Вт = 1 тл, полученные опытным путем [15].
Таблица 1-2
Удельные потери на гистерезис и вихревые токи в трансформаторной стали
