Збірка доповідей студентів кафедри "Електропoстачання промислових підприємств і міст" Електротехнічного факультету ДонНТУ. День науки 2004. – Донецьк: ДонНТУ, 2004. – с. 7.
Основную часть потерь холостого хода (ХХ) трансформаторов составляют потери в магнитной системе, зависящие от удельных потерь в стали при заданной индукции и массе магнитопровода. Добавочные потери зависят от неравномерного распределения индукции по сечению магнитной системы, изменения структуры стали при ее обработке и сборке, толщины листов, направления прокатки и других факторов.
Исследования и разработки по снижению потерь в электротехнической стали ведутся в нескольких направлениях, в том числе: 1) повышение содержания кремния (стали); 2) уменьшение толщины листов; 3) снижение шероховатости их поверхности; 4) изменение кристаллической структуры стали за счет ориентации кристаллов и уменьшение промежутков между границами доменов.
Повышение содержания кремния, например, на 0,1% при индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц приводит к снижению потерь на 0,02 Вт/кг. Уменьшение толщины листов (в настоящее время уже изготавливается сталь толщиной 0,23 мм и ведутся исследования по уменьшению ее толщины до 0,15 мм) позволяет снизить потери за счет их составляющих потерь от вихревых токов. Поскольку шероховатость поверхности стали увеличивает потери на гистерезис, то уменьшение потерь путем снижения шероховатости является особенно важным для листов уменьшенной толщины. Изменение кристаллической структуры стали путем повышения степени ориентации кристаллов приводит к увеличению магнитной проницаемости и, следовательно, к снижению потерь.
Эффективной мерой, направленной на снижение потерь, является уменьшение расстояния между доменами в стали с кристаллами большого размера и высокой магнитной проницаемостью путем нанесения на поверхность пластин точек и рисок с помощью лазера. Такая обработка улучшает доменную структуру стали, создает в пластинах лучшее распределение доменов и вызывает возникновение растягивающих напряжений, что в совокупности позволяет снизить потери в стали на 6…10%. Следует отметить, что эффекты лазерной обработки исчезают после обжига стали при температуре, превышающей 500 С.
В последнее время много внимания уделяется разработке специальных аморфных сплавов, не имеющих кристаллической структуры. Главное их преимущество – значительное уменьшение потерь по сравнению со всеми магнитомягкими материалами. Одним из недостатков этих сплавов является сравнительно низкая индукция насыщения, не превышающая 1,6 Тл, из-за чего для трансформатора с магнитопроводом из аморфного сплава необходимо принимать индукцию не более 1,4 Тл, с учетом того, что при повышении напряжения в сети возможно его перевозбуждение.
Определяющими характеристиками трансформаторов является ширина стальной ленты, ее толщина и коэффициент заполнения стержня. Способ изготовления ленты из аморфного сплава путем быстрого перехода металла из жидкого состояния в твердое при интенсивном охлаждении позволяет получить сравнительно узкую и тонкую ленту, что, естественно, снижает коэффициент заполнения магнитопровода. Однако, есть основание предполагать, что ограничения ленты по ширине не будет, толщина ее достигнет 0,25мм, и благодаря этому коэффициент заполнения удастся довести до 90% и более.
При выполнении этих условий применение аморфных сплавов приведет к снижению использования электротехнических сталей с ориентированной структурой. Однако проблематичность создания электротехнических материалов со сниженными потерями и освоения их производства в короткие сроки на отечественных заводах диктует необходимость поиска принципиально новых конструктивных решений, направленных на снижение потерь ХХ трансформаторов.
Актуальность совершенствования конструкции магнитопроводов для трансформаторных источников электроснабжения угледобывающих участков обусловлена необходимостью снижения потерь мощности намагничивания и упрощения технологии изготовления, повышения экономичности их эксплуатации, надежности, безопасности применения и снижения их влияния на температурный режим горных выработок, особенно на больших глубинах, где при больших потерях в трансформаторах может требоваться установка дополнительных холодильных устройств.
Процесс изготовления шихтованных магнитопроводов имеет ряд недостатков, включая рутинные операции шихтовки и скрепления набранного магнитопровода в единую конструкцию, сложность выполнения крепежных элементов, от которых требуется не только закрепление обмоток на стержнях магнитопровода, но и стягивание самого магнитопровода.
Вывод. Своевременная разработка технологии изготовления может явиться стимулирующим фактором для использования новейших конструкций магнитопровода как в рудничных трансформаторных источниках электроснабжения, так и в трансформаторах общего назначения.
Библиография.
1.Нагорный М.А. О совершенствовании конструкции магнитопровода рудничных трансформаторов. – Взрывозащищенное электрооборудование,1998.