Warum ist amorphes Legierungsblech dünner als Siliziumstahlblech?

Ein Transformator aus amorpher Legierungist ein neuartiger, energieeffizienter Transformator, der einen Kern aus folgendem Material verwendet: amorphe Legierung Als Transformatorkern wird Bandmaterial verwendet. Transformatoren mit Kern aus amorpher Legierung bieten erhebliche Energieeinsparungen und Umweltvorteile. Im Vergleich zu S13-Transformatoren reduziert sich der Leerlaufverlust bei Transformatoren mit Kern aus amorpher Legierung um 57 %. Im Vergleich zu S11-Transformatoren reduziert er sich um 64 % und im Vergleich zu S9-Transformatoren um 72 %.

Während des Umformprozesses kühlt die amorphe Legierung schnell ab und erzeugt beim Wickeln des Kerns Spannungen. Das Kernmaterial der amorphen Legierung reagiert sehr empfindlich auf mechanische Spannungen, da sowohl Zug- als auch Biegespannungen seine magnetischen Eigenschaften beeinflussen können. Um günstige Verlustcharakteristika zu erzielen, muss der Kern der amorphen Legierung nach der Umformung unter spezifischen Magnetfeldbedingungen geglüht werden. Dieser Glühprozess ist jedoch komplex und erfordert hohe Präzision. Da die Kernverluste der amorphen Legierung mit dem Druck steigen, muss die Konstruktion des Transformatorgehäuses während des Glühens sorgfältig geplant und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. Nach dem Glühen wird das Kernmaterial der amorphen Legierung extrem spröde und neigt zur Bildung von Abrieb, was spezielle Prozessmaßnahmen während der Produktion erforderlich macht. Die Dicke der Bleche des Kerns aus amorpher Legierung ist mit nur 0,025 mm extrem gering und beträgt weniger als ein Zehntel der Dicke von üblicherweise verwendeten Siliziumstahlblechen. Der Stapelfaktor von Kernen aus amorpher Legierung ist mit nur 0,86 relativ niedrig. Die Sättigungsmagnetflussdichte von amorphen Legierungen ist ebenfalls gering (ca. 1,5 T), daher ist die Nennmagnetflussdichte von Kernen aus amorphen Legierungen (1,3–1,4 T) niedriger als die von kaltgewalzten Siliziumstahlblechen (1,6–1,7 T). Folglich wird die Produktgestaltung durch die Materialeigenschaften eingeschränkt.

Leistungsfähigkeit von Transformatoren aus amorphen Legierungen

Das in amorphen Legierungskernen verwendete eisenbasierte amorphe Legierungsmaterial besitzt keine kristalline Struktur, was zu einer geringen Magnetisierungskraft und einem hohen spezifischen Widerstand führt und somit die Wirbelstromverluste deutlich reduziert. Folglich sind die Leerlaufverluste und der Leerlaufstrom von Transformatoren mit amorphen Legierungskernen außergewöhnlich niedrig. Die Leerlaufverluste von Transformatoren mit amorphen Legierungskernen betragen nur etwa 35 % derjenigen von Verteilungstransformatoren des Typs S11, wodurch sie sich besonders für Gebiete mit schwankendem Stromverbrauch eignen, wie z. B. ländliche Regionen, Städte, Schulen und Straßenbeleuchtung. Manche befürchten jedoch, dass die Leerlaufverluste von Transformatoren mit amorphen Legierungskernen mit der Zeit ansteigen könnten. Diese Sorge ist unbegründet, da die Curie-Temperatur der amorphen Legierung bei etwa 415 °C und ihre Kristallisationstemperatur bei 550 °C liegt. Diese Temperaturen sind für Prozesse wie die Verarbeitung von amorphem Bandmaterial, das Nachglühen des Kerns, normale Betriebstemperaturen und die thermische Kurzschlussstabilität ausreichend hoch, sodass Bedenken hinsichtlich der Kristallisation in der Praxis unbegründet sind.

Wirtschaftliche Leistung und soziale Vorteile

Aufgrund ihrer sehr geringen Leerlaufverluste bieten Transformatoren mit amorphem Legierungskern erhebliche Energieeinsparungen und können die transformatorbedingten Verluste im Stromnetz effektiv reduzieren. Eine vergleichende Wirtschaftlichkeitsanalyse von dreiphasigen, ölgekühlten Verteiltransformatoren des Typs SH15 und des Typs S9 zeigt, dass sich die Investition in Verteiltransformatoren mit amorphem Legierungskern unter den aktuellen Marktbedingungen in gut drei Jahren amortisiert. Anschließend profitieren die Anwender langfristig. Chinas jährlicher Bedarf an Transformatoren liegt bei rund 100 Millionen kVA. Bei vollständiger Einführung von Transformatoren mit amorphem Legierungskern könnten jährlich über 20 Milliarden kWh Strom eingespart werden, was zu einer Reduzierung der Energiekosten um fast 10 Milliarden Yuan führen würde. Darüber hinaus ergäben sich erhebliche Umweltvorteile durch die Reduzierung von CO₂- und SO₂-Emissionen und die Minimierung nicht recycelbarer Abfälle. Langfristig betrachtet kann die Förderung von Transformatoren mit Kernen aus amorpher Legierung dem Land erhebliche Energieeinsparungen ermöglichen und gleichzeitig bemerkenswerte Umweltvorteile erzielen, sodass sie eine breite Anwendung verdienen.