Ҳамчун "қалби" трансформатор, асли оҳан дар табдили энергияи электромагнитӣ нақши муҳим мебозад. Он на танҳо ба самаранокии энергетикии трансформаторҳо таъсир мерасонад, балки мустақиман ба ҳаҷм, вазн ва эътимоднокии кори таҷҳизот низ алоқаманд аст. Таҳаввулоти маводҳои аслии оҳан, аз оҳани софи саноатӣ то хӯлаҳои аморфӣ имрӯз, шоҳиди рушди пуршарафи технологияи трансформатор гардидааст.
Вазифаи асосӣ ва талаботи иҷрои аслии аслии оҳан
Вазифаи асосии ҳастаи трансформатор таъмин намудани схемаи самараноки магнитӣ мебошад, ки имкон медиҳад энергияи электрикӣ байни схемаҳои гуногун тавассути принсипи индуксияи электромагнитӣ интиқол дода шавад. Коркарди ҳастаи оҳан мустақиман ба нишондиҳандаҳои техникӣ ва иқтисодии трансформатор таъсир мерасонад. Талаботи асосӣ барои маводҳои ҳастаи оҳан инҳоянд: талафоти ками ҳастаи оҳан дар басомади муайян ва зичии ҷараёни магнитӣ ва зичии баланди ҷараёни магнитӣ дар қувваи муайяни майдони магнитӣ.
Талафоти аслӣ аз ду қисм иборат аст: талафоти гистерезис ва талафоти ҷараёни гирдбодӣ. Талафоти гистерезис бо душвории магнитизатсияи мавод алоқаманд аст, дар ҳоле ки талафоти ҷараёни гирдбодӣ аз ҷараёни гардишкунанда, ки аз ҷараёни магнитии тағйирёбанда дар аслии оҳан ба вуҷуд меояд, ба вуҷуд меояд. Барои кам кардани ин талафот, маводҳои идеалии аслии оҳан бояд муқовимати баланди барқӣ, гузариши баланди магнитӣ ва коэрситивии паст дошта бошанд.
Раванди эволютсияи маводҳои аслии оҳан
Таҳияи маводҳои аслии трансформатор роҳи тӯлонӣ ва ҷолибро тай кардааст. Аввалин аслҳои трансформатор сими оддии пӯлоди карбон ё пӯлоди карбонро ҳамчун маводи магнитӣ истифода мебурданд. Дар соли 1885, корхонаи Гунз дар Маҷористон аввалин трансформатори якфазаро бо схемаи магнитии пӯшида таҳия кард ва асли оҳании он аз ин навъи мавод сохта шуда буд.
Дар соли 1900, РА Ҳадфилд, як англис ва дигарон муайян карданд, ки илова кардани кремний ба пӯлоди нарм метавонад муқовиматро беҳтар кунад, ҷараёни гирд ва талафоти гистерезисро кам кунад ва падидаи "пиршавии аслӣ"-ро сабук кунад. Дар соли 1903, Иёлоти Муттаҳида ва Олмон истеҳсоли варақаҳои пӯлоди силиконии гармро оғоз карданд, ки оғози давраи варақаҳои пӯлоди силикониро нишон дод.
Варақаҳои пӯлоди силиконии гарм печонидашуда бо мушкилоте ба монанди нобаробарӣ ва талафоти зиёд рӯбарӯ мешаванд. Дар солҳои 1930-ум дар технологияи варақаҳои пӯлоди силиконии хунук печонидашуда пешрафтҳо ба даст оварда шуданд. Дар соли 1933, Гаусс ду усули хунук печонидан ва тафсонданро барои истеҳсоли пӯлоди 3% Si бо хосиятҳои баланди магнитӣ дар самти печонидан истифода бурд. Дар соли 1935, ширкати Armco Steel Company аз Иёлоти Муттаҳида бо ширкати Westinghouse ҳамкорӣ кард, то истеҳсоли пӯлоди силиконии хунук печонидашударо оғоз кунад.
Пас аз солҳои 1960-ум, кишварҳои бузурги саноатӣ тадриҷан истеҳсоли варақаҳои пӯлоди силиконии гармро қатъ карданд ва ба варақаҳои пӯлоди силиконии хунук бо иҷрои беҳтар гузаштанд. Дар соли 1964, ширкати Nippon Steel Corporation дар Ҷопон варақаҳои пӯлоди силиконии хунукро бо ғалладонагии баландгузаронанда (пӯлоди Hi-B) таҳия кард, ки талафоти бебории трансформаторҳоро боз ҳам коҳиш дод.
Дар солҳои 1970-ум, маводҳои хӯлаи аморфӣ дар саҳнаи таърихӣ аввалин маротиба пайдо шуданд. Дар соли 1974, Ширкати United Microelectronics хӯлаҳои аморфии оҳаниро таҳия кард ва дар соли 1978 Иёлоти Муттаҳида трансформаторҳои аслии оҳани аморфии 10 кВА-ро таҳия кард. Ин навъи нави мавод дорои хусусияти талафоти хеле ками оҳан аст, ки танҳо 1/3-1/5 варақаҳои пӯлоди анъанавии силиконро ташкил медиҳад ва давраи нави сарфаи энергияро барои трансформаторҳо боз мекунад.
Намудҳо ва хусусиятҳои асосии маводҳои аслии оҳан
варақаи пӯлоди силикон
Варақаи пӯлоди силиконӣ хӯлаи нарми магнитии оҳани силиконӣ бо миқдори хеле ками карбон аст, ки одатан аз 0,5 то 4,5% -ро ташкил медиҳад. Илова кардани силиконӣ метавонад муқовимати электрикӣ ва ҳадди аксар гузариши магнитии оҳанро афзоиш диҳад, коэрситивӣ, талафоти аслӣ ва пиршавии магнитиро кам кунад. Варақаҳои пӯлоди силикониро метавон ба ду категория тақсим кард: гарм печонидашуда ва хунук печонидашуда, ки дар он хунук печонидашуда минбаъд ба намудҳои самтдор ва ғайри самтдор тақсим мешавад.
Варақаи пӯлоди силиконии ғайрисамтӣ бо хӯлаи 0.5% ~ 4.0% (Si+Al) ба хӯлаи 0.65 мм, 0.5 мм ва 0.35 мм бо роҳи хунук ғелонда, сипас бо пӯшонидан ва пухтан ишора мекунад. Навъи сохтори доначаҳои он нисбатан пароканда буда, дар ҳама самтҳо хосиятҳои магнитии нисбатан якхела доранд.
Пӯлоди силиконии самтдор дорои гузариши баланди магнитӣ ва хусусиятҳои талафоти паст дар самти ба осонӣ магнитшаванда мебошад, ки ба талаботи гузариши магнитии таҷҳизоти қувваи статикӣ, ба монанди трансформаторҳо, ҷавобгӯ аст. Кунҷи миёнаи инҳирофи самти донаҳои пӯлоди силиконии оддӣ (CGO) тақрибан 7° ва ҳассосияти магнитии сершавӣ B8 аз 1.82Tesla болотар аст; Кунҷи миёнаи инҳирофи самти донаҳои пӯлоди силиконии самтдори баланди магнитӣ (Hi-B) тақрибан 3° ва арзиши B8 аз 1.90 Tesla болотар аст.
хӯлаи аморфӣ
Хӯлаи аморфӣ як маводи функсионалии металлӣ аст, ки атомҳо дар матритсаи мавод ба таври тасодуфӣ тақсим шудаанд ва дорои таркиби "шишамонанд" мебошанд. Хӯлаи аморфии маъмулӣ 80% оҳанро дар бар мегирад, ки ҷузъҳои боқимонда бор ва кремний мебошанд. Ин мавод хусусиятҳои қувваи индуксияи магнитии сершавии баланд (1.54T), гузариши баланди магнитӣ, ҷараёни ангезиши паст ва талафоти хеле ками оҳанро дорад.
Талафоти оҳан дар хӯлаҳои аморфии оҳанӣ танҳо аз як се то як панҷуми талафоти варақаҳои пӯлоди силиконии самтдорро ташкил медиҳад, ки талафоти бебории трансформаторҳои хӯлаи аморфиро дар муқоиса бо трансформаторҳои анъанавии пӯлоди силикон аз 70% то 80% кам мекунад. Зичии сершавии ҷараёни магнитии хӯлаҳои аморфӣ нисбатан паст аст (тақрибан 1.5T), аз ин рӯ зичии ҷараёни магнитии номиналӣ одатан ҳамчун 1.3-1.4T интихоб карда мешавад.
Ғафсии тасмаи хӯлаи аморфӣ хеле тунук аст, танҳо 0,03 мм, ки дар натиҷа коэффитсиенти ламинатсия барои ядрои оҳани аморфӣ танҳо тақрибан 80% -ро ташкил медиҳад. Гарчанде ки хӯлаҳои аморфӣ нисбат ба варақаҳои пӯлоди кремний вазни хоси камтар доранд, вазни ядрои оҳан ҳанӯз нисбатан вазнин аст.
Тарроҳии сохтори асосӣ
Тарроҳии сохтори аслии трансформатор низ таҳаввулоти назаррасро аз сар гузаронидааст. Аз аслии оҳании ламинатсионии аввалин то аслии оҳании шакли C ва сипас то аслии оҳании ҳалқашакл (асли оҳании печонидашуда), ҳар як сохтор хусусиятҳо ва бартариҳои худро дорад.
Ҳастаи оҳании даврашакл бо печондани тасмаҳои пӯлоди силиконӣ, ба монанди пружинаи соат, сохта мешавад. Ин намуди ҳастаи оҳанӣ дорои схемаи магнитии пайваста бидуни фосилаҳои ҳавоӣ мебошад, ки боиси муқовимати пасти магнитӣ ва самаранокии баланд мегардад. Дар муқоиса бо трансформаторҳои ламинатдори дорои ҳамон иқтидор, трансформаторҳои тороидӣ бартариҳои андозаи хурд, вазни сабук ва ихроҷи пасти магнитӣ доранд.
Барои трансформаторҳои хӯлаи аморфӣ, аз сабаби душвории буридани маводҳои онҳо, онҳо одатан ҳамчун сохторҳои аслии оҳанин печонидашуда тарҳрезӣ мешаванд. Сохтори аслии трансформатори якфаза чорчӯба аст, дар ҳоле ки сохтори аслии трансформатори сефаза бо роҳи муттаҳид кардани чор чорчӯба ба сохторе монанд ба сохтори панҷсутунии сефаза ташкил карда мешавад. Ин сохтор имкон медиҳад, ки ҳар як печи фаза дар ду чорчӯбаи мустақили схемаи магнитӣ ҷойгир карда шавад ва таъсири ҷараёни магнитии гармоникии сеюмро самаранок аз байн барад.
Раванди истеҳсоли маводи аслии оҳан
Раванди истеҳсоли варақаҳои пӯлоди силиконӣ мураккаб аст, бахусус варақаҳои пӯлоди силиконӣ. Раванди истеҳсоли он мураккаб аст, равзанаи раванд танг аст ва душвории истеҳсолот баланд аст. Онро "ҳунармандии маҳсулоти пӯлодӣ" меноманд.
Раванди истеҳсоли варақаҳои пӯлоди силиконии ғайрисамтӣ одатан инҳоро дар бар мегирад: пораҳои пӯлодии гарм ё рехтани пайвастаи пораҳо ба печҳои ғафсии тақрибан 2,3 мм, баъдан шустани кислота, ғелондан бо хунукӣ, тафсондан ва равандҳои пӯшонидани плёнкаи изолятсия. Барои маҳсулоти дорои кремнийи баланд, аввал пас аз ғелондан бо гармӣ дар ҳарорати 800-850 ℃ ба ҳолати муқаррарӣ овардан, сипас шустани кислота, ғелондан бо хунукӣ то ғафсии муайян, тафсондан, сипас ғелондан бо хунукӣ бо суръати пасти коҳиш ва дар ниҳоят тафсондан бо ниҳоии ниҳоӣ зарур аст.
Усули маъмултарини истеҳсоли хӯлаҳои аморфӣ пошидани буғи металли гудохта ба чаҳорчӯбаи печи мисии гардиши баландсуръат мебошад ва металли гудохта бо суръати 106 ℃/с хунук ва ба қабатҳои тунук табдил дода мешавад. Барои ба даст овардани хосиятҳои хуби магнитӣ, фишори баланди дохилӣ бояд бо роҳи гармкунӣ дар байни 200 ℃ ва 280 ℃ кам карда шавад.
Манфиатҳои сарфаи энергия аз маводҳои аслии оҳан
Трансформаторҳо сершуморанд ва дар системаи энергетикӣ иқтидори калон доранд, ки боиси талафоти назарраси умумӣ мегардад. Тибқи ҳисобҳо, талафоти умумии трансформаторҳо дар Чин тақрибан 10% истеҳсоли нерӯи барқи системаро ташкил медиҳад. Ҳар як 1% кам кардани талафот метавонад солона миллиардҳо киловатт-соат нерӯи барқро сарфа кунад.
Трансформаторҳои аслии хӯлаи аморфӣ аз оҳан таъсири назарраси сарфаи энергия доранд. Талафоти бебории трансформаторҳои аслии хӯлаи аморфӣ аз силсилаи SH12 дар муқоиса бо трансформаторҳои пӯлоди силиконии силсилаи S9 тақрибан 75% кам карда мешавад. Гарчанде ки трансформаторҳои хӯлаи аморфӣ нисбат ба трансформаторҳои анъанавӣ гаронтаранд, хароҷоти амалиётии онҳо хеле паст аст ва мӯҳлати бозгардонии сармоягузорӣ одатан аз 2 то 5 сол аст.
Минтақаҳои аз ҷиҳати иқтисодӣ рушдёфта, ки аз ҷумлаи музофотҳои Шанхай, Цзянсу ва Чжэцзян мебошанд, трансформаторҳои хӯлаи аморфӣ дар миқёси васеъро истифода кардаанд. Ширкати барқи Ҷиангсу ҳатто нақша дорад, ки дар оянда хатҳои нав ва таъмиршударо насб кунад ва истифодаи трансформаторҳои хӯлаи аморфӣ набояд аз 30% камтар бошад.
Тамоюли рушди маводҳои аслии оҳан
Маводҳои аслии оҳан ба самти талафоти ками оҳан ва индуксияи баланди магнитӣ рушд мекунанд. Барои варақаҳои пӯлоди силиконӣ, аз ҷумла пӯлоди силиконии ғайрисамаранок барои муҳаррикҳои баландсамар бо талафоти ками оҳан, пӯлоди силиконии дорои хусусиятҳои тунуки дорои талафоти хеле пасти оҳан ва индуксияи баланди магнитӣ ва пӯлоди силиконии баланд барои дастгоҳҳои электрикии каммасрафи энергияи миёна ва баландбасомад.
Пӯлоди дорои силикони баланд (хӯлаи Si Fe бо 4.5% ~ 6.7% Si) дорои хусусиятҳои коҳиши назарраси талафоти оҳан дар басомадҳои баланд, гузариши максималии баланди магнитӣ ва коэрситивии паст мебошад. Аммо миқдори Si дар он хеле баланд аст ва пластикии он дар ҳарорати хонагӣ хеле паст аст, ки печонидан ва шаклдиҳии онро душвор мегардонад. Дар айни замон, маводҳои хӯлаи Si Fe-и ғайрисамтӣ 6.5% асосан тавассути раванди инфилтратсияи силикон омода карда мешаванд.
Маводҳои нано-тағйирёфта ва маводҳои биологӣ низ яке аз самтҳои ояндаи рушд мебошанд. Бо афзоиши талабот ба ҳифзи муҳити зист, таҳияи маводҳои аслии оҳани ғайритоксикӣ, биологӣ таҷзияшаванда ё коркардшаванда ба самти муҳими тадқиқот табдил хоҳад ёфт.
Хулоса
Таҳаввулоти маводҳои аслии трансформатор шоҳиди омезиши комили илми маводшиносӣ ва муҳандисии электротехникӣ гардидааст. Аз пӯлоди оддии карбон то варақаҳои пӯлоди силикон ва сипас то хӯлаҳои аморфӣ, ҳар як пешрафти мавод сатҳи самаранокии энергетикии трансформаторҳоро ба таври назаррас беҳтар кардааст.
Дар ҷаҳони имрӯза, ки сарфаи энергия ва кам кардани партовҳо ба як тавофуқи ҷаҳонӣ табдил ёфтаанд, интихоби маводҳои аслии оҳании самаранок на танҳо бо манфиатҳои иқтисодӣ, балки бо масъулияти экологӣ низ алоқаманд аст. Дар оянда, бо пайдоиши пайвастаи маводҳо ва равандҳои нав, аслҳои трансформатор ба самти талафоти камтар ва самаранокии баландтар рушд хоҳанд кард ва ба бунёди системаи энергетикии сабз ва камкарбон мусоидат хоҳанд кард.
Вақти нашр: 29 августи соли 2025
