Dans le processus d'industrialisation, le développement continu de la révolution industrielle a apporté d'innombrables commodités à la production et à la vie des populations, mais il a également causé des dommages extrêmes à l'environnement naturel. Les gens ont progressivement pris conscience de l'importance de la protection de l'environnement et ont mis en avant le concept de protection de l'environnement et de vie à faible émission de carbone. La naissance des transformateurs en alliage amorphe a répondu au courant dominant de la société. Cet article présente principalement les caractéristiques des matériaux en alliage amorphe ainsi que les avantages et les inconvénients des performances des transformateurs en alliage amorphe.
Mots-clés : Avantages et inconvénients detransformateur en alliage amorphe
Les transformateurs en alliage amorphe sont des produits de haute technologie, respectueux de l'environnement et économes en énergie. Leurs effets en matière d'économie d'énergie et de protection de l'environnement ont été reconnus au niveau international et sont également reconnus par les systèmes électriques nationaux et les services de construction. À l'heure actuelle, la faisabilité de la fabrication de produits et la technologie d'utilisation sont devenues de plus en plus matures et ont acquis un avantage concurrentiel sur le marché. Ses caractéristiques exceptionnelles de haute efficacité, de beauté et de protection de l'environnement ont gagné les éloges unanimes de la majorité des utilisateurs, et il est connu comme « le produit vert de haute technologie de la tendance électrique mondiale actuelle ».
Le transformateur dit en alliage amorphe fait référence à un transformateur fabriqué en alliage amorphe dans un noyau de transformateur et assemblé.
L'alliage amorphe fait référence à des matériaux d'alliage qui utilisent une technologie de solidification ultra-rapide pendant le processus de fabrication, de sorte que dans la microstructure du matériau, pendant le processus de solidification des atomes métalliques du liquide (acier fondu) au solide, les atomes n'ont pas le temps de disposer en cristaux conventionnels. La structure est solidifiée et le matériau d’alliage résultant avec une structure atomique désordonnée est appelé alliage amorphe. Les matériaux en alliage amorphe se sont révélés avoir une très excellente perméabilité magnétique et leurs processus de démagnétisation et de magnétisation sont extrêmement faciles à réaliser. Par rapport aux alliages cristallins, les alliages amorphes ont subi des changements significatifs dans leurs propriétés physiques, chimiques et mécaniques. De plus, les matériaux en alliages amorphes sont également largement utilisés dans de nombreux domaines tels que l'électronique, l'aviation, l'aérospatiale, les machines, la microélectronique, etc. Par exemple, dans le domaine aérospatial, ils peuvent réduire le poids des alimentations et des équipements et augmenter la charge utile. Utilisé dans l'énergie civile et les équipements électroniques, il peut réduire considérablement la taille de l'alimentation électrique, améliorer l'efficacité et améliorer la capacité anti-interférence. Les microcœurs peuvent être largement utilisés dans les transformateurs des réseaux numériques à intégration de services (RNIS). Les bandes amorphes sont utilisées pour fabriquer des étiquettes de détection pour les systèmes antivol des supermarchés et des bibliothèques. Les alliages amorphes ont des effets miraculeux et offrent de larges perspectives de marché. Au cours du dixième plan quinquennal : Les travailleurs scientifiques et technologiques de notre pays apporteront sûrement davantage de contributions qui attireront l'attention du monde dans le domaine de la technologie des alliages amorphes.
En prenant comme exemple les alliages amorphes dominés par le fer, ils présentent les caractéristiques d’une intensité d’induction magnétique à saturation élevée et de faibles pertes. Les alliages amorphes à base de fer réduisent considérablement la perte de noyau par rapport aux matériaux en acier au silicium, obtenant ainsi un rendement élevé et des effets d'économie d'énergie. Par conséquent, en tant que matériau conducteur magnétique extrêmement excellent, il est introduit dans les produits nécessitant des circuits magnétiques tels que les transformateurs.
Les alliages amorphes à base de fer sont en concurrence avec l'acier au silicium dans les domaines des fréquences industrielles et des moyennes fréquences. Par rapport à sacier au silicium,les alliages amorphes à base de fer présentent les avantages et les inconvénients suivants.
1) La densité de flux magnétique à saturation Bs de l'alliage amorphe à base de fer est inférieure à celle de l'acier au silicium. Cependant, sous le même flux magnétique Bm, la quantité de perte de flux magnétique de l'alliage amorphe à base de fer est 3 % inférieure à celle de l'acier au silicium de 0,23 mm d'épaisseur. La plupart des gens pensent que la faible perte est due à la faible épaisseur et à la résistivité élevée de la bande d’alliage amorphe à base de fer. Ce n’est qu’un aspect. La raison la plus importante est que l’alliage amorphe à base de fer est amorphe et que la disposition atomique est aléatoire. Il n’y a pas d’anisotropie magnétocristalline provoquée par la disposition directionnelle atomique, et il n’y a pas de cristallinité produisant une déformation locale et un écart de composition. limite de grain. Par conséquent, la barrière énergétique qui empêche le mouvement des parois du domaine et la rotation du moment magnétique est très petite et présente un magnétisme doux sans précédent, de sorte que la perméabilité magnétique est élevée, la force coercitive est faible et la perte est faible.
2) La densité de flux magnétique de fonctionnement du noyau en alliage amorphe à base de fer est de 1,35 T ~ 1,40 T et celle de l'acier au silicium est de 1,6 T ~ 1,7 T. Le poids du transformateur de fréquence de puissance en alliage amorphe à base de fer représente environ 130 % du poids du transformateur de fréquence de puissance en acier au silicium. Cependant, même si le poids est important, pour un transformateur à fréquence industrielle de même capacité, la perte d'un noyau magnétique en alliage amorphe à base de fer est de 70 à 80 % inférieure à celle d'un noyau magnétique en alliage amorphe à base de fer.acier au silicium.
3) En tenant compte des pertes, le prix total estimé est de 89 %. Il est environ 80 % inférieur à la perte à vide d'un transformateur à noyau en acier au silicium (se référant à la perte de puissance mesurée au primaire lorsque le secondaire du transformateur est ouvert) et au courant à vide (lorsque le secondaire du Le transformateur est ouvert, il y a encore un certain courant dans le primaire, cette partie du courant (appelée courant à vide) chute d'environ 85%. Il s'agit d'un transformateur de distribution avec un effet d'économie d'énergie idéal à l'heure actuelle. Il est particulièrement adapté pour les endroits à faible taux de charge tels que les réseaux électriques ruraux et les zones en développement. L'utilisation d'alliages amorphes avec une perméabilité magnétique exceptionnelle comme matériaux de base pour la fabrication de transformateurs peut finalement atteindre des valeurs de perte très faibles.
4) La dureté du matériau en feuille d'alliage amorphe est très élevée et il est difficile à couper avec des outils conventionnels ; l'épaisseur de la feuille unique est extrêmement fine et la surface du matériau n'est pas très plate, de sorte que le coefficient de remplissage du noyau est faible ; il est très sensible aux contraintes mécaniques, et les contraintes de tension et de flexion par gravité affecteront les propriétés magnétiques, et la structure doit être spécialement conçue.
5) Le transformateur en alliage amorphe adopte une structure entièrement scellée, ce qui peut retarder le vieillissement de l'huile du transformateur et du papier isolant. Il est non seulement de structure compacte, mais présente également les avantages d'une efficacité de fonctionnement élevée et d'une absence d'entretien. Les transformateurs en alliage amorphe ont des performances de fonctionnement très stables en raison de faibles pertes, d'une faible génération de chaleur et d'une faible élévation de température. L'enroulement basse tension du transformateur en alliage amorphe est enroulé en feuille, avec une faible perte, une forte résistance aux courts-circuits et une structure avancée.
6) L'alliage amorphe à base de fer présente une plus grande résistance à la distorsion de la forme d'onde de puissance que l'acier au silicium.
Actuellement, la perte matérielle du noyau du transformateur de puissance à fréquence industrielle est testée sous une tension sinusoïdale avec une distorsion inférieure à 2 %. La distorsion réelle du réseau électrique à fréquence industrielle est de 5 %. Dans ce cas, la perte d'alliage amorphe à base de fer augmente à 106 % et la perte d'acier au silicium augmente à 123 %. Si les harmoniques supérieures sont importantes et que la distorsion est de 75 % (comme dans le cas d'un transformateur redresseur de fréquence industrielle), la perte d'alliage amorphe à base de fer augmente à 160 % et la perte d'acier au silicium augmente à plus de 300 %. Cela montre que l’alliage amorphe à base de fer présente une plus grande résistance à la distorsion de la forme d’onde de puissance que l’acier au silicium.
7) Le coût des transformateurs en alliage amorphe est plus élevé que celui des transformateurs à noyau en acier au silicium, et les coûts de traitement et de fabrication des noyaux en alliage amorphe sont plus chers que ceux des tôles d'acier au silicium. Étant donné que la tôle d'acier au silicium est un matériau magnétique couramment utilisé, sa production et son utilisation ont une longue histoire, et une chaîne industrielle et un marché relativement complets se sont formés dans la société. Cependant, l’alliage amorphe est un matériau émergent et son utilisation n’a pas été popularisée et n’a pas été développée sur le marché. Une série de chaînes industrielles complètes depuis la production, la production, la transformation jusqu'à l'utilisation. D'un point de vue économique, l'alliage amorphe est un produit nouveau qui n'a pas été effacé par la concurrence sur le marché. Sa production et sa production ont de grandes limites et sa valeur marchande n'est pas encore forte, son prix est donc relativement cher. Généralement, le coût des transformateurs en alliage amorphe est environ 30 % plus élevé que celui des transformateurs à noyau en acier au silicium du même modèle. De plus, le processus de production de matériaux en acier au silicium est mature et la structure est stable.
Cependant, le coût global d'utilisation est inférieur à celui des transformateurs traditionnels en raison de son effet d'économie d'énergie important et de ses coûts d'exploitation inférieurs. Dans le même temps, il joue un rôle majeur dans la réduction de la charge, de la pression et de la charge pesant sur le réseau électrique.
Supposons que la perte de charge (perte de cuivre) du transformateur de fréquence industrielle soit la même et que le facteur de charge soit également de 50 %. Ensuite, pour que la perte de fer du transformateur de fréquence de puissance en acier au silicium soit la même que celle du transformateur de fréquence de puissance en alliage amorphe à base de fer, le poids du transformateur en acier au silicium est 1,8 fois supérieur à celui du transformateur en alliage amorphe à base de fer. Par conséquent, la plupart des Chinois conviennent généralement que le poids, le coût et le prix des transformateurs de fréquence de puissance en alliage amorphe à base de fer, mis à part le niveau de perte du transformateur, représentent 130 % à 150 % de ceux des transformateurs de fréquence de puissance en acier au silicium, qui ne répond pas aux exigences du marché.
Principe du rapport performance-prix. En termes de réduction de la pression de charge sur le réseau électrique, en comparant les contributions des deux transformateurs de fréquence industrielle, il apparaît clairement que le rôle du transformateur de fréquence industrielle en alliage amorphe à base de fer est très évident. Prenons l'exemple d'un transformateur triphasé de 50Hz, 315 kVA : lors de l'utilisation d'un noyau en acier au silicium, la perte à vide est de 0,48 KW, et lorsque le facteur de charge est de 80 %, la la perte est de 3,65 kW ; lors de l'utilisation d'un noyau en alliage amorphe à base de fer, la perte à vide est de 0,28 kW. Lorsque le taux de charge est de 80 %, la perte est de 1,35 kW. Il ressort des données ci-dessus qu'un transformateur de 315 KVA avec un noyau en alliage amorphe peut avoir 40 à 60 % de pertes en moins qu'un noyau en acier au silicium sans charge ni charge. En un an, cela peut économiser environ 10 000 kilowattheures d'électricité pour le réseau électrique, tout en réduisant le facteur de charge du réseau électrique et en réduisant les coûts d'exploitation des lignes.
8) Les caractéristiques remarquables des transformateurs à noyaux en alliage amorphe sont l’économie d’énergie et la protection de l’environnement. Tout d'abord, en termes de protection de l'environnement, des tests techniques ont montré que lorsque des noyaux de fer en alliage amorphe sont utilisés dans des transformateurs immergés dans l'huile, ils peuvent réduire efficacement les émissions de gaz nocifs tels que le CO, le SO, le NO, etc., et réduire le degré de pollution de l'air, on peut donc le considérer comme l'un des produits énergétiques les plus importants du 21e siècle. de « produits verts ». Deuxièmement, la caractéristique la plus importante des transformateurs en alliage amorphe est que la perte à vide est très faible et que l'effet d'économie d'énergie est évident. Étant donné que les matériaux en alliage amorphe ont une perméabilité magnétique supérieure, ils sont plus faciles à magnétiser ou démagnétiser avec très peu de consommation d'énergie. Par conséquent, la perte à vide des transformateurs en alliage amorphe est bien inférieure à celle des transformateurs traditionnels. En prenant comme exemple le transformateur en alliage amorphe de 500 kVA produit par SEC (American Superconducting Energy Company), les pertes à vide du transformateur en alliage amorphe et du transformateur S9 sont respectivement de 190 W et 900 W. La perte à vide du transformateur en alliage amorphe ne représente qu'environ 20 % de celle du transformateur S9, et l'effet d'économie d'énergie est très significatif. Pour les zones présentant de grandes fluctuations de charge de puissance, telles que les autoroutes, les infrastructures urbaines et les zones résidentielles, les avantages en matière d'économie d'énergie des transformateurs en alliage amorphe sont plus évidents. Grâce à l'effet d'économie d'énergie significatif, une grande quantité d'investissement dans les centrales électriques peut être économisée, la consommation de carburant pour la production d'électricité peut être réduite, réduisant ainsi la pollution de l'environnement atmosphérique. Le coefficient de magnétostriction de l'alliage amorphe à base de fer est élevé, 3 à 5 fois celui de l'acier au silicium. Par conséquent, le bruit du transformateur de fréquence de puissance en alliage amorphe à base de fer représente 120 % du bruit du transformateur de fréquence de puissance en acier au silicium, qui est 3 à 5 dB plus grand.
Conclusion : De l’analyse ci-dessus, il ressort que l’alliage amorphe présente de nombreux avantages. En tant que nouveau type de matériau à perméabilité magnétique, il présente des avantages que les matériaux traditionnels en acier au silicium ne peuvent égaler et offre de larges perspectives de marché. Au milieu des appels à la protection de l'environnement et à la conservation de l'énergie, les transformateurs en alliage amorphe deviendront sûrement le courant dominant des nouveaux transformateurs.