MX2008011091A

MX2008011091A - Transformador amorfo para el suministro de energia electrica.

Info

Publication number: MX2008011091A
Application number: MX2008011091A
Authority: MX
Inventors: Kazuyuki Fukui; Koji Yamashita; Yuichi Ogawa; Masamu Naoe
Original assignee: Hitachi Ind Equipment Sys
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-12-16
Also published as: CN102208257B; EP1990812B1; CN101395682A; TWI359428B; BRPI0708317A2; TW200746190A; EP1990812A1; US20110203705A1; WO2007099931A1; EP1990812A4; KR101079422B1; US20090189728A1; BRPI0708317B8; TW201207870A; CN101395682B; CA2644521C; JP2007234714A; JP4558664B2; CN102208257A; CA2644521A1

Abstract

La invención proporciona un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica que utiliza un núcleo magnético formado de un material de aleación amorfa, el cual tiene una menor temperatura de templado y un mayor nivel de propiedades magnéticas, cuando se le compara con el material de aleación amorfa convencional. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica se proporciona con un núcleo magnético de una banda delgada de una aleación amorfa y un alambre devanado. El núcleo de hierro ha sido templado bajo ciertas condiciones en las que la parte central del núcleo de hierro tiene una temperatura de 300 a 340 ºC y un tiempo de espera no menor a 0.5 horas, durante el templado, después del moldeo del núcleo de hierro. Además, para el núcleo de hierro la intensidad del campo magnético no es menor a 800 A/m, durante el templado, después del moldeo del núcleo de hierro.

Description

TRANSFORMADOR AMORFO PARA EL SXJMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un transformador que contiene un núcleo de hierro compuesto por una banda delgada de aleación amorfa y un devanado, y particularmente a un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica caracterizado por el material del núcleo de hierro y el tratamiento de templado del núcleo de hierro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Convencionalmente , un transformador amorfo utiliza una aleación amorfa con un núcleo de hierro de material conocido. En este transformador amorfo, las bandas metálicas delgadas de aleación amorfa son laminadas y dobladas en forma de U, y ambos extremos de las bandas metálicas delgadas de aleación amorfa se enciman o sobreponen para proporcionar un núcleo de hierro devanado, y la pérdida de hierro puede ser menor que aquella de los transformadores que usan hojas convencionales de metal electromagnético. Sin embargo, en la estructura del núcleo devanado de hierro, ocurre una tensión que disminuye las propiedades magnéticas cuando el material es doblado. Por lo tanto, es necesario someter el núcleo de hierro a un tratamiento de templado en un campo magnético para evitar la tensión y mejorar las propiedades magnéticas anteriores. Al realizar el tratamiento de templado, comienza de nuevo la cristalización dentro del material, lo que resulta en una tendencia a la fragilidad. Esto no aplica solamente a las aleaciones amorfas, sino también a las hojas de metal electromagnético. En este momento, las condiciones del templado tienen una conexión con la composición de la aleación, y para el Metglas ® 2605SA1 de un material convencional, el templado se lleva a cabo a una temperatura de más de 330 °C durante 30 minutos ó más. Además, en el Documento de Patente 1, las condiciones de templado se determinan usando una fórmula original . Documento de Patente 1: JP-A-58-34162 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Problema a ser resuelto por la Invención. Una aleación amorfa con una composición diferente a aquella de los materiales convencionales comunes, donde la aleación amorfa puede proporcionar una alta densidad de flujo de saturación magnética y una menor pérdida, se ha desarrollado por uno de los solicitantes de esta solicitud, y esta invención ha sido presentada como la solicitud de patente No. 2005-62187 (Solicitud de Patente Japonesa) . En la solicitud de patente para este nuevo material, se describe principalmente la composición, y no se detalla la descripción de las condiciones de templado. Sin embargo, la composición del nuevo material es diferente que aquella de los materiales convencionales comunes. En estas las circunstancias, existe una posibilidad de que el tratamiento de templado de la aleación amorfa anterior sea diferente a los tratamientos de templado convencionales . Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es el seleccionar las condiciones óptimas de templado para el nuevo material y proporcionar un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica con menor perdida que los transformadores que usan aleaciones convencionales comunes.

Medios para solucionar el problema La presente invención es un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica que contiene un núcleo de hierro compuesto por una banda delgada de aleación amorfa y un devanado, en el que el núcleo de hierro ha sido sujeto a un tratamiento de templado, en el que la temperatura de la porción central del núcleo de hierro durante el templado es de 300 a 340 °C, después de que el núcleo de hierro ha sido formado, y el tiempo del proceso es de 0.5 horas o más. Además, en el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, la intensidad del campo magnético del núcleo de hierro de la presente invención, durante el templado, después de que se forma el núcleo de hierro, es de 800 A/m o más. Adicionalmente , la banda delegada de aleación morfa de la presente invención contiene preferentemente una aleación amorfa compuesta de una composición de aleación expresada como FeaSibBcCd (Fe: hierro, Si: silicio, B: boro, y C; carbono) en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 < a < 83%, 0 < b < 5%, 12 < c < 18%, y 0.01 < d < 3%, y de una impureza inevitable. La banda delgada de aleación amorfa con esta composición tiene un alto Bs (es decir, densidad de flujo de saturación magnética) y una propiedad excelente de cuadratura, de modo que aunque la temperatura de templado sea baja, puede proveerse un núcleo magnético con propiedades superiores a aquellas de los materiales convencionales. Una banda delgada de material amorfo, en la cual es preferible para la banda delgada de aleación amorfa del transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, que el valor pico de la concentración de distribución de C se encuentre en una profundidad dentro del rango de 2 a 20 nm, cuando la concentración de la distribución de C es medida a partir de la superficie libre y la superficie doblada hasta el interior de la banda delegada de aleación amorfa. Las razones para limitar la composición serán descritas más adelante. De aquí en adelante, el símbolo "%" expresará el porcentaje atómico.

Sí el símbolo "a", que representa la cantidad de Fe, es menor al 80%, no se obtendrá la densidad del flujo de saturación magnética con el material del núcleo de hierro. Además, sí "a" es mayor al 83%, la estabilidad térmica disminuye, y por lo tanto no puede ser producida una banda delegad de aleación amorfa. En vista de las circunstancias, se prefiere un rango de 80 = a = 83%. Adicionalmente, 50% o menos de la cantidad de Fe puede ser sustituido por uno ó dos de Co y Ni . La cantidad de sustitución es preferible de 40% o menos para el Co y 10% o menos para el Ni para obtener una alta densidad de flujo de saturación magnética. Con respecto al símbolo "b" , que representa la cantidad de Si, el cual es un elemento que contribuye a una habilidad de formación amorfa, es preferible un 5% o menos para mejorar una densidad de saturación de flujo magnético. Con respecto al símbolo "c" , que representa la cantidad de B, el cual contribuye adicionalmente a una habilidad de formación amorfa. Sí "c" es menor al 80%, la estabilidad térmica se decrementa. Aun cuando "c" es mayor al 18%, no existe un efecto en la mejora, como se observa en la habilidad de formación amorfa. Además, "c" es preferiblemente un 12% o más para mantener la estabilidad térmica de la característica amorfa con una alta densidad de saturación de flujo magnético. C es eficaz para mejorar la cuadratura y la densidad de saturación del flujo magnético. Sin embargo, sí el símbolo "d" , que representa la cantidad de C, es menor al 0.01%, el efecto es poco. Sí "d" es mayor al 3%, aparece la fragilidad, y disminuye la estabilidad térmica. También, de un 0.01 a un 5% de uno ó más elementos de Cr, Mo, Zr, Hf y Nb puede ser incluidos, y un 0.05% o menos de por lo menos uno ó más elementos de Mn, S, P, Sn, Cu, Al, y Ti puede ser incluido como una impureza inevitable. Adicionalmente , en el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, el símbolo "b" , que representa la cantidad de Si en porcentaje atómico, y el símbolo wd" , que representa la cantidad de C, satisfacen la relación de b = (0.5 x a - 36) x d1/3 en la banda delgada de aleación amorfa de la presente invención. Además, la presente invención es el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica en el que una densidad de saturación del flujo magnético de la banda delgada de aleación amorfa, después del templado, es de 1.60 T ó más . La presente invención es el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en el que la densidad de flujo magnético del núcleo de hierro, en un campo magnético externo de 80 A/m, después del templado, es de 1.55 T ó más.

Adicionalmente, la presente invención es el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en el cual la densidad del flujo magnético del núcleo de hierro, después del templado, es de 1.4 T, y el hierro pierde W1 50 de una muestra toroidal del núcleo de hierro, a una frecuencia de 50 Hz, es de 0.28 /kg ó menos. Además, la presente invención es el transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en el que la tensión de fractura e del núcleo de hierro, después del templado, es de 0.020 ó más.

Ventajas de la invención En conformidad con la presente invención, para una aleación amorfa con una composición de FeSiBC (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono), diferente a aquella de los materiales convencionales comunes, en la cual la aleación amorfa tiene una alta densidad de saturación de flujo magnético y una menor pérdida, puede proveerse un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica con un núcleo magnético con propiedades superiores a aquellas de los materiales convencionales, aún cuando la temperatura de templado sea menor.

MEJOR MÉTODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN Será descrita la mejor manera para llevar a cabo la presente invención.

Serán descritos los ejemplos de los transformadores amorfos para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con la presente invención, usando las figuras.

Ejemplo 1 Será descrito el Ejemplo 1. Un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con este ejemplo, contiene un núcleo de hierro, en el cual las bandas de metal delgado de aleación amorfa son laminadas y dobladas en forma de U y ambos extremos de las bandas de metal delgado de aleación amorfa se enciman o sobreponen; y un devanado . Una banda delgada de aleación amorfa, usada para el núcleo de hierro de este ejemplo, contiene una aleación amorfa compuesta por una composición de aleación expresada como FeaSibBcCd (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono) , en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 < a < 83%, 0 < b < 5%, 12 < c < 18%, y 0.01 < d < 3%, y de una impureza inevitable. Cuando la concentración de la distribución de C es medida a partir de la superficie libre y la superficie doblada hasta el interior de la banda delegada de aleación amorfa, el valor pico de la concentración de distribución de C se encuentra en una profundidad en el rango de 2 a 20 nm. Se realiza el templado, con la temperatura de la porción central del núcleo de hierro de 320 ± 5 °C y un tiempo espera de 60 ± 10 minutos durante el templado, después de que se da forma al núcleo de hierro. La intensidad del campo magnético durante el templado, después de que se da forma al núcleo de hierro, es de 800 A/m ó más. En la banda delgada de aleación amorfa de este ejemplo, "b" representa la cantidad de Si en porcentaje atómico y "d" representa la cantidad de C que satisface de manera preferible la relación de b = (0.5 x a - 36) x d1/3. Como se muestra en la Figura 4, la cantidad de C depende de algún grado de relajación de la tensión, pero al decrementar b/d con respecto a una cantidad constante de C, se provee de una composición con un alto grado de relajación de la tensión y una alta densidad de saturación del flujo magnético, la cual es más apropiada para el material de un transformador de energía eléctrica. Además, se suprime la fragilidad y la disminución de la estabilidad térmica, lo cual ocurre cuando se añade una alta cantidad de C. La densidad del flujo magnético del núcleo de hierro de este ejemplo en un campo magnético externo de 80 A/m, después del templado, es de 1.55 T ó más. Además, la densidad del flujo magnético del núcleo de hierro de este ejemplo, después del templado, es de 1.4 T, y la pérdida de hierro W14/50 de una muestra toroidal del núcleo de hierro de este ejemplo, en una frecuencia de 50 Hz, es de 0.28 W/kg ó menos. La tensión de fractura e del núcleo de hierro, después del templado, es de 0.020 ó más. Serán descritas las condiciones de templado del núcleo de hierro del transformador amorfo de este ejemplo. Se usó como el núcleo de hierro del ejemplo una aleación amorfa compuesta por una composición de aleación expresada por FeaSibBcCd (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono) en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 = a = 83%, 0 < b = 5%, y 12 = c = 18%. También, como un ejemplo comparativo, se usó una aleación amorfa compuesta por una composición de aleación expresada por FeaSibBcCd (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono) en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 = a = 83%, 0 < b = 5%, 12 = c = 18%, y 0.01 = d = 3%, y de una impureza inevitable. El tratamiento de templado fue realizado bajo diferentes condiciones. El tiempo de templado fue de 1 hora. En la Fig. 1, el eje horizontal es la temperatura de templado, y el eje vertical es una fuerza de sujeción (He) obtenida después del tratamiento. En la Figura 2, el eje horizontal es la temperatura de alineación, y el eje vertical es una densidad de flujo magnético obtenida cuando la fuerza de magnetización, durante el templado, es de 80 A/m, la cual es referida como B80. Para ambas aleaciones amorfas usadas un el núcleo de hierro del ejemplo y el núcleo de hierro del ejemplo comparativo, las propiedades magnéticas obtenidas cambian en conformidad con las condiciones de templado. Para la aleación amorfa de este ejemplo, en comparación con la aleación amorfa del ejemplo comparativo, la fuerza de sujeción (He) puede ser menor aun cuando la temperatura de templado es baja. Para la aleación amorfa del ejemplo, una temperatura de templado de 300 a 340 °C es preferible, y particularmente una temperatura de templado dentro del rango de 300 a 330 °C es más preferible. También, para la aleación amorfa del ejemplo, en comparación con la aleación amorfa del ejemplo comparativo, B80 puede ser mayor, y por otra parte, las buenas propiedades magnéticas pueden ser obtenidas aun cuando la temperatura de templado es baja. Para la aleación amorfa de este ejemplo, una temperatura de templado de 310 a 340 °C es preferible. Por lo tanto, para la aleación amorfa del ejemplo, la temperatura de templado es preferible de 310 a 330 °C, para que ambas propiedades magnéticas sean buenas. Esta temperatura de templado es menor que aquella de la aleación amorfa en el ejemplo comparativo por alrededor de 20 a 30 °C. La disminución de la temperatura de templado conlleva a la disminución del consumo de energía usada en el tratamiento de templado, y por consiguiente, la aleación amorfa del ejemplo es también excelente a este respecto. Para la aleación amorfa del ejemplo comparativo, no se obtienen buenas propiedades magnéticas con esta temperatura de templado. Además, el tiempo de templado es de 0.5 horas ó más, de manera preferible. Sí el tiempo de templado es menor a 0.5 horas, no pueden ser obtenidas las propiedades suficientes. También, sí el tiempo de templado es mayor a 150 minutos, las propiedades no pueden ser obtenidas, en conformidad con la energía consumida. De manera particular, el tiempo de templado es preferible de 40 a 100 minutos, y de manera más preferible de 50 a 70 minutos. La Figura 3 muestra la propiedad (pérdida de hierro) del transformador con el núcleo de hierro de la aleación amorfa del ejemplo, lo cual es el resultado de las diferentes condiciones de templado en conformidad con cinco patrones, de A a E. Aquí, los patrones C y D son ejemplos que utilizan el mismo material que aquel del ejemplo comparativo anterior o un material cercano a aquel del ejemplo comparativo anterior, y la pérdida de hierro de ambos patrones es peor que aquella de los patrones A y B, de los cuales puede decirse que tienden a lo mismo que se confirmó en la Figura 1. Los patrones A y B son ejemplos en los que la intensidad del campo magnético aplicada durante el templado es modificada por comparación. Se encontró que la pérdida de hierro casi no se modifica aunque se aplique una intensidad de campo magnético de 800 A/m ó más. Sin embargo, es necesario hacer fluir mucha corriente en el patrón B, y por lo tanto las condiciones óptimas de templado son el patrón A. Además, se ha encontrado que la pérdida de hierro aumenta en una intensidad de campo magnético aplicada menor a 800 A/m. También, se ha encontrado que aunque la pérdida de hierro en el patrón E es ligeramente inferior que en el patrón A, el patrón E es apropiado para las condiciones de templado.

Ejemplo 2 A continuación será descrito el Ejemplo 2. El transformador amorfo de este Ejemplo 2 difiere del Ejemplo 1 en el material de la banda delgada de aleación amorfa. La banda delgada de aleación amorfa del Ejemplo 2 contiene una aleación amorfa compuesta de una composición de aleación expresada por FeaSibBcCd (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono), en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 < a < 83%, 0 < b < 5%, 12 < c < 18%, y 0.01 < d < 3%, y una impureza inevitable. La densidad de saturación del flujo magnético de la banda delgada de aleación amorfa el Ejemplo 2, después del templado, es de 1.60 T ó más. Otros valores numéricos diferentes a estos son similares a aquellos del Ejemplo 1. Las propiedades magnéticas y las propiedades semejantes que corresponden a las condiciones de templado también fueron sustancialmente similares a aquellas del Ejemplo 1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una ilustración que explica las condiciones de templado y la propiedad magnética 1 del material desarrollado en el Ejemplo 1. La Figura 2 es una ilustración que explica las condiciones de templado y la propiedad magnética 2 del material desarrollado en el Ejemplo 1. La Figura 3 es una ilustración que explica las condiciones de templado y la propiedad magnética del transformador amorfo que contiene el núcleo de hierro del material desarrollado en el Ejemplo 1. La Figura 4 es una ilustración que explica la relación entre b, que representa la cantidad de Si, y d, que representa la cantidad de C, y la relación entre estos y el grado de relajación de la tensión y la tensión de fractura.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, caracterizado porque incluye un núcleo de hierro que incluye una banda delgada de aleación amorfa y un devanado, en el que el núcleo de hierro está sujeto a un tratamiento de templado en el cual una temperatura de una porción central del núcleo de hierro, durante el templado, después de ser formado el núcleo de hierro, es de 300 a 340 °C y un tiempo de espera es de 0.5 horas ó más.

2. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una fuerza de campo magnético del núcleo de hierro es de 800 A/m ó más, durante el templado, después de que el núcleo de hierro es formado

3. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la banda delgada de aleación amorfa incluye una aleación amorfa que incluye una composición de la aleación expresada como FeaSibBcCd (Fe: Hierro, Si: Silicio, B: Boro, y C: Carbono), en la que los rangos en porcentaje atómico son de 80 < a < 83%, 0 < b < 5%, 12 < c < 18%, y 0.01 = d = 3%, y una impureza inevitable.

4. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque en la composición de la aleación de la banda delgada de aleación amorfa, b representa la cantidad de Si en porcentaje atómico, y d representa la cantidad de C, que satisfacen la relación de b = (0.5 x a - 36) x d1/3.

5. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque una densidad de saturación del flujo magnético de la banda delgada de aleación amorfa, después del templado, es de 1.60 T ó más.

6. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cuando se mide una concentración de la distribución de C a partir de una superficie libre y una superficie doblada hacia dentro de la banda delgada de aleación amorfa, un valor pico de la concentración de la distribución de C se encuentra en una profundidad dentro del rango de 2 a 20 nm.

7. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una densidad del flujo magnético del núcleo de hierro, en un campo magnético externo de 80 A/m, después del templado, es de 1.55 T ó más.

8. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una densidad del flujo magnético del núcleo de hierro, después del templado, es de 1.4 T, y la pérdida de hierro Wi4/50 de una muestra toroidal el núcleo de hierro, en una frecuencia de 50 Hz, es de 0.28 W/kg ó menos.

9. El transformador amorfo para el suministro de energía eléctrica, en conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una tensión de fractura e del núcleo de hierro, después del templado, es de 0.020 ó más.