RU2746430C1 - Железный сердечник трансформатора - Google Patents

Железный сердечник трансформатора Download PDF

Info

Publication number
RU2746430C1
RU2746430C1 RU2020135637A RU2020135637A RU2746430C1 RU 2746430 C1 RU2746430 C1 RU 2746430C1 RU 2020135637 A RU2020135637 A RU 2020135637A RU 2020135637 A RU2020135637 A RU 2020135637A RU 2746430 C1 RU2746430 C1 RU 2746430C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
domains
region
grain
oriented electrical
electrical steel
Prior art date
Application number
RU2020135637A
Other languages
English (en)
Inventor
Такэси ОМУРА
Хиротака ИНОЭ
Сэйдзи ОКАБЭ
Original Assignee
ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН filed Critical ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Application granted granted Critical
Publication of RU2746430C1 publication Critical patent/RU2746430C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1294—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a localized treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/16—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2201/00—Treatment for obtaining particular effects
    • C21D2201/05—Grain orientation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/32—Composite [nonstructural laminate] of inorganic material having metal-compound-containing layer and having defined magnetic layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в подавлении магнитострикционной вибрации железного сердечника за счет взаимной интерференции для уменьшения уровня шума трансформатора. По меньшей мере один из множества листов текстурированной электротехнической стали железного сердечника трансформатора, уложенных в стопку, имеет: 1) область, в которой замыкающие домены формируются в направлении, пересекающем направление прокатки, и область, в которой замыкающие домены не формируются; 2) относительную площадь R0 от 0,10 до 3,0%, причем относительная площадь R0 определяется как отношение S0 к S; 3) относительную площадь R1a, составляющую 50% или более, причем относительная площадь R1a определяется как отношение S1a к S1, где S – площадь листа, S1 – площадь области, в которой формируются замыкающие домены, S0 – площадь области, в которой не формируются замыкающие домены, а S1a – площадь зоны, которая находится в области формирования замыкающих доменов и в которой величина расширения в точке максимальной деформации, когда проводится намагничивание в направлении прокатки, с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц, по меньшей мере на 2 × 10-7 больше, чем величина расширения в области, в которой не формируются замыкающие домены. 2 з.п. ф-лы, 10 табл., 14 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к железному сердечнику трансформатора, изготовленному из уложенных в стопку листов текстурированной электротехнической стали, и конкретно относится к железному сердечнику трансформатора, магнитострикционная вибрация которого может быть уменьшена для подавления шума трансформатора.
Уровень техники
Традиционно изучались различные методы снижения уровня шума, создаваемого трансформаторами. В частности, железные сердечники являются источниками шума даже в ненагруженном состоянии. Соответственно, для снижения уровня шума был разработан ряд технологий изготовления железных сердечников и листов из текстурированной электротехнической стали, используемых в железных сердечниках.
Основной причиной шума является магнитострикция листов текстурированной электротехнической стали и возникающая в результате нее вибрация железных сердечников. Соответственно, были предложены разнообразные методы подавления вибрации железных сердечников.
Например, в каждом их документов JP 2013-087305 A (PTL 1) и JP 2012-177149 A (PTL 2) предлагается метод подавления вибрации железного сердечника путем прослаивания листов текстурированной электротехнической стали полимером или демпфирующим стальным листом.
В каждом из документов JP H03-204911 A (PTL 3) и JP H04-116809 A (PTL 4) предлагается метод подавления вибрации железного сердечника путем укладки в стопку двух типов стальных листов, имеющих разную магнитострикцию.
В документе JP 2003-077747 A (PTL 5) предлагается метод подавления вибрации железного сердечника посредством скрепления уложенных листов текстурированной электротехнической стали. В документе JP H08-269562 A (PTL 6) предлагается метод уменьшения амплитуды магнитострикции путем создания в стальном листе небольших внутренних напряжений.
Перечень цитируемых документов
Патентная литература
PTL 1: JP 2013-087305 A
PTL 2: JP 2012-177149 A
PTL 3: JP H03-204911 A
PTL 4: JP H04-116809 A
PTL 5: JP 2003-077747 A
PTL 6: JP H08-269562 A
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Способы, описанные в документах PTL 1 – PTL 6, как полагают, обеспечивают определенный эффект уменьшения магнитострикции или уменьшения вибрации железного сердечника, однако имеют ряд недостатков.
При применении способа, заключающегося в прослаивании стальных листов полимером или демпфирующим стальным листом, как предложено в документах PTL 1 и PTL 2, размер железного сердечника увеличивается.
В способе, в котором используются два типа стальных листов, как предложено в документах PTL 3 и PTL 4, необходимо строго контролировать укладываемые в стопку стальные листы. Это усложняет процесс изготовления железного сердечника и снижает производительность.
Процесс скрепления стальных листов между собой, как предложено в документе PTL 5, является времязатратным. Кроме того, существует вероятность приложения неравномерной нагрузки к стальным листам, что может ухудшить магнитные свойства.
С помощью способа, предложенного в документе PTL 6, амплитуда магнитострикции может быть уменьшена, однако магнитострикционная волнообразная деформация увеличивается, что приводит к увеличению шума, вызванного магнитострикционной гармоникой. Таким образом, эффект подавления шума является слабым.
Таким образом, для уменьшения вибрации железного сердечника и уменьшения уровня шума трансформатора является целесообразным использование механизма, отличного от традиционных способов.
Решение проблемы
В результате тщательных исследований авторы настоящего изобретения впервые обнаружили, что при использовании двух или большего количества стальных листов, отличающихся по магнитострикционным свойствам, можно подавить магнитострикционную вибрацию железного сердечника за счет взаимной интерференции и, таким образом уменьшить уровень шума трансформатора.
Настоящее изобретение основано на описанных выше исследованиях. В настоящем изобретении предлагается:
1. Железный сердечник трансформатора, содержащий множество листов текстурированной электротехнической стали, уложенных в стопку, причем по меньшей мере один из множества листов текстурированной электротехнической стали: (1) имеет область, в которой замыкающие домены формируются в направлении, пересекающем направление прокатки, и область, в которой замыкающие домены не формируются; (2) имеет относительную площадь R0 , определяется как отношение S0 к S, составляющую от 0,10% до 3,0%, и (3) относительную площадь R1a, определяемую как отношение S1a к S1, составляющую 50% или более, где S – площадь листа текстурированной электротехнической стали, S1 – площадь области, в которой формируются замыкающие домены, S0 – площадь области, в которой не формируются замыкающие домены, а S1a – площадь зоны, которая находится в области формирования замыкающих доменов и в которой величина расширения в точке максимальной деформации, когда проводится намагничивание в направлении прокатки, с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц, по меньшей мере на 2х10-7 больше, чем величина расширения в области, в которой не формируются замыкающие домены.
2. Железный сердечник трансформатора по п. 1, в котором угол замыкающих доменов относительно направления прокатки составляет от 60° до 90°.
3. Железный сердечник трансформатора по п. 1 или 2, в котором интервал между замыкающими доменами в направлении прокатки составляет от 3 мм до 15 мм.
Благоприятный эффект
Согласно настоящему изобретению, вибрация железного сердечника может быть уменьшена и уровень шума трансформатора может быть снижен за счет использования механизма, отличающегося от традиционных методов.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах:
фиг. 1 – график, иллюстрирующий в качестве примера характер расширения и сжатия листа текстурированной электротехнической стали, намагничиваемого с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой перемагничивания 50 Гц;
фиг. 2 – схематическое изображение листа текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника, применяемого в эксперименте 1;
фиг. 3 – график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов (эксперимент 1);
фиг. 4 – график зависимости потерь в сердечнике (Вт/кг) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов (эксперимент 1);
фиг. 5 – схематическое изображение листа текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника, применяемого в эксперименте 2;
фиг. 6 – схематическое изображение листа текстурированной электротехнической стали, используемого в качестве сравнительного в эксперименте 2;
фиг. 7 – график, иллюстрирующий характер расширения и сжатия, когда лист текстурированной электротехнической стали намагничивается в условиях максимальной магнитной индукции 1,7 Тл и с частотой 50 Гц (эксперимент 2);
фиг. 8 – график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от разности величин расширения (эксперимент 2);
фиг. 9 – схематическое изображение листа текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника, применяемого в эксперименте 3;
фиг. 10 – график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов в диапазоне от 0% до 100% (эксперимент 3);
фиг. 11 – график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов, для диапазона от 0% до 1% (эксперимент 3);
фиг. 12 – график зависимости потерь в сердечнике (Вт/кг) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов, для диапазона от 0% до 100% (эксперимент 3);
фиг. 13 – график зависимости потерь в сердечнике трансформатора (Вт/кг) от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов, для диапазона от 0% до 10% (эксперимент 3);
фиг. 14 – схематическое изображение вариантов областей формирования замыкающих доменов в листах текстурированной электротехнической стали согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
Прежде всего, будет описываться магнитострикция листа текстурированной электротехнической стали.
На фиг. 1 представлен график, иллюстрирующий в качестве примера характер расширения и сжатия листа текстурированной электротехнической стали в направлении прокатки, когда лист текстурированной электротехнической стали намагничивается в направлении прокатки, с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц.
Расширение и сжатие стального листа обычно вызывается увеличением или уменьшением магнитных доменов, называемых дополнительными магнитными доменами, которые имеют компоненты, вытянутые в направлении, перпендикулярном поверхности стального листа, и имеют самопроизвольную намагниченность в направлении <100><010>. Соответственно, одним из возможных методов уменьшения расширения и сжатия стального листа в направлении прокатки является подавление образования дополнительных магнитных доменов. Образование дополнительных магнитных доменов может быть подавлено уменьшением угла отклонения между направлением прокатки и осью [001]. Тем не менее, существует предел уменьшения угла отклонения.
В связи с этим авторы изучили другой метод подавления расширения и сжатия всего железного сердечника. В частности, по меньшей мере в одном из листов текстурированной электротехнической стали, составляющих железный сердечник, создают области, отличающиеся по магнитострикционным свойствам, чтобы за счет взаимной интерференции между указанными областями подавить расширение и сжатие всего железного сердечника. В качестве средства регулирования магнитострикционных свойств был использован способ формирования замыкающих доменов в направлении, пересекающем направление прокатки. Поскольку замыкающие домены расширяются в направлении, ортогональном направлению прокатки, формирование и исчезновение замыкающих доменов вызывают изменения, то есть сжатие и расширение стального листа в направлении прокатки.
Ниже описываются эксперименты, проведенные для изучения снижения уровня шума трансформатора указанным способом.
Эксперимент 1
Во-первых, в железном сердечнике трансформатора, полученном путем укладки листов текстурированной электротехнической стали, подвергнутых обработке для измельчения магнитных доменов, было изучено, как наличие области, в которой не формируются замыкающие домены, влияет на уровень шума трансформатора.
На фиг. 2 схематически показан лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника и расположение замыкающих доменов, сформированных в листе текстурированной электротехнической стали. Полосообразная область 10 формирования замыкающих доменов, продолжающаяся от одного конца к другому концу в направлении прокатки листа 1 текстурированной электротехнической стали, была создана на обоих концевых участках листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении ширины (ортогональном направлению прокатки). Область 20 (область без замыкающих доменов), в которой не формировались замыкающие домены, была образована на участке, отличном от области 10 формирования замыкающих доменов, созданной на концевых участках листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении ширины, и продолжающейся от одного конца до другого конца листа в направлении прокатки листа 1 текстурированной электротехнической стали.
Лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника трансформатора изготавливали согласно следующей процедуре. Сначала типичный лист текстурированной электротехнической стали, имеющий толщину 0,27 мм и не подвергнутый обработке для измельчения магнитных доменов, разрезали для получения ширины 100 мм в направлении, ортогональном направлению прокатки, и затем обрабатывали для скашивания кромок. При срезе листа текстурированной электротехнической стали для получения скошенных кромок, поверхность стального листа облучали лазером на входной стороне линии реза, чтобы создать область 10 формирования замыкающих доменов. Проводили линейное лазерное сканирование в направлении, ортогональном направлению прокатки, как показано на фиг. 2. Лазерное облучение проводили с интервалом (интервал между линиями облучения) 4 мм в направлении прокатки. В результате лазерного облучения в каждом месте, облученном лазером, создавалась линейная деформация 11.
Другие условия лазерного облучения:
- лазер: импульсный лазер с модулированной добротностью;
- мощность: 3,5 мДж/импульс;
- интервал между импульсами (шаговый интервал): 0,24 мм.
Здесь интервал между импульсами обозначает расстояние между центрами соседних точек облучения.
Для исследования факторов, влияющих на магнитострикционные свойства, при изготовлении листов текстурированной электротехнической стали были созданы отдельные области 20 без замыкающих доменов в направлении, ортогональном направлению прокатки, имеющие ширину X, варьируемую в диапазоне от 0 мм до 50 мм. При исследовании замыкающих доменов методом Биттера с использованием устройства магнитной визуализации (MV-95, изготовленного Sigma Hi-Chemical, Inc.) было установлено, как и предполагалось, что замыкающие домены формировались на участке, на котором создавалась деформация. То есть линейно вытянутые замыкающие домены формировались в области 10 формирования замыкающих доменов. Угол замыкающих доменов относительно направления прокатки составлял 90°, а интервал между замыкающими доменами в направлении прокатки составлял 4 мм.
Затем полученные листы 1 текстурированной электротехнической стали укладывали в стопку для формирования железного сердечника, предназначенного для трансформатора номинальной мощности 1000 кВА. Оценивали уровень шума и потери для каждого изготовленного трансформатора, намагничиваемого при условиях: максимальная индукция 1,7 Тл и частота перемагничивания 50 Гц.
На фиг. 3 показан график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области 20 без замыкающих доменов. Здесь относительная площадь R0 области 20 без замыкающих доменов определяется как отношение площади S0 области 20 без замыкающих доменов к площади S используемого листа 1 текстурированной электротехнической стали. Площадь S листа 1 текстурированной электротехнической стали является наибольшей площадью поверхности (главной поверхности) листа, в которой созданы область 10 формирования замыкающих доменов и область 20 без замыкающих доменов (то есть площадью поверхности листа 1 текстурированной электротехнической стали, показанного на фиг. 2).
По результатам, приведенным на фиг. 3, можно сделать вывод, что при наличии области 20 без замыкающих доменов, даже на небольшом участке поверхности листа, уровень шума трансформатора ниже, чем уровень шума при отсутствии указанной области 20 без замыкающих доменов. Отсутствие области 20 без замыкающих доменов означает, что область 10 формирования замыкающих доменов занимает всю поверхность листа текстурированной электротехнической стали. Обычная измельчающая обработка нетермостойких магнитных доменов приводит к созданию области 10 формирования замыкающих доменов по всей поверхности листа текстурированной электротехнической стали, то есть область 20 без замыкающих доменов отсутствует. Результаты, приведенные на фиг. 3 свидетельствуют о том, что при чрезмерно большой относительной площади R0 области 20 без замыкающих доменов уровень шума трансформатора является высоким.
На фиг. 4 представлен график зависимости потерь в сердечнике (Вт/кг) трансформатора (потерь в железе) от относительной площади R0 (%) области 20 без замыкающих доменов. Область без замыкающих доменов создается за счет уменьшения области, в которой формируются замыкающие домены, то есть области, подвергнутой обработке для измельчения магнитных доменов. Следовательно, когда относительная площадь R0 области без замыкающих доменов увеличивается, потери в сердечнике трансформатора возрастают, как показано на фиг. 4. Однако, по результатам, приведенным на фиг. 4, понятно, что при небольшой относительной площади R0 потери в сердечнике трансформатора увеличиваются весьма незначительно.
Эти результаты показывают, что уровень шума может быть уменьшен без значительного увеличения потерь в железе путем формирования двух областей, отличающихся по магнитострикционным свойствам, то есть области формирования замыкающих доменов и области без замыкающих доменов, в листе из текстурированной электротехнической стали и ограничения относительной площади R0 области без замыкающих доменов определенным диапазоном.
Причина, по которой шум трансформатора был уменьшен при создании области без замыкающих доменов, раскрывается ниже. В области, в которой образуются замыкающие домены, образование и исчезновение замыкающих доменов и исчезновение и образование дополнительных магнитных доменов вызывает расширение и сжатие стального листа. Поскольку в результате намагничивания исчезают замыкающие домены, стальной лист расширяется в направлении прокатки при намагничивании в области формирования замыкающих доменов. Между тем, в области, в которой не формируются замыкающие домены, при исчезновении и формировании дополнительных магнитных доменов регулируется расширение и сжатие стального листа. Поскольку в результате намагничивания формируются дополнительные магнитные домены, стальной лист сжимается в направлении прокатки при намагничивании в области без замыкающих доменов. Таким образом, область формирования замыкающих доменов и область без замыкающих доменов демонстрируют противоположный характер расширения и сжатия. Следовательно, в результате создания в одном стальном листе как области формирования замыкающих доменов, так и области без замыкающих доменов подавляется сжатие всего стального листа, и, таким образом, снижается уровень шума.
Причина незначительного увеличения потерь в сердечнике трансформатора, когда относительная площадь R0 области без замыкающих доменов является небольшой, раскрывается ниже. При испытании магнитных свойств отдельного листа (испытание одиночного листа) для оценки магнитных свойств листа текстурированной электротехнической стали стальной лист намагничивали в направлении прокатки синусоидальной волной и измеряли потери в стали. Соответственно, если даже на небольшом участке присутствует область без замыкающих доменов, то есть область, не подвергнутая измельчению магнитных доменов, потери в железе заметно уменьшаются. С другой стороны, в реальном трансформаторе существуют и другие факторы, приводящие к увеличению потери в железе, помимо наличия области без замыкающих доменов, такие как волнообразная деформация при намагничивании и отклонение направления намагничивания от направления прокатки. Таким образом, в трансформаторе влияние области без замыкающих доменов на потери в железе является относительно небольшим. По этой причине влияние введения области без замыкающих доменов не было таким существенным, как при испытании одного листа.
Эксперимент 2
Затем было изучено влияние формы магнитострикционной кривой в области формирования замыкающих доменов на уровень шума трансформатора. В результате изучения различных параметров было установлено, что уровень шума трансформатора может быть эффективно снижен путем ограничения до определенного диапазона величины сжатия в точке экстремума магнитострикционной кривой при 1,7 Тл и 50 Гц. Указанный эксперимент будет описываться ниже.
На фиг. 5 схематически показан лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника и расположение замыкающих доменов, сформированных в листе текстурированной электротехнической стали. Область 10 формирования замыкающих доменов, продолжающаяся от одного конца до другого конца листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении прокатки, была создана на обоих концевых участках листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении ширины (направлении, ортогональном направлению прокатки). Область, отличная от области 10 формирования замыкающих доменов, представляет собой область 20 (область без замыкающих доменов), в которой не образуются замыкающие домены. Ширина области 20 без замыкающих доменов в направлении, ортогональном направлению прокатки, составляла 15 мм.
Лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника трансформатора изготавливали согласно следующей процедуре. Сначала типичный лист текстурированной электротехнической стали, имеющий толщину 0,23 мм и не подвергнутый обработке для измельчения магнитных доменов, разрезали для получения ширины 150 мм, затем обрабатывали для скашивания кромок. При скашивании кромок листа текстурированной электротехнической стали поверхность стального листа облучали лазером от линии реза, чтобы создать область 10 формирования замыкающих доменов. Проводили линейное лазерное сканирование в направлении ортогональном направлению прокатки, как показано на фиг. 5. Лазерное облучение проводили с интервалом (интервал между линиями облучения) 5 мм в направлении прокатки. В результате лазерного облучения на каждом участке, облучаемом лазером, создавалась линейная деформация 11. При изменении мощности лазера в диапазоне от 100 Вт до 250 Вт было получено множество листов текстурированной электротехнической стали, отличающихся друг от друга величиной сжатия в области формирования замыкающих доменов.
Другие условия лазерного облучения:
- лазер: одномодовый волоконный лазер;
- скорость отклонения: 5 м/сек;
- мощность: от 100 Вт до 250 Вт (см. таблицу 1).
Линейно вытянутые замыкающие домены были сформированы в области 10 формирования замыкающих доменов. Угол замыкающих доменов относительно направления прокатки составлял 90°, а интервал между замыкающими доменами в направлении прокатки составлял 5 мм.
Для сравнения, был получен лист текстурированной электротехнической стали, не имеющий области без замыкающих доменов, в результате формирования замыкающих доменов во всем стальном листе, как показано на фиг. 6.
Для определения магнитострикционных свойств каждого из участков, а именно, участка формирования замыкающих доменов и участка без замыкающих доменов был приготовлен лист текстурированной электротехнической стали, всю поверхность которого облучали лазером, в тех же условиях, что и вышеупомянутый лист текстурированной электротехнической стали, а также был приготовлен лист текстурированной электротехнической стали, который не облучали лазером. С помощью лазерного доплеровского виброметра измеряли величину расширения и сжатия каждого полученного листа текстурированной электротехнической стали при намагничивании в условиях частоты 50 Гц и максимальной магнитной индукции 1,7 Тл. В качестве репрезентативных примеров результаты измерения величины расширения для соответствующих листов текстурированной электротехнической стали, полученных при трех различных условиях лазерного облучения, и листа текстурированной электротехнической стали, не облученного лазером, показаны на фиг. 7 и представлены в таблице 1.
Таблица 1
No. Мощ-ность
(Вт)		 Величина расширения в точке максимальной деформации
(10-7)		 Разность величин расширения
(10-7)
Область без замыкающих доменов Область формирования
замыкающих доменов
1 100 -5 -4 1
2 180 -5 2 7
3 250 -5 3 8
Особое внимание уделяли величине расширения в точке максимальной деформации (точка максимальной деформации), согласно характеру измеренного расширения и сжатия, (далее именуемой просто «величиной расширения»), которая для каждого образца приведена в таблице 1. «Разность величин расширения» (Δλ = λ1 - λ0), которая определяется как разность между величиной расширения (λ1) в области формирования замыкающих доменов и величиной расширения (λ0) в области без замыкающих доменов, также приведена в таблице 1. Величина расширения со знаком минус указывает величину сжатия.
Результаты, представленные на фиг. 7 и в таблице 1, показывают, что в области формирования замыкающих доменов величина расширения в точке максимальной деформации увеличивается с увеличением мощности лазера, то есть наблюдается увеличение величины введенной деформации.
Далее полученные листы 1 текстурированной электротехнической стали укладывали в стопку для формирования железного сердечника, предназначенного для трансформатора номинальной мощности 1200 кВА. Оценивали уровень шума каждого изготовленного трансформатора, намагниченного при максимальной магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц.
На фиг. 8 представлен график зависимости уровня шума трансформатора от разности величин расширения (Δλ) в точке максимальной деформации. Результаты на фиг. 8 показывают, если Δλ равно 2х10-7 или более, уровень шума трансформатора эффективно снижается. Точка на фиг. 8, в которой разность величин расширения равна 0, соответствует измеренному значению для показанного на фиг. 6 листа текстурированной электротехнической стали, не имеющего области без замыкающих доменов.
Эксперимент 3
Затем было изучено влияние относительной площади R0 области без замыкающих доменов на уровень шума трансформатора.
На фиг. 9 схематически показан лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника и расположение замыкающих доменов, сформированных в листе 1 текстурированной электротехнической стали. В листе 1 текстурированной электротехнической стали были созданы две области 10 формирования замыкающих доменов, простирающиеся от одного конца до другого конца листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении прокатки. Области, отличные от областей 10 формирования замыкающих доменов, были областями 20 (областями без замыкающих доменов), в которых не формировались замыкающие домены. Ширина одной из двух областей 20 без замыкающих доменов в направлении, ортогональном направлению прокатки, составляла X, а ширина другой области без замыкающих доменов в направлении, ортогональном направлению прокатки, составляла 2X. Варьируя величину X, получали листы текстурированной электротехнической стали, отличающиеся по относительной площади R0 области без замыкающих доменов (то есть двух областей без замыкающих доменов) в диапазоне от 0% до 100%. Если относительная площадь R0 составляет 0%, это означает, что присутствует только область формирования замыкающих доменов, а область без замыкающих доменов отсутствует. Если относительная площадь R0 составляет 100%, это означает, что присутствует только область без замыкающих доменов, а область формирования замыкающих доменов отсутствует.
Лист 1 текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника трансформатора изготавливали согласно следующей процедуре. Сначала типичный лист текстурированной электротехнической стали, имеющий толщину 0,30 мм и не подвергнутый обработке для измельчения магнитных доменов, разрезали для получения ширины 200 мм в направлении, ортогональном направлению прокатки, и затем обрабатывали для скашивания кромок. При выполнении среза на листе текстурированной электротехнической стали для получения скошенных кромок поверхность стального листа облучали электронным пучком с входной стороны линии реза, чтобы создать область 10 формирования замыкающих доменов. Проводили линейное сканирование электронным пучком в направлении, ортогональном направлению прокатки, как показано на фиг. 9. Облучение электронным пучком проводили с интервалом (интервал между линиями облучения) 4 мм в направлении прокатки. В результате облучения лазерным пучком на каждом участке, облучаемом электронным пучком, создавалась линейная деформация 11.
На основании результатов предварительного исследования задавали ток пучка 2 мА или 15 мА. Как показали результаты эксперимент 2, если разность величин расширения составляет 2х10-7 или более, уровень шума трансформатора эффективно снижается. Для получения требуемой разности величин расширения минимальный ток пучка должен составлять 2 мА. При увеличении тока пучка разность величин расширения дополнительно возрастает. Однако, если облучение проводится при чрезмерной величине тока пучка, деформация стального листа увеличивается, в результате чего стальной лист может стать непригодным в качестве материала железного сердечника. Верхний предел тока пучка, при котором может сохраняться форма стального листа в качестве материала железного сердечника, составляет 15 мА. Следовательно, разность величин расширения в полученном листе текстурированной электротехнической стали составляет 2х10-7 или более, независимо от того, какое из значений тока пучка используется.
Другие условия облучения электронным пучком:
- ускоряющее напряжение: 60 кВ;
- скорость сканирования: 10 м/с.
Линейно вытянутые замыкающие домены были сформированы в области 10 формирования замыкающих доменов. Угол замыкающих доменов относительно направления прокатки составлял 90°, а интервал между замыкающими доменами в направлении прокатки составлял 4 мм.
Полученные листы 1 текстурированной электротехнической стали укладывали в стопку для формирования железного сердечника, предназначенного для трансформатора номинальной мощности 2000 кВА. Оценивали уровень шума и потери в сердечнике каждого изготовленного трансформатора, намагниченного при максимальной магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц.
На фиг. 10 представлен график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов. На фиг. 11 представлен график зависимости уровня шума (дБ) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов в диапазоне от 0% до 1%. То есть на фиг. 11 показан в увеличенном виде участок графика, представленного на фиг. 10. Согласно результатам на фиг. 10 и 11, если относительная площадь R0 составляет 0,10% или более, уровень шума трансформатора может быть эффективно снижен независимо от величины тока пучка, то есть от величины введенной деформации.
На фиг. 12 представлен график зависимости потерь в сердечнике (Вт/кг) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов. Фиг. 13 представлен график зависимости потерь в сердечнике (Вт/кг) трансформатора от относительной площади R0 (%) области без замыкающих доменов в диапазоне от 0% до 10%. То есть фиг. 13 показан в увеличенном виде участок графика, представленного на фиг. 12. Согласно результатам на фиг. 12 и 13, если относительная площадь R0 составляет 3,0% или менее, увеличение потерь в сердечнике трансформатора может быть подавлено независимо от величины тока пучка, то есть независимо от величины введенной деформации.
Согласно представленным результатам, если относительная площадь R0 области без замыкающих доменов составляет 0,10% или более и 3,0% или менее, уровень шума трансформатора может быть снижен при подавлении увеличения потерь в сердечнике трансформатора независимо от величины введенной деформации.
Ниже подробно описываются технологии, использованные в настоящем изобретении. Следующее описание предназначено для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые не следует рассматривать как ограничительные.
Железный сердечник трансформатора
Железный сердечник трансформатора согласно одному из раскрытых вариантов осуществления изобретения представляет собой железный сердечник трансформатора, содержащий множество листов текстурированной электротехнической стали, уложенных в стопку, причем по меньшей мере один из листов текстурированной электротехнической стали удовлетворяет описываемым ниже условиям. Конструкция и прочие характеристики железного сердечника трансформатора не ограничены, то есть сердечник может иметь любую конструкцию и прочие характеристики.
Лист текстурированной электротехнической стали
По меньшей мере один из листов текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника для трансформатора должен иметь область формирования замыкающих доменов и область без замыкающих доменов, которые удовлетворяют описываемым ниже условиям. Область формирования замыкающих доменов и область без замыкающих доменов стального листа отличаются по магнитострикционным свойствам, как упоминалось выше. Если один из листов текстурированной электротехнической стали, используемых в железном сердечнике, имеет участки, отличающиеся друг от друга магнитострикционными свойствами, расширение и сжатие железного сердечника могут быть подавлены, и может быть снижен уровень шума трансформатора. При этом остальные листы текстурированной электротехнической стали в железном сердечнике могут быть любыми.
Лист текстурированной электротехнической стали, применяемый в качестве материала железного сердечника, обрабатывается до требуемого размера. Даже в случае, когда лист текстурированной электротехнической стали (исходный лист) перед обработкой имеет область формирования замыкающих доменов и область без замыкающих доменов, лист текстурированной электротехнической стали может в конечном итоге иметь только одну из областей, а именно область формирования замыкающих домена или область без замыкающих доменов в зависимости от того, из какой части исходного листа вырезан лист текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника. Таким образом, лист текстурированной электротехнической стали в качестве материала железного сердечника должен быть изготовлен в соответствии с описываемыми ниже условиями.
Толщина листа текстурированной электротехнической стали, включенного в железный сердечник согласно настоящему изобретению, не ограничена, и лист может иметь любую толщину. Даже при изменении толщины стального листа количество исчезающих замыкающих доменов и количество сформированных дополнительных магнитных доменов неизменно. Таким образом, эффект снижения уровня шума может быть достигнут независимо от толщины листа. Однако с точки зрения уменьшения потерь в сердечнике желательно, чтобы лист текстурированной электротехнической стали был тонким. Следовательно, толщина листа текстурированной электротехнической стали, предпочтительно, составляет 0,35 мм или менее. Между тем, если лист текстурированной электротехнической стали имеет по меньшей мере заданную толщину, облегчается обращение с ним и улучшается технологичность при изготовлении железного сердечника. Таким образом, предпочтительной является толщина листа текстурированной электротехнической стали 0,15 мм или более.
Замыкающий домен
Замыкающие домены сформированы в направлении, пересекающем направление прокатки листа текстурированной электротехнической стали. Другими словами, замыкающие домены продолжаются в направлении, пересекающем направление прокатки. Обычно замыкающие домены являются линейными. Угол (угол наклона) замыкающих доменов относительно направления прокатки не ограничен, однако, предпочтительно, составляет от 60° до 90°. Здесь угол замыкающих доменов относительно направления прокатки обозначает угол между линейно вытянутыми замыкающими доменами и направлением прокатки листа текстурированной электротехнической стали.
Замыкающие домены, предпочтительно, расположены с интервалом в направлении прокатки листа текстурированной электротехнической стали. Интервал (линейный интервал) между замыкающими доменами в направлении прокатки не ограничен, однако, предпочтительно, составляет от 3 мм до 15 мм. Здесь интервал между замыкающими доменами обозначает расстояние между одним замыкающим доменом и смежным замыкающим доменом. Интервалы между замыкающими доменами могут варьироваться, однако, предпочтительно, интервалы являются равными.
Один лист текстурированной электротехнической стали может включать одну или несколько областей формирования замыкающих доменов. Если в одном листе текстурированной электротехнической стали имеется несколько областей формирования замыкающих доменов, угол наклона и интервал между замыкающими доменами в каждой области формирования замыкающих доменов могут быть одинаковыми или разными. Если в железном сердечнике используется несколько листов текстурированной электротехнической стали и каждый из них имеет область формирования замыкающих доменов, угол наклона и интервал между замыкающими доменами в области формирования замыкающих доменов в каждом листе текстурированной электрической стали могут быть одинаковыми или разными.
В настоящем изобретении термин «область, в которой сформированы замыкающие домены», обозначает область, в которой присутствует множество замыкающих доменов, вытянутых в направлении, пересекающем направление прокатки, и расположенных с интервалом в направлении прокатки. Например, если замыкающие домены сформированы последовательно с интервалом от одного конца до другого конца листа 1 текстурированной электротехнической стали в направлении прокатки листа 1 текстурированной электротехнической стали, как показано на фиг. 2, для обозначения полосообразной области (заштрихованного участка), в которой сформирована группа замыкающих доменов, используется термин «область, в которой формируются замыкающие домены». В описании настоящего изобретения термин «область формирования замыкающих доменов» используется наравне с термином «область, в которой формируются замыкающие домены».
По меньшей мере один из листов текстурированной электротехнической стали, составляющих железный сердечник трансформатора согласно настоящему изобретению, должен иметь область формирования замыкающих доменов и область без замыкающих доменов, а также относительную площадь R0 и относительную площадь R1a, которые должны удовлетворять описываемым ниже условиям.
Относительная площадь R0: 0,10% до 3,0%
Относительная площадь R0, определенная как отношение S0 к S, должна составлять от 0,10% 3,0%, где S – площадь листа текстурированной электротехнической стали, а S0 –площадь области, в которой не формируются замыкающие домены. Если относительная площадь R0 меньше 0,10%, эффект снижения уровня шума за счет взаимодействия между областью без замыкающих доменов и областью формирования замыкающих доменов является недостаточным. Если относительная площадь R0 больше 3,0%, доля области формирования замыкающих доменов уменьшается, так что эффект измельчения магнитных доменов недостаточен и потери в сердечнике возрастают.
Относительная площадь R1a: 50% или более
Относительная площадь R1a, определенная как отношение S1a к S1, должна составлять 50% или более, где S1 – площадь области, в которой формируются замыкающие домены, а S1a – площадь зоны области, в которой формируются замыкающие домены и в которой величина расширения по меньшей мере на 2х10-7 больше, чем величина расширения в области, в которой не формируются замыкающие домены. Другими словами, относительная площадь R1a части области формирования замыкающих доменов, в которой «разность величин расширения» (Δλ = λ1 - λ0), определяемая как разность между величиной расширения (λ1) в области формирования замыкающих доменов и величиной расширения (λ0) в области без замыкающих доменов, составляет 2х10-7 или более, должна составлять 50% или более всей области формирования замыкающих доменов. Здесь величина расширения обозначает величину расширения в точке максимальной деформации при намагничивании в направлении прокатки, с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц.
Как упоминалось ранее, при намагничивании листа текстурированной электротехнической стали дополнительные магнитные домены расширяются в направлении толщины листа, в результате чего лист текстурированной электротехнической стали сжимается в направлении прокатки. Наряду с этим, присутствующие в стальном листе замыкающие домены расширяются в направлении, ортогональном направлению прокатки, в результате чего стальной лист сжимается в направлении прокатки из-за наличия замыкающих доменов. Соответственно, когда замыкающие домены исчезают в результате намагничивания, стальной лист расширяется в направлении прокатки. Указанное расширение листа противодействует сжатию, вызванному образованием дополнительных магнитных доменов, соответственно, может быть эффективно уменьшено сжатие листа текстурированной электротехнической стали в направлении прокатки и, следовательно, шум трансформатора может быть подавлен.
Чтобы достичь указанного эффекта подавления шума, относительная площадь R1a должна составлять 50% или более. Для дополнительного усиления указанного эффекта относительная площадь R1a, предпочтительно, составляет 75% или более. Верхний предел для относительной площади R1a не установлен и относительная площадь R1a может составлять 100%.
Разность величин расширения: 2х10-7 или более
Относительная площадь R1a определяется как относительная площадь зоны, в которой разность величин расширения составляет 2х10-7 или более. Если разность величин расширения составляет менее 2х10-7, вышеуказанный эффект подавления вибрации является низким, и уровень шума трансформатора не может быть уменьшен в достаточной степени. Верхний предел разности величин сжатия не установлен. Однако, если разность является чрезмерно большой, абсолютное значение магнитострикции по меньшей мере в одной из областей будет большим, что может вызвать усиление шума. Кроме того, при условиях, в которых большая разность величин сжатия, стальной лист может деформироваться и стать непригодным в качестве материала железного сердечника. Таким образом, разность величин сжатия, предпочтительно, составляет 5х10-6 или менее.
По меньшей мере один из листов текстурированной электротехнической стали, составляющих железный сердечник трансформатора, должен удовлетворять вышеуказанным условиям. Если доля листов текстурированной электротехнической стали, удовлетворяющих вышеуказанным условиям, от общего количества листов текстурированной электротехнической стали является высокой, расширение и сжатие всего железного сердечника может быть дополнительно уменьшено, и может быть достигнут более высокий эффект снижения уровня шума. Следовательно, доля, предпочтительно, составляет 50% или более и, предпочтительнее, 75% или более. Верхний предел указанной доли не установлен, и доля может составлять 100%. Здесь доля определяется как отношение массы листов текстурированной электротехнической стали, удовлетворяющих условиям согласно настоящему изобретению, к общей массе всех листов текстурированной электротехнической стали, составляющих железный сердечник трансформатора.
Причина, почему в настоящем изобретении изменение магнитострикции определяется на основе величины расширения «при намагничивании с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц», заключается в том, что трансформаторы с листами текстурированной электротехнической стали обычно используются при магнитной индукции 1,7 Тл. При более низкой магнитной индукции шум менее проблематичен. Кроме того, в вышеуказанных условиях намагничивания заметно проявляются особенности магнитострикции, обусловленные кристаллической ориентацией и структурой магнитных доменов листа электротехнической стали. Поэтому, величина расширения в этих условиях является эффективным показателем, отражающим магнитострикционные свойства.
Хотя количество исчезающих замыкающих доменов и количество сформированных дополнительных магнитных доменов изменяется по абсолютной величине в зависимости от магнитной индукции при намагничивании и частоты перемагничивания, их относительная доля неизменна. То есть, если количество исчезающих замыкающих доменов является небольшим, малым является и количество сформированных дополнительных магнитных доменов. Таким образом, эффект подавления расширения и сжатия может быть достигнут независимо от плотности намагничивающего магнитного потока. Следовательно, условия использования железного сердечника для трансформатора согласно настоящему изобретению не ограничиваются 1,7 Тл и 50 Гц и могут быть любыми.
Когда формируются замыкающие домены, потери в сердечнике уменьшаются благодаря эффекту измельчения магнитных доменов. Соответственно, если сформированные замыкающие домены удовлетворяют условиям настоящего изобретения, замыкающие домены будут способствовать уменьшению потерь в сердечнике. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено также с точки зрения снижения потерь в сердечнике.
Способ формирования замыкающих доменов
Способ формирования замыкающих доменов не ограничен и может быть любым. Примером способа формирования замыкающих доменов является введение деформации на участках, в которых должны быть сформированы замыкающие домены. Примеры способов введения деформации включают: дробеструйную обработку, водоструйную обработку, лазерную обработку, электроннолучевую обработку и плазменную обработку. Путем введения линейной деформации в направлении, пересекающем направление прокатки, могут быть сформированы замыкающие домены в направлении, пересекающем направление прокатки.
Способ создания области без замыкающих доменов не ограничен, при этом областью без замыкающих доменов может являться участок стального листа, не подвергнутый деформации. Даже если для введения деформации выполняется обработка всей поверхности стального листа, регулируя режим обработки, можно избежать деформации определенного участка стального листа для создания области без замыкающих доменов. Например, при введении деформации при помощи лазера или электронного пучка можно предотвратить деформацию определенного участка листа, отклоняя фокус от поверхности стального листа. В качестве другого примера, введение деформации на определенном участке листа может быть предотвращено путем снижения давления при дробеструйной обработке или водоструйной обработке.
Момент времени формирования замыкающих доменов не ограничен и может быть любым. Например, замыкающие домены могут быть сформированы до или после разрезки листа текстурированной электротехнической стали. В случае формирования замыкающих доменов перед разрезкой необходимо выбрать узкий рулон и отрегулировать позицию реза, чтобы относительная площадь R0 и относительная площадь R1a удовлетворяли вышеуказанным условиям. С точки зрения производительности, предпочтительно, формировать замыкающие домены после резки листа.
Магнитострикционные свойства также могут быть изменены путем изменения ориентации кристаллов или натяжения пленки для контроля состояния образования дополнительных магнитных доменов. Однако частичный контроль с помощью ориентации кристаллов или натяжения пленки очень сложен и неосуществим на промышленном уровне. В настоящем изобретении предлагается весьма простой способ формирования замыкающих доменов в листе текстурированной электротехнической стали, что позволяет эффективно повысить производительность изготовления железных сердечников трансформаторов.
Область формирования замыкающих доменов не обязательно должна продолжаться от одного конца до другого конца листа в направлении прокатки, как показано на фиг. 2. Форма области формирования замыкающих доменов не ограничивается прямоугольной и может быть любой.
Расположение области формирования замыкающих доменов в плоскости листа текстурированной электротехнической стали не ограничено и может быть любым. Для более эффективного подавления расширения и сжатия предпочтительным является смежное расположение области формирования замыкающих доменов и области без замыкающих доменов в направлении, ортогональном направлению прокатки. Другими словами, предпочтительно, чтобы граница между областью формирования замыкающих доменов и областью без замыкающих доменов, смежной с областью формирования замыкающих доменов, имела компоненту в направлении прокатки.
Примеры
Были приготовлены три типа листов текстурированной электротехнической стали шириной 160 мм и толщиной 0,23 мм, 0,27 мм и 0,30 мм, при этом каждый из указанных листов текстурированной электротехнической стали облучали электронным пучком для формирования замыкающих доменов. Расположение областей формирования замыкающих доменов, было выбрано из шести вариантов (a) – (f), показанных на фиг. 14. Согласно варианту (а), в одном листе текстурированной электротехнической стали имеется одна область формирования замыкающих доменов. Согласно вариантам (b) и (c), в одном листе текстурированной электротехнической стали имеются две области формирования замыкающих доменов. Согласно вариантам (e) и (f), в одном листе из текстурированной электротехнической стали имеются три области формирования замыкающих доменов. Согласно варианту (d), в одном листе текстурированной электротехнической стали четыре области формирования замыкающих доменов. В каждом варианте область(области), отличная от области(областей) формирования замыкающих доменов, является областью без замыкающих доменов.
В таблицах 2 – 4 приведены относительная площадь R0, определяемая как отношение площади S0 области, в которой не формируются замыкающие домены, к площади S листа текстурированной электротехнической стали, и ток пучка для создания каждой области формирования замыкающих доменов, согласно вариантам расположения областей формирования замыкающих доменов. Здесь относительная площадь области формирования замыкающих доменов определяется как отношение (%) площади области образования замыкающих доменов к площади листа текстурированной электротехнической стали. В образцах 11 – 14 относительная площадь R1a варьировалось путем изменения площадей области 1 и области 2, тогда как другие условия были такими же.
Другие условия облучения электронным пучком:
– ускоряющее напряжение: 60 кВ;
– скорость сканирования: 32 м/с;
– интервал между линиями облучения: 5 мм.
Количество (объем) введенных замыкающих доменов можно корректировать за счет изменения условий, таких как ускоряющее напряжение, ток пучка, скорость сканирования и интервал формирования. В одном из примеров количество введенных замыкающих доменов корректировали, изменяя тока пучка. Поскольку характер сжатия стального листа зависит от количества введенных замыкающих доменов, влияние на характер сжатия не меняется до тех пор, пока объем введенных замыкающих доменов остается неизмененным, независимо от регулирующего параметра. Несколько образцов (№ 1, 10 и 21) были сравнительными и не подвергались облучению электронным пучком.
Затем оценивали магнитострикционные свойства в каждой области и вычисляли «разность величин расширения» (Δλ = λ1 - λ0), то есть разность между величиной расширения (λ1) в области формирования замыкающих доменов и величиной расширения (λ0) в области без замыкающих доменов. Магнитострикционные свойства в каждой области оценивали на образцах шириной 100 мм и длиной 500 мм, вырезанных из листа текстурированной электротехнической стали и облученных электронным пучком при одинаковых условиях облучения. Образцы для проведения испытаний получали из одинаковых листов текстурированной электротехнической стали. С помощью лазерного доплеровского виброметра измеряли магнитострикцию (расширение и сжатие стального листа), когда образец намагничивали из размагниченного состояния (0 Тл) переменным током при максимальной магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц. Рассчитанная разность величин расширения приведена в таблицах 2 – 4.
В таблицах 2 – 4 приведена относительная площадь R1a, определенная как отношение S1a к S1 в полученном листе текстурированной электротехнической стали. Здесь S1 – площадью области, в которой формируются замыкающие домены, а S1a – площадь зоны области, в которой формируются замыкающие домены, а именно, площадь зоны, в которой величина расширения в точке максимальной деформации, когда проводится намагничивание в направлении прокатки с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц, по меньшей мере на 2х10-7 больше, чем величина расширения в точке максимальной деформации в области, в которой не формируются замыкающие домены, когда проводится намагничивание в направлении прокатки с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц.
Полученный лист текстурированной электротехнической стали затем использовали для изготовления железного сердечника трансформатора. Листы текстурированной электротехнической стали со скошенными кромками, нарезанные из рулона шириной 160 мм, укладывали в стопку для получения «треножного» железного сердечника трехфазного трансформатора. Общие размеры железного сердечника были следующими: ширина 890 мм, высота 800 мм и толщина стопки 244 мм.
Доля (%) листов текстурированной электротехнической стали, полученных согласно вышеописанной процедуре, относительно всего железного сердечника приведена в таблицах 2 – 4. Железный сердечник, в котором указанная доля составляла 100%, был изготовлен путем укладки в стопку только листов текстурированной электротехнической стали, облученных электронным пучком согласно вышеуказанной процедуре. Железный сердечник, в котором указанная доля составляла менее 100%, был изготовлен путем укладки в стопку не только одного или нескольких листов текстурированной электротехнической стали, облученных электронным пучком, согласно любому из вариантов, показанных на фиг. 14, но также один или несколько листов текстурированной электротехнической стали, облученных по всей поверхности электронным пучком с током пучка 7 мА.
Затем вокруг полученного железного сердечника наматывали катушку возбуждения, железный сердечник намагничивали в условиях, приведенных в таблицах 5 – 10, измеряли уровень шума трансформатора и потери в сердечнике трансформатора (потери без нагрузки) в разных условия намагничивания. Намагничивание проводили переменным током с частотой 50 Гц или 60 Гц с тремя разными максимальными индукциями, а именно, 1,3 Тл, 1,5 Тл и 1,7 Тл.
Уровень шума измеряли в шести местах, а именно, спереди и сзади каждой из трех ног железного сердечника. Место замера находилось на высоте 400 мм и на расстоянии 300 мм от поверхности железного сердечника. Среднее значение уровня шума, измеренного в шести местах, приведено в таблицах 5 – 7. Результаты измерений потерь в сердечнике приведены в таблицах 8 – 10.
По результатам, представленным в таблицах 5 – 10, можно сделать вывод, что в каждом железном сердечнике трансформатора, удовлетворяющем условиям настоящего изобретения, уровень шума был ниже, и потери в сердечнике меньше, чем в сравнительных примерах.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Таблица 5
No. Уровень шума (дБ) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
1 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
2 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
3 45,0 50,0 55,0 48,0 54,0 60,0 Пример
4 47,0 52,0 57,0 50,0 56,0 62,0 Пример
5 44,0 49,0 54,0 47,0 53,0 59,0 Пример
6 45,0 50,0 55,0 48,0 54,0 60,0 Пример
7 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
8 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
9 44,5 49,5 54,5 47,5 53,5 59,5 Пример
Таблица 6
No. Уровень шума (дБ) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Тл 1,5 Tл 1,7 Tл 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
10 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
11 45,5 50,5 55,5 48,5 54,5 60,5 Пример
12 46,5 51,5 56,5 49,5 55,5 61,5 Пример
13 47,5 52,5 57,5 50,5 56,5 62,5 Пример
14 49,5 54,5 59,5 52,5 58,5 64,5 Сравнительный пример
15 48,0 53,0 58,0 51,0 57,0 63,0 Пример
16 45,0 50,0 55,0 48,0 54,0 60,0 Пример
17 48,5 53,5 58,5 51,5 57,5 63,5 Пример
18 44,0 49,0 54,0 47,0 53,0 59,0 Сравнительный пример
19 44,0 49,0 54,0 47,0 53,0 59,0 Пример
20 44,0 49,0 54,0 47,0 53,0 59,0 Сравнительный пример
Таблица 7
No. Уровень шума (дБ) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
21 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
22 50,0 55,0 60,0 53,0 59,0 65,0 Сравнительный пример
23 46,5 51,5 56,5 49,5 55,5 61,5 Пример
24 45,5 50,5 55,5 48,5 54,5 60,5 Пример
25 45,5 50,5 55,5 48,5 54,5 60,5 Пример
26 49,5 54,5 59,5 52,5 58,5 64,5 Сравнительный пример
27 44,0 49,0 54,0 47,0 53,0 59,0 Пример
28 45,5 50,5 55,5 48,5 54,5 60,5 Пример
29 45,5 50,5 55,5 48,5 54,5 60,5 Пример
30 44,5 49,5 54,5 47,5 53,5 59,5 Сравнительный пример
31 46,5 51,5 56,5 49,5 55,5 61,5 Сравнительный пример
Таблица 8
No. Потери в сердечнике (Вт/кг) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 T 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
1 0,610 0,810 1,040 0,790 1,030 1,330 Сравнительный пример
2 0,530 0,730 0,960 0,710 0,950 1,250 Сравнительный пример
3 0,490 0,690 0,920 0,670 0,910 1,210 Пример
4 0,490 0,690 0,920 0,670 0,910 1,210 Пример
5 0,493 0,693 0,923 0,673 0,913 1,213 Пример
6 0,493 0,693 0,923 0,673 0,913 1,213 Пример
7 0,491 0,691 0,921 0,671 0,911 1,211 Сравнительный пример
8 0,490 0,690 0,920 0,670 0,910 1,210 Сравнительный пример
9 0,500 0,700 0,930 0,680 0,920 1,220 Пример
Таблица 9
No. Потери в сердечнике (Вт/кг) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
10 0,700 0,920 1,170 0,900 1,170 1,510 Сравнительный пример
11 0,580 0,800 1,050 0,780 1,050 1,390 Пример
12 0,580 0,800 1,050 0,780 1,050 1,390 Пример
13 0,580 0,800 1,050 0,780 1,050 1,390 Пример
14 0,581 0,801 1,051 0,781 1,051 1,391 Сравнительный пример
15 0,580 0,800 1,050 0,780 1,050 1,390 Пример
16 0,581 0,801 1,051 0,781 1,051 1,391 Пример
17 0,581 0,801 1,051 0,781 1,051 1,391 Пример
18 0,640 0,860 1,110 0,840 1,110 1,450 Сравнительный пример
19 0,583 0,803 1,053 0,783 1,053 1,393 Пример
20 0,640 0,860 1,110 0,840 1,110 1,450 Сравнительный пример
Таблица 10
No. Потери в сердечнике (Вт/кг) трансформатора Примечание
50 Гц 60 Гц
1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл 1,3 Tл 1,5 Tл 1,7 Tл
21 0,710 0,990 1,300 0,940 1,280 1,710 Сравнительный пример
22 0,600 0,880 1,190 0,830 1,170 1,600 Сравнительный пример
23 0,600 0,880 1,190 0,830 1,170 1,600 Пример
24 0,600 0,880 1,190 0,830 1,170 1,600 Пример
25 0,600 0,880 1,190 0,830 1,170 1,600 Пример
26 0,600 0,880 1,190 0,830 1,170 1,600 Сравнительный пример
27 0,602 0,882 1,192 0,832 1,172 1,602 Пример
28 0,602 0,882 1,192 0,832 1,172 1,602 Пример
29 0,607 0,887 1,197 0,837 1,177 1,607 Пример
30 0,620 0,900 1,210 0,850 1,190 1,620 Сравнительный пример
31 0,620 0,900 1,210 0,850 1,190 1,620 Сравнительный пример
Список ссылочных позиций
1 – лист текстурированной электротехнической стали
10 – область формирования замыкающих доменов
11 – линейная деформация
20 – область без замыкающих доменов.

Claims (9)

1. Железный сердечник для трансформатора, содержащий
множество листов из текстурированной электротехнической стали, уложенных в стопку,
причем по меньшей мере один из множества листов текстурированной электротехнической стали имеет:
(1) область, в которой замыкающие домены формируются в направлении, пересекающем направление прокатки, и область, в которой замыкающие домены не формируются;
(2) относительную площадь R0, определяемую как отношение S0 к S, составляющую от 0,10 до 3,0%; и
(3) относительную площадь R1a, определяемую как отношение S1a к S1, составляющую 50% или более,
где S – площадь листа текстурированной электротехнической стали, S1 – площадь области, в которой формируются замыкающие домены, S0 – площадь области, в которой не формируются замыкающие домены, и S1a - площадь зоны, которая находится в области формирования замыкающих доменов и в которой величина расширения в точке максимальной деформации при намагничивании в направлении прокатки, с максимальной магнитной индукцией 1,7 Тл и частотой 50 Гц, по меньшей мере на 2х10-7 больше, чем величина расширения в области, в которой не формируются замыкающие домены.
2. Железный сердечник для трансформатора по п. 1, в котором угол замыкающих доменов относительно направления прокатки составляет от 60 до 90°.
3. Железный сердечник для трансформатора по п. 1 или 2, в котором интервал между замыкающими доменами в направлении прокатки составляет от 3 до 15 мм.
RU2020135637A 2018-03-30 2019-03-29 Железный сердечник трансформатора RU2746430C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018069919 2018-03-30
JP2018-069919 2018-03-30
PCT/JP2019/014274 WO2019189859A1 (ja) 2018-03-30 2019-03-29 変圧器用鉄心

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746430C1 true RU2746430C1 (ru) 2021-04-14

Family

ID=68060674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135637A RU2746430C1 (ru) 2018-03-30 2019-03-29 Железный сердечник трансформатора

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11961647B2 (ru)
EP (1) EP3780037A4 (ru)
CN (1) CN111886662B (ru)
CA (1) CA3095435A1 (ru)
RU (1) RU2746430C1 (ru)
WO (1) WO2019189859A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017008311T5 (de) 2017-12-29 2020-09-17 Intel Corporation Technologien zur internet-der-dinge-schlüsselverwaltung
CN114226662B (zh) * 2021-12-13 2022-12-02 清华大学 一种退火制备低热膨胀因瓦合金的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002069594A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Nippon Steel Corp 低騒音トランス用電磁鋼板
RU2238340C2 (ru) * 1999-05-26 2004-10-20 Аччай Спечиали Терни С.П.А. Способ улучшения магнитных свойств листов текстурированной электротехнической кремнистой стали посредством лазерной обработки
WO2012164702A1 (ja) * 2011-06-01 2012-12-06 新日鐵住金株式会社 方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法
RU2575271C1 (ru) * 2011-12-28 2016-02-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Текстурированный лист электротехнической стали и способ его изготовления
RU2576355C1 (ru) * 2011-12-26 2016-02-27 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Текстурированный лист электротехнической стали

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5261971A (en) 1989-04-14 1993-11-16 Nippon Steel Corporation Process for preparation of grain-oriented electrical steel sheet having superior magnetic properties
JPH04116809A (ja) 1990-09-07 1992-04-17 Toshiba Corp 変圧器鉄心
JPH03204911A (ja) 1989-10-23 1991-09-06 Toshiba Corp 変圧器鉄心
US5371486A (en) 1990-09-07 1994-12-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Transformer core
JPH08269562A (ja) 1995-03-29 1996-10-15 Nippon Steel Corp 磁歪の低い方向性珪素鋼板およびその製造方法
JP4092791B2 (ja) 1998-10-06 2008-05-28 住友金属工業株式会社 低損失低騒音積み鉄心およびその製造方法
JP3799252B2 (ja) 2001-08-30 2006-07-19 中国電機製造株式会社 騒音抑制積層鉄心の製造方法
JP5919617B2 (ja) * 2010-08-06 2016-05-18 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP5998424B2 (ja) * 2010-08-06 2016-09-28 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板
KR101421388B1 (ko) * 2010-08-06 2014-07-18 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 방향성 전기 강판 및 그 제조 방법
JP5760504B2 (ja) 2011-02-25 2015-08-12 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP5896112B2 (ja) 2011-10-14 2016-03-30 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板とその製造方法および変圧器
US10020101B2 (en) * 2011-12-22 2018-07-10 Jfe Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and method for producing same
RU2570250C1 (ru) * 2011-12-27 2015-12-10 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Текстурированный лист из электротехнической стали
WO2013099272A1 (ja) 2011-12-28 2013-07-04 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
RU2597190C1 (ru) * 2012-08-30 2016-09-10 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Лист электротехнической текстурированной стали для железного сердечника и способ его изготовления
JP5561335B2 (ja) * 2012-09-28 2014-07-30 Ｊｆｅスチール株式会社 電子銃異常検出装置および電子銃異常検出方法
EP2933343B1 (en) * 2012-10-31 2019-04-17 JFE Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and method for manufacturing the same
JP5668795B2 (ja) 2013-06-19 2015-02-12 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびそれを用いた変圧器鉄心
WO2015111434A1 (ja) * 2014-01-23 2015-07-30 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP2015140470A (ja) * 2014-01-30 2015-08-03 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
KR101961175B1 (ko) * 2014-10-23 2019-03-22 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 방향성 전자 강판 및 그의 제조 방법
JP6060988B2 (ja) * 2015-02-24 2017-01-18 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板及びその製造方法
JP6432713B1 (ja) * 2017-02-28 2018-12-05 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
RU2744690C1 (ru) * 2018-03-30 2021-03-15 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Железный сердечник трансформатора

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238340C2 (ru) * 1999-05-26 2004-10-20 Аччай Спечиали Терни С.П.А. Способ улучшения магнитных свойств листов текстурированной электротехнической кремнистой стали посредством лазерной обработки
JP2002069594A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Nippon Steel Corp 低騒音トランス用電磁鋼板
WO2012164702A1 (ja) * 2011-06-01 2012-12-06 新日鐵住金株式会社 方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法
RU2576355C1 (ru) * 2011-12-26 2016-02-27 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Текстурированный лист электротехнической стали
RU2575271C1 (ru) * 2011-12-28 2016-02-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Текстурированный лист электротехнической стали и способ его изготовления

Also Published As

Publication number Publication date
US11961647B2 (en) 2024-04-16
CN111886662B (zh) 2023-05-12
CN111886662A (zh) 2020-11-03
EP3780037A1 (en) 2021-02-17
US20210020349A1 (en) 2021-01-21
WO2019189859A1 (ja) 2019-10-03
CA3095435A1 (en) 2019-10-03
EP3780037A4 (en) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2744690C1 (ru) Железный сердечник трансформатора
RU2570250C1 (ru) Текстурированный лист из электротехнической стали
RU2440426C1 (ru) Способ получения листа электромагнитной стали с ориентированными зернами, у которого магнитные домены контролируются посредством приложения лазерного луча
RU2741403C1 (ru) Текстурированный лист из электротехнической стали, ленточный сердечник трансформатора из текстурированного листа из электротехнической стали и способ изготовления ленточного сердечника
RU2746430C1 (ru) Железный сердечник трансформатора
JP7230933B2 (ja) 方向性電磁鋼板及びその製造方法
JP6169695B2 (ja) 方向性電磁鋼板
EP1154025B1 (en) Low iron loss and low noise grain-oriented electrical steel sheet and a method for producing the same
RU2741585C1 (ru) Текстурированный лист из электротехнической стали, наборный сердечник трансформатора из текстурированного листа из электротехнической стали и способ изготовления наборного сердечника
RU2724649C1 (ru) Сердечник трансформатора
KR102387488B1 (ko) 변압기용 철심
JP6575732B1 (ja) 変圧器用鉄心
JP7556372B2 (ja) 三相三脚巻鉄心およびこれを用いた三相三脚巻鉄心変圧器
JP4979970B2 (ja) 低鉄損一方向性電磁鋼板