Der Zweck des Eisenkerns des Transformators besteht darin, einen magnetischen Kreis mit geringer Reluktanz für den magnetischen Fluss bereitzustellen, der durch die Primär- und Sekundärwicklungen fließt.
Aufgrund des vorhandenen Magnetkreises kann es aufgrund des Hysterese-Phänomens des Eisenkerns und der darin fließenden Wirbelströme zu Eisenkernverlusten kommen, die sich in einer Erwärmung des Eisenkernmaterials äußern. Darüber hinaus kann bei großen Leistungstransformatoren auch der magnetische Wechselfluss zu Störungen führen. Diese Art von Lärm breitet sich auf die Umgebung aus, ähnlich dem Geräusch, das entsteht, wenn ein Flugzeug oder ein Verbrennungsmotor mit voller Leistung läuft.
Obwohl der Eisenkernverlust im Verhältnis zur vom Transformator übertragenen Kapazität nicht signifikant ist, besteht er, solange der Transformator erregt ist. Daher stellt der Eisenkernverlust einen konstanten und nennenswerten Energieverlust im Stromnetz dar. Es wird geschätzt, dass etwa 5 % der gesamten elektrischen Energie, die von Kraftwerken erzeugt wird, als Eisenkernverluste verbraucht wird. Nur im Vereinigten Königreich, zwischen 1987 und 1988. Der Leerlaufverlust des Transformators beträgt etwa 110 Millionen Pfund. Mittlerweile werden in Verteiltransformatoren jährlich etwa 109 Energieeinheiten aufgrund von Eisenkernverlusten verschwendet, was 1,146 Milliarden Litern (2 Millionen Barrel) Öl entspricht, die zur Stromerzeugung verwendet werden, und 35.000 Tonnen SO2 und 4 Millionen Tonnen CO2 in die Atmosphäre freisetzen. Die Vereinigten Staaten führten 1998 eine ähnliche Studie durch, und die Kosten waren sogar mehr als 110-mal höher. Aufgrund des riesigen Umfangs des Energiesystems handelt es sich dabei zweifellos nur um eine grobe Schätzung. Dennoch ist offensichtlich, dass der kumulierte fiskalische Wert recht erheblich ist. Der Grund, warum die oben genannten geschätzten Kosten so hoch sind, liegt natürlich in den schwerwiegenden Auswirkungen der Energiepreiserhöhungen, die durch die Ölkrise in den frühen 1970er Jahren verursacht wurden.
Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Menschen ihre Forschungs- und Entwicklungsbemühungen seit Jahrzehnten auf die Entwicklung neuer Arten von elektrischen starren Platten und Transformator-Eisenkernstrukturen konzentrieren. Hauptsächlich um Verluste und Lärm zu reduzieren. Aufgrund der Festlegung der Grundprinzipien für die Konstruktion und den Aufbau moderner Leistungstransformatoren in den 1920er und 1930er Jahren. Seitdem sind in diesen Bereichen erhebliche Fortschritte und Veränderungen zu verzeichnen.
Der Eisenkernverlust besteht aus zwei Teilen: Der erste ist der Hystereseverlust, der proportional zur Frequenz ist und von der Fläche der Hystereseschleife abhängt. Die Hystereseschleife hängt von den Materialeigenschaften ab und ist eine Funktion der maximalen magnetischen Flussdichte; Ein kleiner Teil des Eisenkernverlusts ist der Wirbelstromverlust, der vom Quadrat der Frequenz abhängt, aber auch proportional zum Quadrat der Materialdicke ist. Um Hystereseverluste zu minimieren, ist es daher erforderlich, dass das Eisenkernmaterial die kleinste Hystereseschleifenfläche aufweist. Um Wirbelstromverluste zu minimieren, müssen dünne Stahlbleche mit Eisenkern verwendet werden und der Widerstand zwischen den Blechen muss erhöht werden, um den Wirbelstromfluss zwischen den Blechen zu erschweren.
Tatsächlich sind Wirbelstromverluste sehr komplex und bestehen aus zwei Teilen: Der erste Teil variiert tatsächlich mit der Frequenz im Quadrat multipliziert mit der Materialdicke und der magnetischen Flussdichte der Oberfläche; Der zweite Teil hängt von der Materialstruktur ab, beispielsweise der Korngröße und der Bewegung magnetischer Domänen innerhalb der Magnetisierungsperiode, die als abnormaler Verlust oder Restverlust bezeichnet wird. Bei jedem spezifischen Elektrostahlblech machen anormale Wirbelstromverluste etwa die Hälfte der Gesamtverluste aus. Gerade solche anormalen Verluste lassen sich durch eine spezielle Bearbeitung des Eisenkernmaterials stark reduzieren und legen damit den Grundstein für moderne Methoden zur Reduzierung von Eisenkernverlusten.
Die ersten in den 1880er Jahren hergestellten Transformatorkerne bestanden alle aus hochwertigem Schmiedeeisen, und schwedisches Eisen war eine Zeit lang beliebt. Doch um 1900 entdeckte man, dass die Zugabe einer kleinen Menge Silizium oder Aluminium zu Eisen die magnetischen Verluste deutlich reduzieren konnte und so eine neue Ära speziell angefertigter Elektrostahlbleche einleitete.
1. Warmgewalztes Elektrostahlblech
Das Hinzufügen von Silizium zum Stahlblech verringert den Hystereseverlust und erhöht die magnetische Permeabilität und den spezifischen Widerstand. Dadurch wird auch der Wirbelstromverlust des Eisenkerns reduziert. Ein Nachteil der Zugabe von Silizium besteht darin, dass die Stahlplatte dadurch spröde und hart werden kann. Um die Verarbeitbarkeit und einfache Herstellung von Eisenkernen zu gewährleisten, muss daher die zugesetzte Siliziummenge auf 4 % begrenzt werden. Auch die Entfernung von Verunreinigungen, einschließlich Kohlenstoff, aus Elektroblechen hat einen erheblichen Einfluss auf die Reduzierung von Verlusten. Obwohl das ursprüngliche siliziumhaltige Elektrostahlblech einen Einheitsverlust von 7 W/kg bei 50 Hz und einer magnetischen Flussdichte von 1,5 T aufwies, hatten ähnliche hochreine Elektrostahlbleche, die 1990 hergestellt wurden, unter denselben Testbedingungen einen Einheitsverlust von weniger als 2 W/kg.
Wie oben erwähnt, haben Elektrostahlbleche eine Kristallstruktur, und der Magnetismus von Elektrostahlblechen kommt von verschiedenen Kristallen oder Körnern, und der Magnetismus der meisten Körner hängt von der Richtung der Körner unter Testbedingungen ab.
In den Vereinigten Staaten wurden Transformatoren bis in die 1940er Jahre aus Elektroblechen mit einer Dicke von etwa 0,35 mm hergestellt. Im Vereinigten Königreich wurden Transformatoren bis Ende der 1940er Jahre mithilfe der Warmwalztechnologie hergestellt, bei der die Körner der Elektrostahlbleche zufällig miteinander kombiniert wurden. Daher haben die an einem Stahlblech gemessenen magnetischen Daten ungefähr den gleichen Wert und sind unabhängig von der Prüfrichtung. Da diese Daten die Gleichmäßigkeit jedes Kristalls in alle Richtungen widerspiegeln, gelten diese elektrischen Materialien als isotrop.
2. Kornorientiertes Elektrostahlblech
Bereits in den 1920er Jahren wurde erkannt, dass Elektrostahlblechkristalle Anisotropie aufweisen, doch erst 1934 meldete der Amerikaner NP Gauss ein Patent für ein industrielles Herstellungsverfahren an, das hauptsächlich von der amerikanischen Firma Amick entwickelt wurde und dessen kommerzieller Wert in der Anisotropie von Stahlblechen liegt. Die erste Charge kornorientierter kaltgewalzter Elektrostahlbleche wurde 1939 kommerziell hergestellt. Die Dicke beträgt 0,32 mm und der Einheitsverlust bei 50 Hz und 1,5 T beträgt 1,5 W/kg.
Dieses Material wird durch einen Kaltwalzprozess gewalzt. Dieses Verfahren bildet seit vielen Jahren die Produktionsgrundlage für kalt-gewalzte kornorientierte Elektrobleche. Das Stahlband, das mit dem Warmwalzen-beginnt, muss gebeizt werden, um Oberflächenoxide zu entfernen. Anschließend wird das Stahlband, das auf eine Dicke von 2{6}}2,5 mm warm-gewalzt wird, auf eine Dicke von 0,6 mm kalt-gewalzt. Anschließend erfolgt eine Glühung, damit die beim Kaltwalzen entstandene Struktur erneut kristallisieren kann, und anschließend wird erneut auf die gewünschte Dicke kaltgewalzt. Wenn der Massenanteil des Kohlenstoffgehalts in Elektromaterialien unter 0,003 % liegt, tragen Sie eine dünne Schicht Magnesiumoxid auf. Anschließend wird das Stahlblech 24 Stunden lang bei 1200 Grad geglüht, um es weiter zu reinigen und einer sekundären Rekristallisation zu unterziehen. Gleichzeitig reagiert Magnesiumoxid mit der Oberfläche des Stahlblechs und bildet eine Magnesiumsilikatschicht, auch Glasbeschichtung oder Magnesiumolivinschicht genannt. Abschließend wird das kaltgewalzte Elektrostahlblech geebnet und geglüht, um überschüssiges Magnesiumoxid zu entfernen, und mit einer Phosphatschicht überzogen. Wenn Phosphat mit Magnesiumsilikat reagiert, entsteht ein starker und isolierender dünner Film.
Während des Warmwalzprozesses wirkt es als Kornwachstumshemmer, indem es der Schmelze Mangansulfidpartikel hinzufügt und so das Kornwachstum verhindert. Allerdings fällt es beim Abkühlen des Stahlbandes aus. Gleichzeitig entstehen entlang vieler anderer Orientierungen bestimmte Kristalle mit Gaußscher Kristallstruktur, also Kristalle mit der gewünschten Orientierung. Nach dem Kaltwalzen, beim Entkohlungsglühen, kristallisieren die gaußförmig strukturierten Kristallkeime wieder, als hätte sich das Material zu einem „Strukturgedächtnis“ entwickelt. In diesem Stadium beträgt der Korndurchmesser ungefähr 0,02 mm und während des Hochtemperaturglühens bei 800 Grad. Wenn Mangansulfidpartikel die Vergrößerung anderer Partikel verhindern, wachsen sie auf gaußförmig orientierten Körnern weiter. Jedes Gaußsche Korn muss während des sekundären Kristallisationsprozesses 106 bis 107 Primärkörner verschmelzen und so die gesamte Dicke des Stahlblechs bilden. Der Korndurchmesser erhöht sich auf 10 mm oder mehr. Nicht alle Körner haben eine ideale Gaußsche Ausrichtung. Die meisten Körner liegen jedoch im 6-Grad-Bereich der Idealrichtung.
3. Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Leitfähigkeit
Die oben-erwähnten kaltgewalzten kornorientierten Elektrostahlbleche wurden bis in die späten 1960er-Jahre verwendet. Zuvor wurden nur geringfügige Verbesserungen an ihrem Produktionsprozess vorgenommen. Im Jahr 1965 kündigte Nippon Steel einen neuen Durchbruch in der Qualität von Elektrostahlblechen an: Japan entwickelte kornförmige Elektrostahlbleche mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Dieses Programm wird vereinfacht, indem ein Kaltwalzprozess entfällt und etwa 0,025 % Aluminium hinzugefügt werden, um Aluminiumchlorid zu einem Inhibitor des Kornwachstums zu machen. Elektrostahlbleche mit hoher magnetischer Leitfähigkeit weisen eine bessere Orientierung auf als kaltgewalzte kornorientierte Elektrostahlbleche (im Folgenden als „normale Elektrostahlbleche“ bezeichnet). Aufgrund der Tatsache, dass die Körner von Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit meist innerhalb von 3 Grad angeordnet sind, beträgt der durchschnittliche Korndurchmesser 1 cm, was viel größer ist als der Durchmesser von 0,3 mm bei gewöhnlichen Elektrostahlblechen. Bei einer magnetischen Flussdichte von 1,7 T oder mehr ist seine magnetische Permeabilität dreimal höher als die des besten gewöhnlichen Elektrostahlblechs. Die Spannungsempfindlichkeit von Verlusten und Magnetostriktion ist relativ gering, da das Elektroblech eine hohe Zugfestigkeit erzeugt, indem es mit einer sogenannten Spannungsbeschichtung überzogen wird. Die Spannungsbeschichtung überträgt Zugspannungen auf das Elektroband und reduziert so Wirbelstromverluste. Andernfalls wären aufgrund der großen Korngröße auch die Wirbelstromverluste erheblich. Durch die Beschichtung kann der Hystereseverlust reduziert werden, was zu einer Verringerung des Gesamtverlusts führt. Der geringe Verlust von Elektrostahlblechen mit hoher Permeabilität ist jedoch hauptsächlich auf die Verbesserung der Kornorientierung zurückzuführen, die den Hystereseverlust um 30 bis 40 % reduziert.
4. Elektrostahlbleche mit verfeinerten magnetischen Domänen
Mit der steigenden Nachfrage nach einer Reduzierung der Transformatorkernverluste wird auch der Produktionsprozess von Elektroblechen ständig verbessert. In den 1980er Jahren schlug Nippon Steel ein lasergraviertes Elektrostahlblech vor, dessen Verlust um 5 bis 8 % geringer ist als der von Elektrostahlblechen mit hoher Permeabilität. Japan produziert dieses Material seit 1983 mit einer Dicke von 0,23 mm. Der Einheitsverlust bei 50 Hz und 1,7 T beträgt 0,85 W/kg.
Wie bereits erwähnt. Während des Magnetisierungsprozesses treten aufgrund der Bewegung magnetischer Domänenwände einige „abnormale Wirbelstromverluste“ auf. Bereits 1958 gingen Messerz Pory und Binai davon aus, dass abnormale Wirbelstromverluste in kornorientierten Elektrostahlblechen proportional zum Raum sind, der von magnetischen Domänenwänden eingenommen wird, und umgekehrt proportional zur Dicke des Elektrostahlblechs.
Seit vielen Jahren ist bekannt, dass die Belastung von Elektroblechen einen gewissen Einfluss auf die Unterteilung magnetischer Domänen hat und Eisenkernverluste reduzieren kann. Dies ist die theoretische Grundlage für die Verwendung von Spannungsbeschichtungen auf Elektroblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten übt die Beschichtung beim Abkühlen eine Zugspannung auf das Stahlblech aus. Das Erzeugen mechanischer Kratzer auf der Oberfläche von Elektrostahlblechen in Querwalzrichtung in einem bestimmten Abstand kann zur Erzeugung von Spannungen genutzt werden, eine kommerzielle Produktion ist jedoch schwierig. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Dicke des Elektroblechs am Kratzer verringert wird, was die lokale magnetische Flussdichte erhöht und zu einer Verschiebung des magnetischen Flusses zu benachbarten Blechen führt, was zu einer Nettoerhöhung der Verluste führt.
Die von der Nippon Steel Corporation zur Lösung dieses Problems ergriffene Maßnahme besteht in der Verwendung einer berührungslosen Methode zur Verbesserung magnetischer Domänen, bei der Laserbestrahlung, allgemein bekannt als Laser-Scoring, zum Einsatz kommt. Wenn der Hochleistungslaserstrahl auf die Oberfläche des Stahlbandes gerichtet wird, treten in der äußersten Schicht des Stahlbandes gleichzeitig Verdampfungs- und Diffusionsphänomene auf. Daher führt der Aufpralldruck von Tausenden von Atmosphären dazu, dass das Stahlblech eine lokale elastische -plastische Zone bildet. Aufgrund der komplexen Fehlausrichtung mit hoher --Dichte, die durch elastische Verformung verursacht wird, führt die verbleibende Spannung zu der erforderlichen Verfeinerung der magnetischen Domänen. Aufgrund der durch Laserbestrahlung verursachten Verdampfung und Diffusion an der äußersten Schicht der Stahlblechoberfläche ist eine zusätzliche Beschichtung erforderlich, um die Oberfläche der Isolierschicht intakt zu halten.
Ein wichtiger Aspekt des oben beschriebenen Prozesses zur Verfeinerung magnetischer Domänen besteht darin, dass beim Glühen des Materials bei Temperaturen über 500 Grad die Restspannung beseitigt werden kann, dies führt jedoch zu einer Umkehrung des Programms. Wichtig ist, dass nach dem Laserbeschriftungsprogramm kein Prozess mehr bei Temperaturen über 500 Grad durchgeführt werden darf.
5. Amorphe Legierungen
Amorphe Legierungen sind ein neu entwickeltes Elektromaterial und ihre Entwicklung unterscheidet sich völlig von Elektroblechen. Amorphe Legierungen, auch metallische Gläser genannt, wurden ursprünglich von der amerikanischen Firma Arled Singer Glass Products Co., Ltd. entwickelt. Bereits in den 1970er Jahren wurde es als Ersatzmaterial für Verstärkungsstahl in Autoreifen verwendet, und erst Mitte der 1970er Jahre erkannte man die Bedeutung der magnetischen Eigenschaften amorpher Legierungen. Obwohl amorphe Legierungsmaterialien auch 35 Jahre später immer noch schwierig herzustellen und zu verarbeiten sind, was ihre Anwendung einschränkt, ist der Verlust amorpher Legierungen im Vergleich zu den besten gewöhnlichen Elektrostahlblechen deutlich reduziert.
Amorphe Legierungsmaterialien haben eine amorphe Atomstruktur ohne Symmetrieachse und mit zufällig verteilten Atomen. Die atomare Struktur hängt hauptsächlich von der schnellen Abkühlung der geschmolzenen Legierung und dem Einschluss glasbildender Elemente wie Bor ab. Ein typisches amorphes Legierungsmaterial enthält 80 % Eisen, 20 % Bor und Silizium.
Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung amorpher Legierungen, die am häufigsten verwendete Methode ist jedoch das Aufsprühen eines Bündels geschmolzener Legierung auf eine rotierende Kupferwalze. Die Abkühlgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls beträgt etwa 106 Grad pro Sekunde und die Legierung erstarrt zu einem kontinuierlichen Stahlband. Das Abschrecken kann zu hohen inneren Spannungen in Materialien führen. Daher ist ein Glühen bei niedrigen Temperaturen bei 200 Grad und 280 Grad erforderlich, um innere Spannungen zu reduzieren und dem Material eine gute magnetische Leitfähigkeit zu verleihen. Die am frühesten entwickelte amorphe Legierung war nur 2 mm breit und 0,025–0,05 mm dick. Mitte der 1990er Jahre gelang es einer großen Anzahl von Herstellern von Transformatordrähten, erfolgreich amorphe Legierungsmaterialien mit einer Breite von bis zu 200 mm herzustellen.
In den späten 1980er Jahren produzierte der ursprüngliche Entwickler amorpher Legierungen, Arled Singer Metallic Glass Products Co., Ltd., ein ausgehärtetes amorphes Legierungsbandmaterial namens POWERCORE-Stahlband, das als laminierter Eisenkern verwendet wurde. Die Dicke dieses Materials beträgt 0,125–0,25 mm und es wird durch das Zusammenkleben mehrerer Schichten gegossener Stahlbänder zu einem einfach zu verarbeitenden Stahlband gebildet. Durch die Klebewirkung der diffundierten Siliziumoxidbindung können mehr als 15 % bis 75 % der Oberfläche des Bandstahls effektiv miteinander verbunden werden. Diese schwache Bindung lässt keine großen Wirbelströme durch jede Schicht Stahlband fließen, daher ähneln die Eigenschaften des Stahlbandes mit erhöhtem Volumen denen eines einzelnen Bandes.
Aufgrund der Tatsache, dass glasbildende Elemente nicht-magnetisch sind, führt ihre Verwendung zu einer weiteren Einschränkung, nämlich, dass das Material eine sehr niedrige magnetische Sättigungsflussdichte aufweist. Der POWERCORE-Streifen weist eine Sättigung bei einer magnetischen Flussdichte von 1,56 T auf. Der Einheitsverlust bei 50 Hz und 1,35 T beträgt 0,12 W/kg. Der Einheitsverlust bei 50 Hz und 1,5 T beträgt 0,28 W/kg.
Ein weiteres wichtiges Merkmal amorpher Legierungen ist die Anregungsvoltammetrie. Bei 1,3 T beträgt die Erregerspannung einer amorphen Legierung 0,25 V · A/kg, während die Erregerspannung von Elektrostahlblech mit 3 % Siliziumgehalt 0,69 V · A/kg beträgt. Der Effekt einer niedrigen magnetischen Sättigungsflussdichte auf die Anregungsvoltammetrie kann durch die Anregungsvoltammetrie der magnetischen Flussdichte von 1,5 T beobachtet werden. Bei POWERCORFR-Bandstahl kann die Erregerspannung bis zu 1,3 V · A/kg betragen. Der typische Erregervoltamperewert von gewöhnlichem Elektroband beträgt nur 0,94 V · A/kg.
Der derzeit verfügbare POWERCORE-Bandstahl ist immer noch nicht für die Herstellung großer Leistungstransformatorkerne geeignet, obwohl (insbesondere in den Vereinigten Staaten) Tausende von Verteiltransformatorkernen mit einer durchschnittlichen Nennkapazität von 50 kV · A aus amorphen Legierungsmaterialien hergestellt sind. In Europa werden amorphe Legierungen weitaus seltener verwendet als in den Vereinigten Staaten. Die Nutzer kommen hauptsächlich aus den Niederlanden, Schweden, der Schweiz, Deutschland und Ungarn. Der Grund dafür, dass Europa bei der Einführung amorpher Legierungen relativ langsam ist, könnte darin liegen, dass Schmalbandstahl nicht für die in Europa verwendete Eisenkernstruktur geeignet ist. Und gewickelte Eisenkerne sind in den Vereinigten Staaten eine gängige Form von Verteilungstransformatoren. Denn der gewalzte Eisenkern eignet sich besonders für den Einsatz amorpher Legierungswerkstoffe. Im Vereinigten Königreich verwendet nur eine Transformatorenfabrik amorphe Legierungsmaterialien, während andere Transformatorenfabriken diese kaum verwenden. Diese Transformatorenfabrik hat Hunderte kleiner Verteiltransformatoren aus amorphen Materialien hergestellt. Diese Transformatoren haben alle eine gewickelte Eisenkernstruktur. Diese Transformatorenfabrik im Vereinigten Königreich verwendete auch amorphe Legierungsmaterialien zur Herstellung einer kleinen Anzahl von Prüftransformatoren. Berichten zufolge überwiegen die Schwierigkeiten beim Schneiden amorpher Legierungsmaterialien und der Herstellung gewöhnlicher Eisenkernstrukturen die erzielten Vorteile.
Ein weiteres praktisches Problem im Zusammenhang mit amorphen legierten Stahlbändern ist ihr schlechter Laminierungsfaktor. Dies ist auf die geringe Dicke der amorphen legierten Stahlbänder und die mehreren Laminierungsschichten zurückzuführen. Ein weiteres damit verbundenes Problem besteht darin, dass die Ebenheit aufgrund der dünnen Folie schlecht ist. Der Laminierungsfaktor des 0,03 mm dicken nichtkristallinen Eisenlegierungskerns beträgt nur 0,8 und der Laminierungsfaktor des 0,13 mm dicken POWERCORE-Stahlbandes beträgt 0,9. Im Vergleich zu gewöhnlichen Eisenblechkernen aus Elektrostahl haben beide einen Laminierungsfaktor von 0,95–0,98, was sehr schlecht ist.
6. Mikrokristallines Stahlblech
Eine weitere Möglichkeit, die magnetischen und mechanischen Eigenschaften von Elektroblechen zu optimieren, besteht in der Herstellung schnellhärtender Aluminium-Eisen-Legierungen mit hohem Siliziumgehalt, die auf die gleiche Weise wie amorphe Legierungen hergestellt werden. Diese Forschung hat in Japan viel Aufmerksamkeit erregt und er enthält keine glasbildenden Zusätze, was ihn zu einem zähen mikrokristallinen Stahl macht. Wird üblicherweise als mikrokristallines Stahlband bezeichnet. Wir haben bereits Stahlband mit 6 % Siliziumeisen hergestellt, das nachweislich eine höhere Zähigkeit und geringere Verluste aufweist als kommerzielles kornorientiertes Elektroband mit 3 % Kornorientierung. Bei 50 Hz und 1,7 T magnetischer Flussdichte. Der typische angegebene Einheitsverlust für dieses Legierungsmaterial beträgt 0,56 W/kg. Der Vorteil des schnellen Abschreckens von mikrokristallinem Stahl besteht darin, dass er eine höhere magnetische Leitfähigkeit als amorphe Legierungen aufweist.
7. Einführung verbesserter Stahlplatten
Kaltgewalzte kornorientierte Elektrostahlbleche ersetzten fast vollständig die frühen warm{0}gewalzten Elektrostahlbleche, die in den 1940er und 1950er Jahren in der Transformatorenherstellung verwendet wurden, und führten zu neuen Überlegungen im Bereich der Eisenkernkonstruktion. Nachdem die Entwicklung von kornorientierten Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit etwa 30 Jahre lang gefördert und angewendet wurde, verlief sie relativ langsam, hauptsächlich aufgrund ihrer hohen Kosten. Der frühe Einsatz von Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit war im Wesentlichen auf Situationen beschränkt, in denen die genehmigten Kosten für Leerlaufverluste hoch waren. Das Design und die Herstellung von Eisenkernen werden ständig verbessert, um die Leistung neuer Materialien voll auszunutzen. Gleichzeitig sind bestimmte Verbesserungen auch für Designs, die traditionelle Materialien verwenden, von Vorteil. Im Jahr 1981 betrug der weltweite Anteil der Produktion hochmagnetischer kornorientierter Elektrobleche lediglich 12 %; Im Jahr 1995 wurde die Verwendung von Elektroblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit zum Standard. Gleiches gilt für die Situation nach dem Aufkommen lasergravierter Elektrobleche. Nach mehr als einem Jahrzehnt erfolgreicher Entwicklung waren sie sowohl durch Produktions- als auch durch Kostenfaktoren eingeschränkt. Lasergravurfolie wird von vielen immer noch als „besonderes“ Material angesehen, das nur für Transformatoren mit hohen Leerlaufverlustkosten verwendet wird. Die Entwicklungsrichtung des Designs und der Struktur des Eisenkerns kann die Eigenschaften vorhandener Materialien widerspiegeln.
8. Marke von Elektrostahlblech mit Eisenkern
IEC 60404 ist eine internationale Norm für magnetische Materialien, einschließlich Stahlblechen mit Eisenkern. Dies ist ein umfassender Standard, der mehrere Dateien umfasst. Erst Ende der 1980er Jahre wurden Stahlbleche für Leistungstransformatorkerne in die britische Norm BS 601 aufgenommen. Zuvor entsprachen die meisten kaltgewalzten kornorientierten Elektrostahlbleche dieser Norm. Dieser Standard verwendet eine Codierungsmethode zur Identifizierung verschiedener spezifischer Materialien. Beispielsweise stehen 28M4 oder 30M5 für Dicken von 0,28 mm bzw. 0,30 mm, wobei die folgenden Werte den maximalen Einheitsverlust darstellen. Mit der Förderung von Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit wurde diese Kodierungsmethode willkürlich erweitert, um diesem Material Etiketten zuzuweisen. Beispielsweise trägt das Stahlblech mit hoher Permeabilität die Bezeichnung 30M2H, wobei 0,30 mm für die Dicke und 2 für den Verlust pro Einheit steht. Obwohl dieses Label immer noch von Menschen verwendet wird, verwendet der aktuelle Standard nicht mehr das Label 30M2H.
