ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ С МАГНИТОПРОВОДОМ ИЗ АМФОТЕРНЫХ СПЛАВОВ

Охотников Михаил Валерьевич

канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры Электромеханики

Уфимский государственного авиационного технического университета,

РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа

E-mail: 

Токарчук Анастасия Игоревна

студент кафедры Электромеханики Уфимского государственного
авиационного технического университета,

РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа

Е-mail: 89173623401@yandex.ru

Ахмеров Рустем Равилевич

студент кафедры Электромеханики Уфимского государственного
авиационного технического университета,

РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа

Е-mail: Axmerovrustem@list.ru

Зайцева Марина Борисовна

студент кафедры Электромеханики Уфимского государственного
авиационного технического университета,

РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа

Е-mail: Zaytseva2008@ mail.ru

Зарипова Венера Альфировна

студент кафедры Электромеханики Уфимского государственного
авиационного технического университета,

РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа

Е-mail: 

">venera_9n@mail.ru

USE TRANSFORMERS WITH A MAGNETIC CORE OF AMORPHOUS ALLOYS

Mikhail Okhotnikov

ph.D., Senior Lecturer, Department of Electromechanics Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa

Tokarchuk Anastasiya Igorevna

student at the department of Electromechanics Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa

Rustem Akhmerov

student at the department of Electromechanics Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa

Marina Zaytseva

student at the department of Electromechanics Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa

Venera Zaripova

student at the department of Electromechanics Ufa State Aviation Technical University,

Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa

АННОТАЦИЯ

Данная работа посвящена рассмотрению применения трансформаторов с магнитопроводом из аморфных сплавов для экономии электроэнергии за счет применения трансформаторов с уменьшенными потерями холостого хода.

Результаты, полученные в данной работе, показывают, что использование аморфных трансформаторов подходят для практического использования.

ABSTRACT

This work is devoted to the use of transformers with a magnetic core of amorphous alloys for energy savings through the use of transformers with reduced no-load losses.

The results obtained in this study indicate that the use of amorphous transformers are suitable for practical use.

Ключевые слова: аморфный расплав; трансформатор; магнитопровод; потери; холостой ход; материал.

Keywords: amorphous alloy; transformer; magnetic circuit; losses; idling; material.

В трансформаторе потери делятся на две различные категории: нагрузочные потери, вызванные нагрузками на трансформатор, во время конвертации электричества и потери холостого хода.

Нагрузочные потери в зависимости от увеличения нагрузок вариативны, в то время как потери холостого хода имеют постоянную величину, независимо от нагрузок. Поэтому очень важно минимизировать потери холостого хода, которые обязательно будут присутствовать на протяжении всего срока использования трансформатора.

В работе предложено использование принципиально новых трансформаторов с аморфными магнитопроводами, которые снижают потери холостого хода, благодаря использованию аморфных сплавов в сердечнике.

Аморфные (нанокристаллические) сплавы, представляют собой новый класс металличес­ких материалов с беспорядочной структурой на атомном уровне [2.]. Отличительной особенностью таких материалов является то, что они имеют в 3–7 раз меньшие удельные потери при перемагничивании по сравнению с электротехническими ста­лями.

Исходным материалом для производства магнитопроводов энергоэффективных трансформаторов служит лента, получае­мая методом сверхбыстрого (со скоростью порядка 106 К/с) ох­лаждения струи готового аморфного нано-кристаллического расплава, который выливается на поверхность барабана, враща­ющегося с большой скоростью.

Рисунок 1. Схема поступления аморфного раствора на барабан, где 1 – аморфный расплав; 2 – плавильная камера; 3 – лужа расплава; 4 – лента; 5 – охлаждающая поверхность

Рисунок 2. Упрощенная схема установки, для изготовления ленты из аморфного расплава, где 1 – печь; 2 – аморфный расплав; 3 – резервуар; 4 – дозатор; 5 – лента из аморфного расплава; 6 – устройство непрерывного технологического контроля; 7 – устройство, осуществляющее непрерывное охлажде­ние ленты

Получаемую из аморфного расплава ленту отжигают в среде инертного газа при воздействии магнитного поля напряженностью 800 А/м, что позволяет получить значи­тельно меньшую площадь петли гистерезиса, чем у трансформаторной стали, и, следовательно, достичь намного меньших потерь ХХ в. аморфном магнитопроводе трансфор­матора. Так как аморфная лента имеет малую толщину (0,024 мм), ee сворачивают в пять слоев в рулон, тем самым увеличивая ее толщину в 5 раз, затем изготовляют из нее витые конструкции магнитопроводов распредели­тельных трансформаторов.

Свойства аморфных (некристаллических) сплавов [1]:

1. Холоднокатанная электротехническая сталь с ориентированными зернами (кисталлическая):

1. Регулярная атомная структура

• Кристаллическая магнитная анизотропия
• Низкое удельное электрическое сопротивление  

2. Толщина (от 0,23 до 0,35 мм)

• Почти в десять раз толще пластин из аморфного сплава

2. Аморфный (некристаллический) сплав

3. Нерегулярная атомная структура

• Отсутствие кристаллической магнитной анизотропии
• Электросопротивление в два и более раз выше, чем у холоднокатаной электротехнической стали с направленной кристаллической структурой.

4. Толщина (0,025 мм)

• Около одной десятой толщины пластин из холоднокатаной электротехнической стали с направленной кристаллической структурой

Потери на холостом ходу составляют всего одну треть потерь трансформаторов с сердечником из холоднокатаной электротехнической стали с направленной кристаллической структурой.

В настоящее время накоплен определенный опыт экс­плуатации аморфных распределительных трансформаторов в распредсетях, позволяющий провести сравнительный ана­лиз потерь ХХ в. энергоэффективных и традиционных кон­струкциях распределительных трансформаторов. Основ­ные результаты этого анализа приведены в табл. 1, содер­жащей усредненные значения потерь ХХ для силовых транс­форматоров на номинальное напряжение 10 кВ мощностью от 25 до 2500 кВ·А.

Таблица 1.

Ана­лиз потерь ХХ в. энергоэффективных и традиционных кон­струкциях распределительных трансформаторов

Как видно из табл. 1, использование в магнитопроводах распределительных трансформаторов аморфных сплавов вме­сто трансформаторной стали позволяет сократить потери ХХ в. 4–5 раз. Такие трансформаторы стоят дороже, однако за счет своей экономичности в долгосрочной перспективе с эко­номической точки зрения их намного выгоднее применять, чем трансформаторы с магнитопроводом, из­готовленным из трансформаторной стали.

Учитывая выше изложенное, спрос на аморфные распре­делительные трансформаторы, имеющие исключительно низ­кие потери ХХ, повышенную надежность и другие техничес­кие характеристики, значительно превышающие соответству­ющие характеристики традиционных конструкций трансфор­маторов, непрерывно растет. Об этом, в частности, свиде­тельствует такой факт: в США, Японии, Европе, странах Юго-Восточной Азии в настоящее время уже эксплуатируется более 100 тыс. единиц аморфных распределительных транс­форматоров. Не так давно был изготовлен и начал работать крупнейший в Европе трехфазный распределительный транс­форматор мощностью 1600 кВ·А с сердечником из аморф­ной стали (рис. 3).

Рисунок 3. Трехфазный распределительный транс­форматор мощностью 1600 кВ·А с сердечником из аморф­ной стали

Рисунок 4. Трансформатор АТМГ «Трансформер» – масляный герметичный с аморфным сердечником

В связи с переходом на изготовление крупногабаритных магнитопроводов энергоэффективных трансформаторов из ленты, получаемой методом сверхбыстрого охлаждения струи готового аморфного расплава, потребовалось создание прин­ципиально новой технологии производства таких магнитопро­водов. Поэтому в целом конструкция магнитопроводов таких трансформаторов претерпела наибольшие изменения. Так, в отличие от традиционных конструкций трансформаторов, у которых магнитопровод из трансформаторной стали являет­ся несущей конструкцией, поддерживающей всю активную часть, аморфный магнитопровод, изготовленный из аморф­ной ленты, из-за низкой механической прочности не допускает воздействия на него чрезмерной весовой нагруз­ки. Поэтому он крепится к обмоткам, расположенным на не­сущей базе, и требует дополнительных мероприятий по уве­личению жесткости конструкции. Так как до настоящего вре­мени еще не накоплен достаточный опыт эксплуатации та­кой конструкции магнитопровода энергоэффективных транс­форматоров, требуется проведение дальнейших испытаний и оценка соответствия основных характеристик таких магнито­проводов (как и аморфных трансформаторов в целом) отрас­левым стандартам и нормам, установленным для силовых трансформаторов применительно к различным условиям эксплуатации.

Список литературы:
1.    Аморфный сплав для энергоэффективного распределительного трансформатора / JASE-W Японские продукты и технологии интеллектуальной энергетики, 2013 г.
2.    Масляные энергосберегающие трансформаторы / Кравченко А., Метельский В., – Электрик. – 2013 г., № 5.
3.    Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / Вольдек А.И., Попов В.В. – СПб.: Питер, 2008 г.
4.    Электроснабжение нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов / Шабанов В.А., Алексеев В.Ю. – Уфа: ООО «Монография», 2010 г.