יתרונות וחסרונות של שנאי סגסוגת אמורפית

בתהליך התיעוש, ההתפתחות המתמשכת של המהפכה התעשייתית הביאה אינספור נוחות לייצור ולחיים של אנשים, אך היא גם הביאה לפגיעה קיצונית בסביבה הטבעית. אנשים הבינו בהדרגה את החשיבות של הגנת הסביבה והעלו את הרעיון של הגנה על הסביבה וחיים דלי פחמן. לידתם של שנאי סגסוגת אמורפית הגיבה לזרם המרכזי של החברה. מאמר זה מציג בעיקר את המאפיינים של חומרי סגסוגת אמורפית ואת היתרונות והחסרונות של ביצועי שנאי סגסוגת אמורפית.

מילות מפתח: יתרונות וחסרונות שלשנאי סגסוגת אמורפית

שנאי סגסוגת אמורפית הם מוצרים היי-טקיים, ידידותיים לסביבה וחוסכים באנרגיה. השפעות החיסכון באנרגיה והגנת הסביבה שלהם הוכרו בינלאומית ומוכרות גם על ידי מערכות החשמל המקומיות ומחלקות הבנייה. נכון להיום, ההיתכנות של טכנולוגיית ייצור ושימוש מוצרים הפכה לבשלה יותר ויותר, והיא צברה יתרון תחרותי בשוק. המאפיינים הבולטים של יעילות גבוהה, יופי והגנה על הסביבה זכו לשבחים ולשבחים פה אחד מרוב המשתמשים, והוא ידוע בתור "המוצר הירוק ההייטק של טרנד החשמל העולמי הנוכחי".

שנאי סגסוגת אמורפית מתייחס לשנאי העשוי מסגסוגת אמורפית לליבת שנאי ומורכב.

סגסוגת אמורפית מתייחסת לחומרי סגסוגת המשתמשים בטכנולוגיית התמצקות מהירה במיוחד במהלך תהליך הייצור, כך שבמבנה המיקרו של החומר, במהלך תהליך התמצקות אטומי המתכת מנוזל (פלדה מותכת) למוצק, לאטומים אין זמן מסדרים גבישים קונבנציונליים. המבנה מתמצק, וחומר הסגסוגת שנוצר עם מבנה אטומי לא מסודר נקרא סגסוגת אמורפית. חומרי סגסוגת אמורפית נמצאו כבעלי חדירות מגנטית מצוינת מאוד, ותהליכי הדה-מגנטיזציה והמגנטיזציה שלהם קלים ביותר להשלמה. בהשוואה לסגסוגות גבישיות, סגסוגות אמורפיות עברו שינויים משמעותיים בתכונות הפיזיקליות, הכימיות והמכניות. בנוסף, חומרי סגסוגת אמורפית נמצאים בשימוש נרחב גם בתחומים רבים כמו אלקטרוניקה, תעופה, תעופה וחלל, מכונות, מיקרואלקטרוניקה וכו'. לדוגמה, בתחום התעופה והחלל, הם יכולים להפחית את משקלם של ספקי כוח וציוד ולהגדיל את המטען. בשימוש בחשמל אזרחי ובציוד אלקטרוני, זה יכול להקטין מאוד את גודל אספקת החשמל, לשפר את היעילות ולשפר את יכולת האנטי-הפרעות. מיקרו ליבות יכולות להיות בשימוש נרחב בשנאים ברשתות דיגיטליות של שירותים משולבים (ISDN). רצועות אמורפיות משמשות לייצור תגי חיישנים למערכות נגד גניבה בסופרמרקטים ובספריות. לסגסוגות אמורפיות יש השפעות מופלאות ובעלות סיכויי שוק רחבים. במהלך תכנית החומש העשירית: העובדים המדעיים והטכנולוגיים של ארצנו בוודאי יתרמו עוד תרומות המושכות את תשומת הלב העולמית בתחום טכנולוגיית הסגסוגות האמורפיות.

אם ניקח לדוגמה סגסוגות אמורפיות הנשלטות על ידי ברזל, יש לה מאפיינים של עוצמת אינדוקציה מגנטית רוויה גבוהה ואובדן נמוך. סגסוגות אמורפיות מבוססות ברזל מפחיתות מאוד את אובדן הליבה בהשוואה לחומרי פלדת סיליקון, ומשיגות יעילות גבוהה והשפעות חיסכון באנרגיה. לכן, כחומר מוליך מגנטי מעולה במיוחד, הוא מוכנס למוצרים הדורשים מעגלים מגנטיים כגון שנאים.

סגסוגות אמורפיות מבוססות ברזל מתחרות בפלדת סיליקון בתחום תדר הספק ותדר בינוני. בהשוואה לס'פלדת איליקון,לסגסוגות אמורפיות על בסיס ברזל יש את היתרונות והחסרונות הבאים.

1) צפיפות השטף המגנטי של הרוויה Bs של סגסוגת אמורפית על בסיס ברזל נמוכה מזו של פלדת סיליקון. עם זאת, תחת אותו שטף מגנטי Bm, כמות אובדן השטף המגנטי של סגסוגת אמורפית על בסיס ברזל קטנה ב-3% מזו של פלדת סיליקון בעובי 0.23 מ"מ. רוב האנשים חושבים שהסיבה להפסד הקטן היא העובי הדק וההתנגדות הגבוהה של רצועת הסגסוגת האמורפית על בסיס ברזל. זה רק היבט אחד. הסיבה החשובה יותר היא שהסגסוגת האמורפית על בסיס ברזל היא אמורפית, והסידור האטומי אקראי. אין אנזוטרופיה מגנטו-גבישית הנגרמת על ידי סידור הכיוון האטומי, ואין גבישיות המייצרת דפורמציה מקומית וסטיית הרכב. גבול תבואה. לכן, מחסום האנרגיה המעכב את תנועת דופן התחום ואת סיבוב המומנט המגנטי הוא קטן מאוד, ויש לו מגנטיות רכה חסרת תקדים, כך שהחדירות המגנטית גבוהה, כוח הכפייה קטן וההפסד נמוך.

2) צפיפות השטף המגנטי התפעולי של ליבת סגסוגת אמורפית מבוססת ברזל היא 1.35T~1.40T, וזו של פלדת סיליקון היא 1.6T~1.7T. משקלו של שנאי תדר הכוח מסגסוגת אמורפית על בסיס ברזל הוא כ-130% ממשקלו של שנאי תדר החשמל מפלדת סיליקון. עם זאת, גם אם המשקל כבד, עבור שנאי תדר חשמל עם אותה קיבולת, אובדן ליבה מגנטית העשויה מסגסוגת אמורפית מבוססת ברזל נמוך ב-70% עד 80% מזה שלפלדת סיליקון.

3) בהתחשב בהפסדים, המחיר הכולל המשוער הוא 89%. זה נמוך בכ-80% מאובדן ללא עומס של שנאי ליבת פלדת סיליקון (הכוונה לאובדן הכוח הנמדד על הראשוני כאשר המשני של השנאי פתוח), ומהזרם ללא עומס (כאשר המשני של השנאי פתוח). השנאי פתוח, יש עדיין זרם מסוים בראשי, חלק זה של הזרם (נקרא זרם ללא עומס) יורד בכ-85%. זהו שנאי הפצה עם אפקט חיסכון באנרגיה אידיאלי כרגע. מתאים במיוחד עבור מקומות עם שיעורי עומס נמוכים כגון רשתות חשמל כפריות ואזורי פיתוח. שימוש בסגסוגות אמורפיות עם חדירות מגנטית יוצאת דופן כחומרי ליבה לייצור שנאים יכול בסופו של דבר להשיג ערכי אובדן נמוכים מאוד.

4) הקשיות של חומר הסגסוגת האמורפית גבוהה מאוד וקשה לחתוך בכלים קונבנציונליים; עובי הגיליון הבודד דק במיוחד ומשטח החומר אינו שטוח במיוחד, כך שמקדם המילוי של הליבה נמוך; הוא רגיש מאוד ללחץ מכני, והמתח והכבידה מתח כיפוף ישפיע על התכונות המגנטיות, והמבנה חייב להיות מתוכנן במיוחד.

5) שנאי הסגסוגת האמורפית מאמץ מבנה אטום לחלוטין, שיכול לעכב את ההזדקנות של שמן שנאי ונייר בידוד. הוא לא רק קומפקטי במבנה, אלא גם בעל יתרונות של יעילות תפעולית גבוהה וללא תחזוקה. לשנאי סגסוגת אמורפית ביצועי פעולה יציבים מאוד עקב הפסדים נמוכים, ייצור חום נמוך ועליית טמפרטורה נמוכה. פיתול המתח הנמוך של שנאי סגסוגת אמורפית מפותל בנייר כסף, עם אובדן נמוך, התנגדות חזקה לקצר ומבנה מתקדם.

6) לסגסוגת אמורפית על בסיס ברזל יש עמידות חזקה יותר לעיוות צורת גל כוח מאשר פלדת סיליקון

נכון לעכשיו, אובדן חומר הליבה של שנאי כוח תדר הכוח נבדק תחת מתח גלי סינוס עם עיוות של פחות מ-2%. עיוות רשת החשמל בתדר החשמל בפועל הוא 5%. במקרה זה, אובדן הסגסוגת האמורפית על בסיס ברזל גדל ל-106% ואובדן פלדת הסיליקון גדל ל-123%. אם ההרמוניות הגבוהות יותר גדולות והעיוות הוא 75% (כגון שנאי מיישר תדר הספק), אובדן הסגסוגת האמורפית על בסיס ברזל גדל ל-160%, ואובדן פלדת הסיליקון גדל ליותר מ-300%. זה מראה שלסגסוגת האמורפית המבוססת על ברזל יש עמידות חזקה יותר לעיוות צורת גל כוח מאשר פלדת סיליקון.

7) העלות של שנאי סגסוגת אמורפית גבוהה מזו של שנאי ליבת פלדת סיליקון, ועלויות העיבוד והייצור של ליבות הסגסוגת האמורפית יקרות יותר מיריעות פלדת סיליקון. מאחר ויריעת פלדת סיליקון היא חומר מגנטי נפוץ, לייצורו ולשימושו יש היסטוריה ארוכה, ונוצרה בחברה שרשרת ושוק תעשייתיים שלמים יחסית. עם זאת, סגסוגת אמורפית היא חומר מתפתח, והשימוש בו לא זכה לפופולריות ולא נוצר בשוק. סדרה של רשתות תעשייתיות שלמות מייצור, ייצור, עיבוד ועד לשימוש. מנקודת מבט כלכלית, סגסוגת אמורפית היא מוצר חדש שלא נשטף על ידי תחרות בשוק. לייצור ולייצור שלו יש מגבלות גדולות, והסחירות שלו עדיין לא חזקה ולכן המחיר יקר יחסית. בדרך כלל, העלות של שנאי סגסוגת אמורפית גבוהה בכ-30% מזו של שנאי ליבת פלדת סיליקון מאותו דגם. בנוסף, תהליך ייצור החומר מפלדת סיליקון בשל והמבנה יציב.

עם זאת, עלות השימוש הכוללת נמוכה מזו של השנאים המסורתיים בשל השפעת החיסכון המשמעותית באנרגיה ועלויות תפעול נמוכות יותר. יחד עם זאת, הוא ממלא תפקיד עצום בהפחתת העומס, הלחץ והעומס על רשת החשמל.

נניח שאובדן העומס (אובדן הנחושת) של שנאי תדר הכוח זהה, וגם מקדם העומס הוא 50%. לאחר מכן, כדי להפוך את אובדן הברזל של שנאי תדר הכוח מפלדת סיליקון זהה לזה של שנאי תדר הכוח מסגסוגת אמורפית מבוססת ברזל, משקלו של שנאי פלדת הסיליקון הוא פי 1.8 מזה של שנאי הסגסוגת האמורפית מבוססת ברזל. לכן, רוב האנשים בסין מסכימים בדרך כלל שהמשקל, העלות והמחיר של שנאי תדר כוח מסגסוגת אמורפית מבוססי ברזל, מלבד רמת ההפסד של השנאי, הם 130% עד 150% מאלה של שנאי תדר כוח מפלדת סיליקון, אשר אינו עומד בדרישות השוק.

עקרון יחס ביצועים-מחיר. במונחים של הפחתת לחץ העומס על רשת החשמל, השוואת התרומות של שני שנאי תדר החשמל, ניתן לראות בבירור שתפקידו של שנאי תדר הכוח מסגסוגת אמורפית מבוססת ברזל ברור מאוד. קח כדוגמה שנאי תלת פאזי של 50Hz, 315kVA: בעת שימוש בליבת פלדת סיליקון, אובדן ללא עומס הוא 0.48KW, וכאשר מקדם העומס הוא 80%, הפסד הוא 3.65KW; כאשר משתמשים בליבת סגסוגת אמורפית מבוססת ברזל, אובדן ללא עומס הוא 0.28KW. כאשר קצב העומס הוא 80%, ההפסד הוא 1.35KW. ניתן לראות מהנתונים שלעיל ששנאי 315KVA עם ליבת סגסוגת אמורפית יכול לקבל 40% עד 60% פחות אובדן מאשר ליבת פלדת סיליקון כאשר אין עומס או עומס. בשנה אחת הוא יכול לחסוך כ-10,000 קילוואט-שעה של חשמל עבור רשת החשמל, תוך הפחתת מקדם העומס של רשת החשמל והפחתת עלויות התפעול של הקווים.

8) התכונות המדהימות של שנאים עם ליבות סגסוגת אמורפית הן חיסכון באנרגיה והגנה על הסביבה. קודם כל, מבחינת הגנת הסביבה, בדיקות טכניות הראו שכאשר משתמשים בליבות ברזל מסגסוגת אמורפית בשנאים טבולים בנפט, הן יכולות להפחית ביעילות את פליטת גזים מזיקים כמו CO, SO, NO וכו', ולהפחית מידת זיהום האוויר, כך שניתן לכנותו אחד ממוצרי החשמל החשובים ביותר במאה ה-21. של "מוצרים ירוקים". שנית, התכונה המשמעותית ביותר של שנאי סגסוגת אמורפית היא שאובדן ללא עומס הוא נמוך מאוד והשפעת החיסכון באנרגיה ברורה. מכיוון שלחומרי סגסוגת אמורפית יש חדירות מגנטית מעולה, קל יותר למגנט או לבטל אותם עם צריכת אנרגיה קטנה מאוד. לכן, אובדן ללא עומס של שנאי סגסוגת אמורפית נמוך בהרבה מזה של שנאים מסורתיים. אם לוקחים את שנאי הסגסוגת האמורפית של 500kVA המיוצר על ידי SEC (American Superconducting Energy Company) כדוגמה, הפסדי ללא עומס של שנאי הסגסוגת האמורפית ושל שנאי S9 הם 190W ו-900W בהתאמה. אובדן ללא עומס של שנאי הסגסוגת האמורפית הוא רק כ-20% מזה של שנאי S9, והשפעת החיסכון באנרגיה משמעותית מאוד. עבור אזורים עם תנודות גדולות בעומס החשמל כגון כבישים מהירים, תשתיות עירוניות ואזורי מגורים, היתרונות של חיסכון באנרגיה של שנאי סגסוגת אמורפית ברורים יותר. בשל אפקט החיסכון המשמעותי באנרגיה, ניתן לחסוך כמות גדולה של השקעה בתחנות כוח, להפחית את צריכת הדלק לייצור חשמל, ובכך להפחית את הזיהום לסביבה האטמוספרית. מקדם ההיצרות של סגסוגת אמורפית על בסיס ברזל גדול, פי 3 עד 5 מזה של פלדת סיליקון. לכן, הרעש של שנאי תדר הכוח מסגסוגת אמורפית מבוססת ברזל הוא 120% מהרעש של שנאי תדר החשמל מפלדת סיליקון, שגדול ב-3~5dB.

מסקנה: מהניתוח לעיל, ניתן לראות שלסגסוגת אמורפית יתרונות רבים. כסוג חדש של חומר חדירות מגנטית, יש לו יתרונות שחמרי פלדת סיליקון מסורתיים אינם יכולים להתאים להם ויש לו סיכויי שוק רחבים. בין הקריאות להגנת הסביבה ושימור האנרגיה, שנאי סגסוגת אמורפית יהפכו לוודאי לזרם המרכזי של השנאים החדשים.