الصلب الكهربائي: ملكيات, يستخدم & كيف تعمل على تشغيل الأجهزة الكهربائية

إذا كنت قد استخدمت الثلاجة من قبل, تشغيل مروحة, أو اعتمد على الألواح الشمسية, لقد استفادت منالصلب الكهربائي. وتسمى أيضا الصلب السيليكون, تم تصميم هذه المادة المتخصصة للتعامل مع الحقول المغناطيسية بكفاءة - مما يجعلها العمود الفقري للمحولات, المحركات الكهربائية, والمولدات. على عكس الصلب العادي, يقلل من فقدان الطاقة (تسمى "الخسارة الأساسية") عندما تتعرض للمغناطيس, وهو أمر بالغ الأهمية لجعل الأجهزة الكهربائية فعالة. في هذا الدليل, سنقوم بتفكيك خصائصها الرئيسية, استخدامات العالم الحقيقي, كيف صنعت, وكيف تقارن بالمواد الأخرى. سواء كنت مهندسًا, الشركة المصنعة, أو مهني الطاقة, سيساعدك هذا الدليل على فهم سبب كون الفولاذ الكهربائي ضروريًا للكهرباء الحديثة.

1. خصائص المواد من الصلب الكهربائي

تكمن القوة العظمى من الصلب الكهربائي في أدائها المغناطيسي. خصائصها مصممة لزيادةنفاذية المغناطيسية (كيف تجري المجالات المغناطيسية) وتقليلالخسارة الأساسية (تضيع الطاقة كحرارة). دعنا نغوص في سماتها.

التكوين الكيميائي

العنصر الرئيسي هنا هو السيليكون - دونه, الصلب العادي سيكون ضياعا للغاية للاستخدام الكهربائي. التكوين النموذجي يشمل:

• الكربون (ج): ≤0.005 ٪ – Extremely low carbon to reduce magnetic hysteresis (سبب رئيسي للخسارة الأساسية).
• السيليكون (و): 1.0 - 4.5% – The “magic ingredient”; silicon increases المقاومة الكهربائية (يبطئ التيارات الدوامة, التي تسبب فقدان الحرارة) ويحسن نفاذية المغناطيسية.
• المنغنيز (MN): 0.15 - 0.50% – Enhances workability (يساعد على تدحرج الفولاذ في أوراق رقيقة) ويقلل من هشاشة السيليكون العالي.
• الفسفور (ص): ≤0.03 ٪ – Minimized to avoid increasing core loss and brittleness.
• الكبريت (ق): ≤0.01 ٪ – Kept very low to prevent the formation of small particles that disrupt magnetic performance.
• عناصر تتبع: كميات صغيرة من الألومنيوم (آل) (0.10 - 0.50%, يعزز المقاومة), الكروم (كر) (≤0.10 ٪, يحسن مقاومة التآكل), أو النيكل (في) (≤0.10 ٪, صقل الخواص المغناطيسية) -يضاف بجرعات صغيرة إلى الأداء الدقيق.
• الموليبدينوم (شهر), الفاناديوم (الخامس), التنغستن (ث): نادرا ما تستخدم (≤0.05 ٪ لكل منهما) -فقط في الدرجات عالية الأداء للمحركات المتخصصة.

الخصائص الفيزيائية

هذه السمات مهمة للأداء المغناطيسي والحراري:

الخصائص الميكانيكية

الفولاذ الكهربائي أكثر ليونة من الفولاذ العادي-التخلص من الأداء المغناطيسي الأفضل:

• صلابة: 80 - 130 HB (برينيل) - لينة بما يكفي لتدحرج في صفائح رقيقة (0.10 - 0.50 سماكة) دون تكسير.
• قوة الشد: 300 - 500 MPA - أضعف من الصلب العادي ولكنه قوي بما يكفي لاستخداماته (على سبيل المثال, دعم النوى المحول).
• قوة العائد: 200 - 350 MPA - ينحني قليلاً تحت الضغط (على سبيل المثال, during motor assembly) لكن يعود إلى الشكل.
• استطالة: 10 - 25% - يمتد بما يكفي لتشكيله في أشكال معقدة (على سبيل المثال, النوى المحرك المنحنية) دون كسر.
• تأثير المتانة: 20 - 50 J/cm² - معتدل (الدرجات الأكثر ليونة أكثر هشاشة) -غير مصمم للاستخدام عالي التأثير, مجرد أداء مغناطيسي.
• مقاومة التعب: جيد - يقاوم الدورات المغناطيسية المتكررة (على سبيل المثال, محرك يعمل 24/7) دون تحلل.

خصائص أخرى

هذه هي السمات التي تجعل الفولاذ الكهربائي فريدًا للأجهزة الكهربائية:

• تباين مغناطيسي: الخواص المغناطيسية الاتجاهية-الصلب الكهربائي الموجهة للحبوب (يذهب) لديه نفاذية أفضل على طول اتجاه واحد (مثالي للمحولات), بينما غير موجه (NOES) موحد (جيد للمحركات).
• الخسارة الأساسية: 0.10 - 2.0 ث/كغ (في 50/60 هرتز) - أقل بكثير من الصلب العادي (10+ ث/كغ) - يحفظ الطاقة (على سبيل المثال, يستخدم المحول ذو الخسارة الأساسية المنخفضة 10-20 ٪ من الكهرباء).
• تحريض التشبع: 1.5 - 2.0 ر (تسلا) - مرتفع بما يكفي لتوليد حقول مغناطيسية قوية (حاسم للمحركات القوية أو المولدات).
• جودة الحافة: سلس, حواف خالية من الأشرار-يمنع التيارات الدوامة من التركيز على الحواف الخشنة (مما يزيد من الخسارة الأساسية).
• الانتهاء من السطح: طبقة عزل رقيقة (0.5 - 2 μM) - مغلفة على ملاءات لمنع التقصير الكهربائي بين الطبقات (على سبيل المثال, في النوى المحولات المكدسة من أوراق رقيقة).

2. تطبيقات الصلب الكهربائي

يعتمد كل جهاز يستخدم المغناطيس أو الكهرباء على الفولاذ الكهربائي. فيما يلي أهم استخداماتها:

محولات

محولات (التي تنبعث من الكهرباء لأعلى/لأسفل لشبكات الطاقة أو الإلكترونيات) استخدم الفولاذ الكهربائي لنوىهم:

• محولات الطاقة (على نطاق الشبكة): استخدم الفولاذ الكهربائي الموجهة للحبوب (يذهب) - نفاذية الاتجاه يقلل من الخسارة الأساسية, توفير الطاقة في توزيع الطاقة.
• محولات صغيرة (أجهزة شحن الهاتف, أجهزة التلفزيون): استخدم الفولاذ الكهربائي غير الموجود (NOES) - أرخص وأسهل في النوى الصغيرة.

المحركات الكهربائية

المحركات (في السيارات, الأجهزة, المصانع) تعتمد عليه لتوليد عزم الدوران:

• محركات الأجهزة المنزلية: الثلاجات, الغسالات, المعجبين - استخدم NOES (نفاذية موحدة تعمل لدوار الحقول المغناطيسية).
• سيارة كهربائية (eV) المحركات: يذهب NOES عالي الأداء أو الخسارة المنخفضة-يقلل من الخسارة الأساسية لتمديد عمر بطارية EV (كل 1% انخفاض الخسارة الأساسية = 2-3 ٪ المدى الأطول).
• المحركات الصناعية: محركات المصنع الكبيرة-استخدم noes ذات مقياس كثيف (0.35-0.50 مم) للمتانة والكفاءة.

المولدات

المولدات (الطاقة الشمسية, رياح, المائية) استخدم الفولاذ الكهربائي لتحويل الحركة إلى الكهرباء:

• مولدات توربينات الرياح: استخدام الخسارة المنخفضة-يتعامل مع الحقول المغناطيسية العالية ويقلل من نفايات الطاقة (حاسم لزيادة إنتاج طاقة الرياح).
• محولات العاكس الشمسية: استخدم نوى NOES الصغيرة - يحول الطاقة الشمسية DC بكفاءة إلى طاقة شبكة AC.

الأجهزة الكهربائية

حتى الأجهزة الصغيرة تستخدم الصلب الكهربائي:

• محولات الميكروويف: استخدام يذهب لتوليد الجهد العالي للطبخ.
• فراغ محركات نظافة: استخدم نوى Noes Tiny - قوى المروحة مع تقليل الحرارة إلى أدنى حد.

معدات توزيع الطاقة

تعتمد البنية التحتية للشبكة:

• المفاتيح: يستخدم نوى الصلب الكهربائي في المحولات الحالية (لقياس تدفق الكهرباء بأمان).
• منظمات الجهد: استخدام يذهب لتحقيق الجهد الشبكة, تقليل نفايات الطاقة.

3. تقنيات التصنيع للصلب الكهربائي

صنع الفولاذ الكهربائي دقيق - كل خطوة تؤثر على أدائها المغناطيسي. ها هي العملية:

1. الذوبان والصب

• عملية: مواد خام (خام الحديد, السيليكون, المنغنيز) يتم ذوبان في فرن القوس الكهربائي (EAF). يضاف السيليكون للوصول إلى 1-4.5 ٪ (أعلى السيليكون = فقدان الأساس المنخفض ولكن المزيد من الهشاشة). الصلب المنصهر يلقي في ألواح (200-300 مم سميكة) عن طريق الصب المستمر.
• الهدف الرئيسي: الحفاظ على الكربون والكبريت منخفضة منخفضة (<0.005% كل) - حتى الكميات الصغيرة تدمر الأداء المغناطيسي.

2. المتداول الساخن

• عملية: يتم تسخين الألواح إلى 1100-1200 درجة مئوية (حار) وتدحرجت في لفائف سميكة (2-5 مم سميكة). تتدحرج الساخنة تحطم الحبوب الحديدية الكبيرة, تحضير الفولاذ لفة البرد.
• نصيحة رئيسية: التبريد البطيء بعد المتداول الساخن يمنع هشاشة (حاسمة لدرجات Silicon عالية).

3. المتداول البارد (الخطوة الأكثر أهمية!)

المتداول البارد يخفف من الصلب ويحاذا الحبوب (للأداء المغناطيسي):

• الصلب الكهربائي غير الموجود (NOES): تدحرجت إلى 0.10-0.50 مم في ممر واحد - تبقى الحبوب عشوائية (نفاذية موحدة).
• الفولاذ الكهربائي الموجهة للحبوب (يذهب): تدحرجت في ممرين: أولا 1-2 مم, ثم الصلب (ساخنة) لمحاذاة الحبوب, ثم تدحرجت مرة أخرى إلى 0.15-0.30 مم - تصطف الحبوب في اتجاه واحد (Max نفاذية على طول هذا المحور).

4. المعالجة الحرارية

• الصلب: يتم تسخين الألواح التي تدوم البرد إلى 800-1100 درجة مئوية في جو وقائي (لتجنب الأكسدة). هذا:
  • يخفف الصلب (يحسن قابلية العمل).
  • محاذاة الحبوب (للذهاب, يخلق "نسيج غوس" - تواجه الحبوب اتجاه المتداول, تعزيز النفاذية).
  • يقلل من الإجهاد الداخلي (يمنع التزييف في الاستخدام).
• إزالة الكرب: للذهاب عالي الجودة, الصلب في جو منخفض الكربون يزيل أي الكربون المتبقي (<0.003%) - حاسم للفقدان الأساسي المنخفض.

5. عزل السطح

• عملية: طبقة عزل رقيقة (0.5-2 ميكرون) يتم تطبيقه على الأوراق. الطلاء المشترك:
  • الطلاء غير العضوي: الفوسفات المغنيسيوم (للذهاب) -مقاوم للحرارة ويمنع التقصير بين الأوراق المكدسة.
  • الطلاء العضوي: الايبوكسي (ل NOES) - أرخص وأسهل في التقديم (تستخدم في المحركات الصغيرة).
• الهدف الرئيسي: تأكد من أن الطلاء نحيف (لا يضيف الجزء الأكبر) لكنها فعالة (لا يوجد تسرب كهربائي بين الأوراق).

6. قطع وتشكيل

• عملية: يتم قطع الملفات إلى أوراق أو مختومة في الأشكال (على سبيل المثال, محول التصفيات الأساسية, أسنان الجزء الثابت المحرك).
• نصيحة رئيسية: للذهاب, قطع على طول اتجاه الحبوب (للحفاظ على نفاذية عالية); ل NOES, لا يهم القطع الاتجاه.

7. مراقبة الجودة والتفتيش

• الاختبار المغناطيسي: يقيس الخسارة الأساسية (باستخدام إطار إبشتاين) ونفاذية (مع مقياس المغنطيسية) - يجب أن تلبي معايير الصناعة (على سبيل المثال, IEC 60404 للخسارة الأساسية).
• التحليل الكيميائي: يتحقق من السيليكون, الكربون, ومستويات الكبريت-الكربون المنخفض للغاية غير قابل للتفاوض.
• الشيكات الأبعاد: يتحقق سمك الورقة (± 0.005 مم للدرجات الرقيقة) وحافة نعومة (no burrs >0.01 mm).
• التفتيش الطلاء: اختبارات مقاومة العزل (لا يوجد تسرب كهربائي بين الأوراق) والالتصاق (الطلاء لا يقشر أثناء الانحناء).

4. دراسات الحالة: الصلب الكهربائي في العمل

توضح الأمثلة في العالم الحقيقي كيف يحسن الصلب الكهربائي الكفاءة ويقلل من التكاليف. هنا 3 الحالات الرئيسية:

دراسة حالة 1: كفاءة محرك EV مع الفولاذ الكهربائي منخفض الخسارة

تكافح مصنع EV مع نطاق بطارية قصير - تستخدم محركاتها النوى الفولاذية العادية, التي كان لها خسارة جوهرية عالية (2.5 ث/كغ), إهدار الطاقة كحرارة.

حل: التحول إلى NOES عالية silicon (3.5% السيليكون, الخسارة الأساسية = 0.8 ث/كغ) لثاتات المحرك والدوارات.
نتائج:

• تخفيض الخسارة الأساسية 68% - انخفضت حرارة المحرك بواسطة 40%, لذلك تم استخدام طاقة أقل للتبريد.
• زاد نطاق EV بواسطة 15% (من 300 كم إلى 345 كم) - حاسم لرضا العملاء.
• تكاليف التصنيع من قبل 5% (الصلب منخفض الخسارة أغلى قليلاً) لكن تعويضه عن ارتفاع مبيعات EV (نطاق أفضل = المزيد من المشترين).

لماذا نجحت: تباطأت المقاومة الكهربائية العالية من الصلب العالي من الصلب التيارات الدوامة, قطع الخسارة الأساسية وتوفير طاقة البطارية.

دراسة حالة 2: مولد توربينات الرياح مع يذهب

كان لدى مشغل مزرعة الرياح النفايات العالية للطاقة - استخدم المولدات الخاصة بهم noes, التي كان لها خسارة أساسية 1.5 ث/كغ, تقليل ناتج الطاقة.

حل: تمت ترقيته إلى الفولاذ الكهربائي الموجهة للحبوب (يذهب, الخسارة الأساسية = 0.3 ث/كغ) لنوى المولدات.
نتائج:

• تخفيض الخسارة الأساسية 80% - تحسنت كفاءة المولد من 92% ل 96%.
• زاد إنتاج الطاقة السنوي بواسطة 4% (لكل توربين) -لمزرعة 100 توربين, هذا 4 إضافية GWH/سنة (يكفي للسلطة 300 المنازل).
• وقت الاسترداد: 2 سنوات - غطت إيرادات الطاقة الإضافية تكلفة ترقية النوى.

لماذا نجحت: نفاذية الاتجاه في GOES أجريت حقول مغناطيسية بشكل أكثر كفاءة, قطع نفايات الطاقة في المولد.

دراسة حالة 3: محركات الثلاجة المنزلية مع noes رقيقة

أرادت علامة تجارية الثلاجة أن تجعل أصغر, ثلاجات أكثر هدوءًا - لكن محركاتها الحالية تستخدم noes الكثيفة (0.50 مم), التي كانت ضخمة وكان لها خسارة كبيرة (1.2 ث/كغ).

حل: تحول إلى NOES الرقيقة (0.20 مم, الخسارة الأساسية = 0.6 ث/كغ) للنوى الحركية.
نتائج:

• حجم المحرك انخفض بواسطة 30% - أصبحت الثلاجات 15% أنحف (نقطة بيع رئيسية).
• تخفيض الخسارة الأساسية 50% - انخفض استخدام طاقة الثلاجة 8% (يلبي معايير كفاءة الطاقة مثل نجم الطاقة).
• الضوضاء خفضت من قبل 10 ديسيبل - كانت الثلاجات الأكثر هدوءا 25% تقييمات العملاء أعلى.

لماذا نجحت: أوراق NOES الرقيقة خفضت التيارات الدوامة (الخسارة الأساسية) ودع المحرك مصمم أصغر, بينما لا تزال قوية بما يكفي لاستخدام الثلاجة.

5. الصلب الكهربائي مقابل. مواد أخرى

الفولاذ الكهربائي هو المادة الوحيدة المصممة للكفاءة المغناطيسية - هنا كيف تقارن بالبدائل:

الوجبات الرئيسية: الفولاذ الكهربائي هو المادة الوحيدة ذات الخسارة الأساسية المنخفضة ونفاذية عالية - تهدئة الكثير من الطاقة أو لا يمكنها إجراء حقول مغناطيسية. يذهب هو الأفضل للمحولات (احتياجات الاتجاه), في حين أن NOES أفضل للمحركات (الحقول الدوارة).

وجهة نظر Yigu Technology حول الصلب الكهربائي

في Yigu Technology, الصلب الكهربائي هو الذهاب إلى العملاء بناء الأجهزة الكهربائية الفعالة-من محركات EV إلى توربينات الرياح. نوصي NOES بمعظم تطبيقات المحرك (فعالة من حيث التكلفة, سهل التشكيل) ويذهب للمحولات الكبيرة (أدنى خسارة أساسية, أقصى وفورات الطاقة). نساعد العملاء أيضًا على تحسين السماكة: أوراق أرق (0.15-0.20 مم) خفض الخسارة الأساسية ولكن تكلف أكثر, لذلك نحن نوازن بين الأداء والميزانية. لعملاء EV وعملاء الطاقة المتجددة, الفولاذ الكهربائي منخفض الخسارة هو "لا بد منه"-إنه يحسن مباشرة عمر البطارية وإخراج الطاقة. تركز فحص الجودة لدينا على الخسارة الأساسية ومواءمة الحبوب, ضمان كل دفعة تلبي أعلى معايير الكفاءة.