Tehnologia de Fabricare a Miezului Feromagnetic la Transformatoare Electrice

CAPITOLUL 1

GENERALITĂŢI

1. CLASIFICAREA MIEZURILOR MAGNETICE

Miezurile magnetice se pot clasifica după mai multe criterii.

După natura fluxului magnetic, se deosebesc:

- miezurile magnetice pentru flux variabil în timp;

- miezurile magnetice pentru flux constant în timp.

Se cunosc două cazuri de variaţie a fluxului magnetic (corespunzătoare celor două feluri de magnetizări),- şi anume:

- fluxul variabil in timp cu frecvenţa curentului alternativ care-l pro¬duce - magnetizare ciclică - ca la transformatoare şi aparate de c.a. ;

- flux variabil (în miez), ca urmare a rotirii miezului într-un câmp magnetic constant în timp sau invers – magnetizare de rotaţie – ca la maşinile electrice rotative.

După forma materialului din care se confecţionează, se deosebesc:

- miezuri magnetice din tole (pentru flux variabil şi constant) - miezuri magnetice masive (numai pentru flux constant).

După forma miezului magnetic, pot fi :

- miezuri magnetice compacte (v. fig. 2.6) ;

- miezuri magnetice divizate, din pachete cu canale de răcire între ele (v. fig. 2.7 ).

2. MATERIALE UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA MIEZURILOR MAGNETICE

Se ştie că la trecerea fluxului magnetic prin miez prezintă importanţă două elemente şi anume :

- solenaţia, care produce câmpul magnetic;

- pierderile ce apar în miezul magnetic.

În construcţia miezurilor magnetice trebuie ca solenaţia necesară producerii unui flux magnetic să fie cît mai mică (consum de energie redus) chiar pentru fluxuri mari.

Pentru o anumită secţiune a miezului (SFe), flux magnetic mare înseamnă inducţie magnetică (BFe) mare.

În acest caz, pentru a obţine o solenaţie mică, trebuie ca după curba de magnetizare a materialului din care este confecţionat miezul B = f(H) - care este o caracteristică a materialului - pentru inducţia din fier BFe să rezulte o intensitate a câmpului magnetic H mică (curba 1, fig. 1.1).

Fig. 1.1. Curba de magnetizare

B= f(H), a materialului.

Pierderile în miezul magnetic – numite pierderi principale în fier- apar numai în cazul fluxurilor variabile, datorită curenţilor turbionari din tolele miezului - pierderi prin cureţi turbionari - şi datorită fenomenului de histerezis –pierderi prin histerezis. Pierderile prin histerezis sunt proporţionale cu aria ciclului de histerezis (fig. 1.2).

Fig. 1.2. Aria ciclului de histerezis.

De obicei. Aceste pierderi se calculează global cu relaţia :

(1.1)

în care :

P10/50 sînt pierderi specifice (W/kg), reprezentând pierderile pentru 1 kg din miezul magnetic la frecvenţa de 50 Hz şi inducţia de 1T, în W/kg ;

f este frecvenţa de variaţie a fluxului magnetic din miez, în Hz;

BFe - inducţia magnetică în miez, în T;

GFe - masa porţiunii din miezul magnetic în care se calculează pier¬derile, în kg (masa netă a fierului) ;

kp - coeficient (tehnologic) de majorare a pierderilor în fier, datorit㬠confecţionării miezului magnetic din tole.

Pentru magnetizarea ciclică, f este chiar frecvenţa curentului alternativ care o produce, iar pentru magnetizarea de rotaţie :

(1.2)

unde:

p este numărul de perechi de poli ai maşinii ;

n —turaţia, în rot /min.

Pierderile specifice (p10/50) şi curba de magnetizare B= f(H) sunt carac¬teristici de material şi sunt date direct de fabrica ce livrează materialul pentru confecţionarea miezului magnetic. Rezultă că pentru obţinerea unor carac¬teristici superioare ale produsului este necesar ca :

- solenaţia pentru magnetizare să fie mică (câmpul H — mic) ;

- pierderile specifice (p10/50) să fie mici, pentru flux variabil), ceea ce se poate obţine prin utilizarea unui material caracterizat printr-un ciclu de histerezis cu o pantă cât mai mare şi o suprafaţă cât mai mică.

În acest scop, pentru confecţionarea miezurilor magnetice se folosesc materiale feromagnetice sub formă de table laminate (din care se fac tolele) sau sub formă masivă - turnate, laminate sau forjate.

Pentru reducerea pierderilor specifice, tablele pentru tole sunt din oţel aliat cu siliciu (2—4% Si), numit şi oţel electrotehnic slab aliat, mediu aliat sau puternic aliat in funcţie de procentul de siliciu ; grosimea lor este de 0,3 —0,35 mm (pentru transformatoare şi aparate electrice) şi de 0.5 mm pentru maşini rotative).

Adaosul de siliciu reduce pierderile specifice in fier, însă măreşte con¬comitent câmpul H, necesitând un curent de magnetizare mai mare. În fi¬gura 1.1 este reprezentată curba de magnetizare B= f(H), procentul de si¬liciu fiind variabil (curba 1 cel mai mic, curba 3 cel mai mare).

Tablele obţinute prin metode obişnuite la laminare se numesc table de oţel electrotehnic (table silicioase) laminate la cald. Calităţile tablei silicioase laminate la cald sînt date de SI'AS 673-67.

În ultimul timp se foloseşte tabla silicioasă laminată la rece in două variante :

- cu cristale orientate in direcţia liniilor de câmp magnetic (pentru redu¬cerea lui H - deci a solenaţiei), utilizată, în special, la transformare şi aparate electrice (unde liniile de câmp au o direcţie bine stabilită) şi la maşinile electrice foarte mari (P> 100 MW), cu pierderi specifice p10/50=0,4–1,7 W/kg ;

- cu cristale neorientate, utilizată la maşinile electrice rotative, unde câmpul magnetic este radial, cu p10/50 =2–3 W/kg.

Pentru evitarea creşterii pierderilor prin curenţi turbionari la miezul împachetat, datorită scurtcircuitării tolelor, acestea sunt izolate între ele; izolaţia se aplică fie după ştanţarea tolei, sub forma de peliculă de lac, în cazul tablei laminate la cald, fie direct de fabrica furnizoare sub forma unui strat subţire în cazul tablei laminate la rece.

Rezultă că tabla laminată la rece, în comparaţie cu cea laminată la cald,prezintă următoarele avantaje:

-pierderi specifice (p10/50) reduse;

-solenaţie de magnetizare redusă;

-posibilitatea izolării tablei cu pelicule foarte subţiri şi uniforme.