方向性電磁鋼板（ケイ素鋼）の製品現状と開発動向

方向性電磁鋼板の全体的な開発方向

方向性電磁鋼板は一般に方向性珪素鋼と呼ばれ、電力変圧器や大型回転機の中核材料です。{0}}その開発は、より低い鉄損、より高い磁気誘導、およびより薄いゲージという 3 つの目標によって推進されています。これらの改善により、変圧器の無負荷損失が直接削減されます。変圧器の無負荷損失は、機器の耐用年数全体を通じて電力会社に請求されるため、キログラムあたりのワット数がわずかに減少するだけでも、変圧器全体で大量のエネルギーが節約されます。{3}}

グレードと試験は、GB/T 2521 や IEC 60404 などの規格で定義されており、損失は 1.7 T および 50 Hz でエプスタイン法によって測定されます。同じフレームワークが、以下で説明する薄型および高誘導グレードにも適用されます。-

超-低鉄損技術

3 つの製造技術によりコア損失が低減されます。

磁区の細分化: レーザースクライビングまたは同様の処理により、ストリップ表面の磁区が細分化されます。これにより、異常な渦電流損失が減少し、方向性鋼の総鉄損が 10% ～ 20% 低下します。-

堆積張力コーティング: 両面に適用される高張力無機コーティングにより、シートの単位重量あたりの損失が減少し、積層係数と取り扱い動作も改善されます。{0}

より薄いゲージ: 厚さを 0.30 mm および 0.27 mm から 0.23 mm、0.20 mm、そして最終的に 0.15 mm に減らすと、渦電流損失は厚さの 2 乗に比例するため、渦電流損失が大幅に削減されます。 0.20 mm グレードは、航空機や海洋電源などの 400 Hz 磁気回路用の標準的な軟磁性材料であり、高い周波数での高誘導と低損失を組み合わせています。

超-高磁気誘導グレード

高い磁気誘導により、変圧器の設計者は動作磁束密度を高めることができ、これによりコア断面積が減少し、同じ電力でも変圧器のサイズと重量が減少します。{0}} 2 回または 3 回の再結晶化、または高温勾配焼鈍プロセスを使用することで、最新のグレードは 800 A/m の磁場強度で 1.95 T ～ 2.0 T の磁気分極 B8 を達成します。{2} UHV 送電機器や大型発電機変圧器など、変圧器の重量と寸法が重要な場合には、高誘導グレードが指定されています。-

デュアル-配向および 6.5% Si グレード

細粒二方向性珪素鋼-は、酸化珪素-脱炭ルートによって製造され、立方晶組織を発達させるため、圧延方向と横方向の両方で高い誘導性を示します。その B8 は両方向で 1.85 T ～ 1.90 T に達し、厚さ 0.30 mm でコア損失 P1.7/50 は 1.02 W/kg 未満で、磁歪は両方向で低くなります。この材料は、磁束の方向が連続的に変化する回転機械や特殊なコアにとって興味深いものです。

シリコン含有量が 6.5 wt% まで増加すると、材料は磁歪がほぼゼロになり、電気抵抗率が高く、渦電流損失が低くなり、高い周波数で優れた性能が得られます。-したがって、高ケイ素鋼は、低ノイズ、低-損失の高周波変圧器やリアクトルの理想的な候補です。-高ケイ素鋼は、ケイ素含有量が高いためストリップが脆くなり、圧延が困難になるため、依然として活発な研究課題です。

応用分野

高効率電力変圧器: UHV 送電変圧器と配電変圧器は、厳格な無負荷損失制限を満たす必要があります。-

新エネルギー機器: 風力および太陽光インバーター、EV 充電パイル用の高周波変圧器。-

ハイエンド電気機器: 低磁歪と安定した性能が重要となる精密計器用変圧器と高周波リアクトル。-

今後の研究の方向性

抑制剤を含まない方向性鋼-は、従来の抑制剤の化学反応を回避し、スラブ加熱温度を低くし、脱炭ステップを省略できるため、その製造は製造現場で部分的に導入されています。三重再結晶によって製造される 0.1 mm 未満の非常に薄いストリップ、高飽和誘導を備えた方向性純鉄板、および高絶縁性で無公害の絶縁および結合コーティングについては、さらなる研究が必要です。-これらの開発は、次世代のエネルギー効率の高い磁気機器の低損失、高誘導、薄型ゲージという同じ目標を目指しています。-

よくある質問

方向性鋼の仕様において B8 は何を意味しますか?-?

B8 は、800 A/m の磁場強度で測定された磁気分極です。これは、材料がどれだけ容易に磁化できるか、およびコアがどの程度高い磁束密度に到達できるかを示します。値は、一般的なグレードでは 1.82 T、高誘導グレードでは最大 2.0 T などです。-

薄いケイ素鋼が高周波変圧器に適しているのはなぜですか?{0}}

渦電流損失はストリップの厚さの二乗に応じて増加するため、厚さを半分にすると渦成分は 4 分の 1 に減少します。したがって、400 Hz 以上では、0.20 mm や 0.15 mm などのより薄いグレードが不可欠です。

磁区細分化によりコア損失はどのように低減されるのでしょうか?

レーザーまたは機械的処理により、大きな磁区が小さな磁区に分割され、磁壁の移動経路が短縮され、異常な渦電流損失が減少します。方向性鋼-の総鉄損は 10% ～ 20% 低下します。

6.5% シリコン鋼の特別な点は何ですか?

6.5 wt% のシリコンでは磁歪がゼロに近づき、抵抗率が高く、渦電流損失が低いため、この材料は高周波で静かで効率的です。欠点は脆いことであり、回転や取り扱いが困難です。

配電用変圧器はどのグレードを選べばよいでしょうか？

50 Hz 配電変圧器の場合、23Q110 や 27Q120 などの一般的なグレードは、損失とコストのバランスが取れています。負荷損失が運用コストを大きく左右する場合、損失が 0.9 W/kg 未満のドメイン精製グレードまたは高誘導グレードが正当化されます。{6}{6}

P1.7/50とは何ですか？

これは、方向性電磁鋼板の標準比較点であるエプスタインフレームを使用して、ピーク分極 1.7 T、周波数 50 Hz で測定したキログラムあたりのワット数単位の特定の総コア損失です。-。