CRGO-Laminat-Kernverlust (W/kg) vs. Flussdichte: Praktische Auswahlhilfe

1. Kernverlust im Verhältnis zur Flussdichte: Was die Kurve wirklich aussagt

CRGO In den Datenblättern finden Sie in der Regel ein paar wichtige Informationen:

• P1,5/50 oder W15/50
• P1.7/50 oder W17/50

Manchmal auch nur einer von ihnen. Die Mühle garantiert eine Induktionspunkt; alles andere auf der Kurve ist "typisch".

Das Problem ist, dass Sie den Kern nie genau mit dem Garantiepunkt betreiben. Sie laufen mit der Flussdichte, die das Design und die Toleranzen vorgeben, plus Überflussereignisse, plus Rauschgrenzen, plus Ihre Stacking-Realität.

Behandeln Sie die P-B-Kurve also wie folgt:

• Garantieschein: Anker für den Kauf.
• Vollständige P(B)-Kurve: Anker für Design.

Ein typischer CRGO-Datensatz bei 50 Hz aus einer klassischen GOES-Broschüre sieht für 0,23 und 0,27 mm (M-3 und M-4) wie folgt aus:

Drei stille Punkte, die Ingenieure kennen, der Einkauf aber manchmal nicht:

1. Der Verlust springt zwischen 1,5 T und 1,7 T stark an. Für M-3 zeigt die obige Tabelle einen Anstieg von ~52% (0,658 → 1,002 W/kg) allein durch diese 0,2 T Änderung.
2. Die Dicke schmerzt mehr bei höherem B. Bei 1,0 T unterscheiden sich M-3 und M-4 um ~0,055 W/kg. Bei 1,7 T beträgt der Unterschied ~0,14 W/kg. Die Wirbelterme tun ihre Arbeit.
3. Die Bezeichnung "M-Grade" ist nur ein Fenster. In modernen Katalogen wird ein typischer 0,23 mm "M3" mit 0,7-0,8 W/kg bei 1,5 T und ~1,08-1,17 W/kg bei 1,7 T angegeben, je nach Stahlwerk und Stahlgeneration.

Wenn also jemand sagt: "Das ist M3, 0,23 mm", dann reicht das nicht aus. Man braucht immer noch die Kurve oder zumindest zwei Punkte auf ihr.

2. Bestimmen Sie zuerst Ihr Flussdichtefenster und dann Ihre Sorte

Sie können die CRGO-Sorte und die Laminierstärke auf verschiedene Weise auswählen. Die langweiligste Variante funktioniert am besten:

Festlegung eines realistischen Betriebsflussdichtebereichs, dann Stahl kaufen, der sich akzeptabel verhält innerhalb dieses Bandes.

Ungefähre Arbeitsfenster bei 50 Hz für CRGO-Kerne in Öl, unter der Annahme von ONAN/ONAF-Transformatoren und angemessenen Kühlspannen:

• Verteilungstransformatoren (≤630 kVA)
  • B_Arbeit: 1.55-1.65 T
  • Bei verlustreichen Leitungen werden häufig 1,7 T bei Nennabgriff verwendet, bei verlustarmen Varianten werden 1,6 T bevorzugt.
• Mittlere Leistungstransformatoren (bis zu ~40 MVA)
  • B_Arbeit: 1.6-1.7 T
  • 1,7 T sollten nur dann angestrebt werden, wenn die Leerlaufverluste gering sind und der Platzbedarf eine Rolle spielt; hier sind Lärm- und Überflussgrenzen zu beachten.
• Trocken-Transformatoren
  • B_Arbeit: 1.5-1.6 T
  • Rauschen und Teilentladungsbeschränkungen ziehen den Fluss in der Regel ein wenig nach unten; trockene Typen verzeihen Überfluss und lokale Sättigung weniger gut.
• Drosseln, Spezialdrosseln bei 50/60 Hz
  • Alles von 1,2-1,5 T, je nach Restwelligkeit, Gleichstromvorspannung und Verlustbudget.

Es handelt sich nicht um Werte aus dem Regelwerk. Es sind "Zahlen, die die Leute stillschweigend verwenden", weil sie die Erfahrungen in der Praxis und die Gewohnheiten der Netzüberspannung überleben.

Wenn Sie dieses Fenster intern vereinbaren, wird die Sortenauswahl viel weniger störend.

3. Umrechnung eines Flussfensters in Kernverlusterwartungen

Verwenden wir die Tabelle M-3 / M-4 als einfaches Modell und gehen wir davon aus, dass Ihr Entwurf im Dauerbetrieb bei ~1,55 T liegt.

Ingenieure wissen, dass der Verlust im Verhältnis zu B kein perfektes Potenzgesetz ist, aber zwischen 1,3-1,7 T verhält es sich "ungefähr" so:

P(B) ≈ P_ref - (B / B_ref)^n, wobei n je nach Stahl und Frequenz etwa zwischen 1,6 und 2,0 liegt.

Stellen Sie nun einige Szenarien bei 50 Hz auf:

• M-3 bei 1,5 T: P ≈ 0,66 W/kg (Tabelle)
• M-3 bei 1,6 T: P ≈ 0,79 W/kg (Tabelle)
• M-3 bei 1,7 T: P ≈ 1,00 W/kg (Tabelle)

Für einen 2.000 kg schweren Kern ist das:

• ~1,3 kW Leerlauf bei 1,5 T
• ~1,6 kW bei 1,6 T
• ~2,0 kW bei 1,7 T

Derselbe Stahl, dieselben Lamellenstapel. Nur B bewegt sich.

Für einen Einkaufsingenieur sind P1,5/50 und P1,7/50 also nicht nur Katalognummern - sie sind eine schnelle Möglichkeit, genau zu skizzieren, wie viel Strafe Sie zahlen, wenn der Konstrukteur den Fluss um 0,1 T erhöht, um Kupfer zu sparen.

4. Wann ist es sinnvoll, für Hi-B- oder Domänenstahl zu zahlen?

Die meisten Hi-B- oder lasergeschnittenen Sorten liegen auf der Verlustkurve etwa eine Stufe "besser" als herkömmliches CRGO bei gleicher Dicke. Typische P1.7/50-Werte um 0,7-0,9 W/kg bei 0,23-0,30 mm sind in modernen Katalogen üblich.

Das bedeutet nicht automatisch, dass Sie sie kaufen sollten.

Denken Sie in drei schnellen Durchgängen:

1. Verlustausgleichszahlungen Lebenszeitkosten
   • Verwenden Sie Ihr Versorgungsunternehmen oder Ihr internes Betriebskostenmodell. Rechnen Sie zusätzliche 0,2-0,3 W/kg bei Ihrem Arbeitsfluss in kWh über die garantierte Lebensdauer um.
   • Vergleichen Sie mit der Prämie pro kg Laminatstapel für Hi-B.
2. Design-Push
   • Wenn Sie bereits bei B_work ≥ 1,65 T und nahe an den Lärm- oder Temperaturgrenzwerten sind, lassen Ihnen billigere konventionelle Sorten nur sehr wenig Spielraum.
   • Mit Hi-B erhalten Sie entweder einen geringeren Verlust bei gleichem B oder einen ähnlichen Verlust bei etwas höherem B (kleinerer Kern, weniger Kupfer).
3. Stabilität der Spezifikationen
   • Wenn in Ihrer Anfrage einfach "M3, 0,23 mm" ohne P1,5/50 oder P1,7/50 Zahlen und Testbedingungen steht, werden die Werke das anbieten, was sie in diesem Monat in ihrer "M3-ähnlichen" Schublade haben. Das kann in einem Jahr konventionelles CRGO sein und im nächsten eine Mischung mit hochpermeablen Varianten.

Kurz gesagt: Zahlen Sie für Hi-B, wenn Sie entweder:

• eine Vertragsstrafe für den Verlust des Leerlaufs haben, oder
• Ich brauche wirklich die Kompaktheit/Lärmleistung und habe es durchgerechnet.

Ansonsten reicht in der Regel ein gut spezifiziertes konventionelles CRGO (mit expliziten W/kg-Grenzwerten) plus ein vernünftiges B-Fenster aus.

5. Lamellenstärke: 0,23 vs. 0,27 vs. 0,30 mm in der realen Welt

In zahlreichen Blog-Beiträgen wird bereits eine qualitative Gegenüberstellung von Dicke und Verlusten vorgenommen. Die übliche Geschichte gilt immer noch: dünneres Band, geringere Wirbelverluste, besser bei höherem Fluss und höherer Frequenz - und höhere Verarbeitungskosten.

Eine praktische Art, darüber nachzudenken:

• 0,23 mm CRGO (oft "M3")
  • Gutes Gleichgewicht für die Verteilung und viele Leistungstransformatoren.
  • Typische P1.7/50 in realen Angeboten: etwa 1,0-1,2 W/kg.
• 0,27 mm CRGO (oft "M4")
  • Billiger, leichtere Verarbeitung, etwas höherer Verlust, insbesondere über 1,6 T.
  • Aus der Tabelle geht hervor, dass die Verlustlücke gegenüber 0,23 mm ab 1,3 T → 1,7 T größer wird.
• 0,30 mm und 0,35 mm ("M5/M6")
  • Attraktiver Preis pro kg.
  • Bei Leerlaufverlusten in der Nähe von 1,7 t sind sie weit weniger attraktiv, außer bei sehr kostenorientierten oder Nachrüstungsprojekten.

Statt "0,23 ist Premium, 0,27 ist Standard, 0,30 ist Budget" sollten Sie es also so formulieren:

"Welche Dicke bietet bei einem gegebenen B-Fenster und Verlustziel das günstigste Gesamtpaket, wenn man Kupfer, Tank und Strafgebühren auf kWh einbezieht?"

In vielen modernen Leitfäden werden diese Abwägungen nun ausdrücklich anhand von Gesamtbetriebskostenkurven für Verteiltransformatoren dargestellt.

6. Materialdaten vs. Lamellenstapel: Korrektur der Fantasie

Die Datenblätter werden auf sorgfältig vorbereiteten Streifen gemessen. Ihr Kern ist kein Streifen.

Drei Korrekturfaktoren sind wichtiger als alle anderen:

6.1 Kaschierung / Stapelfaktor

Die GOES-Broschüre von Spacemat zeigt typische Laminierungsfaktoren für CRGO von 95-97% bei 50 psi, je nach Dicke und Beschichtung.

Das bedeutet:

• Wenn Sie in Ihrem CAD-Modell von der Schornsteinhöhe "100% Stahl" ausgegangen sind, liegen Sie beim effektiven Querschnitt bereits um einige Prozent daneben.
• Bei festen Spannungen pro Umdrehung ergibt das ein höheres tatsächliches B, als Sie denken.
• Ein höheres B verschiebt die P(B)-Kurve weiter nach oben, wodurch der tatsächliche Verlust näher an Modell × Laminierungsfaktor × "Flux Squeeze"-Strafe liegt.

6.2 Gebäudefaktor (Kern vs. Epstein-Rahmen)

Die ORIENTCORE HI-B-Daten von Nippon Steel bieten einen guten Vergleich:

• Materialkernverlust am Band getestet: z.B. 1,48 W/kg bei 1,7 T, 60 Hz.
• Gebauter Drehstromtransformatorenkern: etwa 1,72 W/kg am gleichen Nennpunkt.
• Gebäudefaktor ≈ 1,16.

Eckverbindungen, Flussmittelrotation, lokale Sättigung in T-Verbindungen, Luftspalte an Überlappungen - sie alle fügen zusätzliche Watt hinzu, die im Test mit nackten Streifen nicht sichtbar sind.

Für herkömmliche CRGO-gewickelte oder gestapelte Kerne sind Baufaktoren zwischen etwa 1,1 und 1,3 üblich, je nach Konstruktion und Wickelart.

6.3 Temperatur

Es ist nicht intuitiv, aber es lohnt sich, daran zu denken: Bei GOES ist der bei 85 °C gemessene Kernverlust oft geringfügig unter als bei 25 °C, da der spezifische Widerstand mit der Temperatur zunimmt und die Wirbelströme reduziert. Die Tabelle von Spacemat zeigt, dass sich W(85 °C)/W(25 °C) bei 1,0-1,7 T um 0,95-0,98 bewegt.

Wenn also in Ihrer Spezifikation P1.7/50 "bei 65 °C" und im Datenblatt "bei 20-25 °C" angegeben ist, skalieren die Verluste nicht auf die offensichtliche Weise. Die Validierung erfolgt immer noch anhand der vom Werk angegebenen Testbedingungen.

7. Wie Einkauf und Technik gemeinsam CRGO-Laminatstapel spezifizieren können

Hier ist ein einfacher Arbeitsablauf, der alle oben genannten Punkte in eine vertretbare Anfrage umwandelt.

Schritt 1 - Einfrieren der Eingaben auf der Entwurfsseite

Vom Designer des Transformators:

• B_work bei Nennabgriff (z. B. 1,60 T) und erwarteten Überflussereignissen (z. B. +10% für 1 Minute).
• Ziel-Leerlaufverlust bei Nennspannung und -temperatur.
• Kerntyp (3-Schenkel vs. 5-Schenkel, Schale vs. Kern), Verbindungstyp (Gehrung/Schritt-Lappen), Wicklungsanordnung.

So können Sie abschätzen:

• Erforderlicher P(B_work) auf dem Streifen,
• plus Gebäudefaktor,
• plus Laminierungsfaktor.

Schritt 2 - Umrechnung in materielle Ziele

Nehmen wir zum Beispiel an:

• 50 Hz, ONAN-Verteilertransformator.
• B_work ≈ 1,6 T, 0,23 mm CRGO, 2.000 kg Kern.
• Sie benötigen einen Kernverlust ≤ 1,7 kW bei Nennbedingungen.

Angenommen:

• Baufaktor ≈ 1,18 (gestapelter Stufenkern).
• Lamellierungsfaktor ≈ 96%.

Dann wird der Zielwert für das Bandniveau bei 1,6 T ungefähr erreicht:

Kernverlust pro kg (Band) ≈ 1,7 kW / (2000 kg × 1,18) ≈ 0,72 W/kg bei 1,6 T

Aus der M-3-Tabelle geht hervor, dass 0,23 mm ~0,79 W/kg bei 1,6 T ergeben, was etwas höher ist. Das sagt Ihnen:

• Entweder verschärftes Niveau (eher High-End M2/M3 oder Hi-B),
• Oder reduzieren Sie B_work ein wenig,
• Oder Sie nehmen höhere Leerlaufverluste in Kauf.

Diese Art der Berechnung sollte in den Entwurfsunterlagen stehen und nicht nur in den Köpfen der Beteiligten.

Schritt 3 - Formulierung der RFQ-Sprache

Anstelle von "CRGO M3, 0,23 mm" schreiben Sie etwas wie:

CRGO-Laminatstapel, 0,23 mm, Güteklasse gleichwertig mit M108-23 oder besser.

• P1,5/50 ≤ 0,70 W/kg, garantiert gemäß IEC 60404-2 / JIS C 2550-1
• P1.7/50 ≤ 1.05 W/kg, gleiche Prüfbedingungen
• B50 ≥ 1,88 T (5000 A/m)
• Beschichtung: C-5 gleichwertig, geeignet für Spannungsarmglühen bei 800 °C
• Laminierungsfaktor bei 50 psi ≥ 96%

Die oben genannten Zahlen sind Richtwerte, aber diese Art der Verurteilung sorgt dafür, dass beide Seiten ehrlich bleiben.

Schritt 4 - Verlangen Sie die vollständige P(B)-Kurve

Verlassen Sie sich nicht nur auf die Zeilen der Katalogzusammenfassung.

Erkundigen Sie sich bei Ihrem Laminierungslieferanten:

• Kernverlust gegen B bei 50 Hz über mindestens 1,3-1,7 T für die angebotene Qualität und Dicke.
• Geben Sie an, ob die Zahlen "typisch" oder "garantiert" sind.

Wenn sie die Kurve nicht liefern können, sollten sie Ihnen zumindest sagen, von welchem Datenblatt der Mühle sie tatsächlich kaufen.

8. Spezielle Fälle, in denen W/kg vs. B knifflig wird

Ein paar Situationen, in denen die schöne Epstein-Rahmenkurve in die Irre führt:

1. Komplexe Gelenke und 5-Bein-Kerne
   • Der lokale B-Wert in T-Gelenken und Jochen kann 10-20% höher sein als der B-Wert der Beine.
2. Gemischte Klassen in einem Kern
   • In einigen neueren Arbeiten werden die Sorten gemischt (z. B. Hi-B in den Schenkeln, konventionell in den Jochs), um Kosten und Verluste auszugleichen. Der Gesamt-P(B) muss dann ein gewichteter Durchschnitt sein, nicht ein einzelner W/kg.
3. Belastung durch Stanzen und Stapeln
   • Die Bedingungen "wie geschert" bzw. "geglüht" beeinflussen die gesamte Kurve, nicht nur den Garantiewert. Unterschiede von mehreren Zehnteln W/kg bei 1,5 T sind für gestresste und entspannte GOES dokumentiert.
4. DC-Vorspannung und unsymmetrische Belastung
   • Wenn Ihr Kern einen Gleichstrom-Offset oder starke Oberschwingungen aufweist, können Steinmetz-Modelle, die mit sinusförmigem B kalibriert sind, zu niedrige oder zu hohe Werte vorhersagen; die Exponenten ändern sich mit dem Flussbereich und der Frequenz.

Wenn einer dieser Punkte auftaucht, müssen Sie entweder:

• selbst repräsentative Laminierungsstapel zu testen, oder
• beim Stahllieferanten auf geeignete Modellparameter bestehen.

9. Kurz-Checkliste für CRGO-Laminatstapel-Bestellungen

Stellen Sie sicher, dass Sie jede neue Transformatorenkonstruktion oder größere Anfrage auf einer Seite beantworten können:

1. Flussdichte-Fenster
   • B_work bei Nennwert, B_max bei schlimmstem Überflussereignis.
2. Zielverluste auf Bandebene
   • P(B_Arbeit) pro kg, errechnet aus den zulässigen kW und dem angenommenen Gebäudefaktor.
3. Güteklasse und Dickenband
   • Etikett der M-Serie oder IEC-Code, plus Dicke (0,23 / 0,27 / 0,30 mm).
4. Garantierte Prüfpunkte
   • P1.5/50- und/oder P1.7/50-Grenzwerte, Prüfnorm, Probenzustand (ungeschert vs. geglüht).
5. Kaschierungsspezifische Details
   • Anforderung an den Laminierungsfaktor.
   • Grathöhe, Ebenheit, Beschichtungstyp, Glühverfahren.
6. Verifizierungsplan
   • Wie werden Sie die eingehenden Coils oder Laminatstapel beproben (Häufigkeit, Losgröße, Testmethode).

Wenn eines dieser Felder leer ist, wird die Kernverlust-Flussdichte-Kurve dies in der Regel später in Form von unerwarteten Wattzahlen ausfüllen.

10. FAQ: CRGO-Laminierung Kernverlust vs. Flussdichte