Durchlässigkeit von CRGO-Laminaten und B-H-Kurve: Wie sind die Daten zu interpretieren?

Wenn Sie kaufen CRGO-Laminierungsstapel oder die Entwürfe von Transformatorkernen abzeichnen, verbringen Sie wahrscheinlich mehr Zeit als Ihnen lieb ist mit der Betrachtung von B-H-Kurven und µ-Tabellen. Die Grundlagen sind klar. Der knifflige Teil besteht darin, Datenblattkurven in Kaufentscheidungen und praktische Gewinnspannen umzusetzen.

In diesem Leitfaden wird die Theorie kurz gehalten und auf die tatsächlichen Veränderungen eingegangen, die sich ergeben, wenn Sie sich für einen Laminatstapel statt für einen anderen entscheiden.

1. Woher die B-H-Kurve auf dem CRGO-Datenblatt wirklich kommt

Die meisten CRGO B-H- und Permeabilitätszahlen, die Sie in Laminierungsangeboten sehen, stammen von:

• Streifenproben, die in einem Epstein-Rahmen nach IEC/JIS/ASTM-Normen geprüft werden
• Nur in Längsrichtung (Rollrichtung)
• Vor der Messung spannungsfrei geglüht
• Eine oder zwei feste Flussdichten, normalerweise 1,5 T und/oder 1,7 T, bei 50 oder 60 Hz

POSCO, JFE, Nippon Steel und andere geben genau dies in ihren Katalogen an: Kernverlust und Induktion werden nach dem Spannungsarmglühen gemessen, hauptsächlich entlang der Walzrichtung, und üblicherweise als W15/50 oder W17/50 (Verlust bei 1,5 T oder 1,7 T, 50 Hz) angegeben.

Die "glatte" B-H-Kurve, die Sie sehen, ist also:

• Eindimensional (keine Ecken, keine Fugen)
• Perfekter Faserverlauf
• Keine Stanzgrate
• Kein Spanndruck, keine Tankbelastungen
• Keine Lücken außer den idealisierten Epstein-Gelenken

Geeignet für den Vergleich von Stählen. Nicht dasselbe wie Ihr gestapelter Kern.

2. CRGO-Durchlässigkeit: Material µ vs. Stack µ

Design-Tools sprechen in der Regel über Material relative Permeabilität µr oder Anfangspermeabilität. In den Datenblättern steht entweder:

• µ bei einem bestimmten H (z. B. bei 800 A/m)
• Oder ein "effektives" µ zwischen zwei Punkten auf der B-H-Kurve

Hi-B-Güten können µ-Werte von weit über 30 000 in Walzrichtung aufweisen.

Aber was Sie tatsächlich bauen, ist eine Stapel:

• Jede Platte trägt eine isolierende Beschichtung
• Sie haben Stufenfugen oder Gehrungsfugen
• Zwischen den Paketen befinden sich Luftlücken
• Stanzen und Biegen erhöhen die Belastung
• Der Stapelfaktor liegt bei etwa 95-97 %, manchmal auch darunter, wenn die Gratkontrolle schlecht ist.

Das bedeutet, dass die effektives µ des Lamellenstapels ist immer niedriger als das Material µ. Wie viel niedriger, hängt davon ab:

• Dicke und Konsistenz der Beschichtung
• Stapeldruck
• Verbindungsdesign (Stufenfuge vs. Stumpf)
• Praxis des Schneidens und Glühens
• Ob die Faserrichtung an jedem Glied und Joch eingehalten wird

Wenn Sie Anbieter nur anhand des Katalogs µ vergleichen, vergleichen Sie etwas, das Sie nie in Betrieb sehen werden.

3. Wie man die B-H-Kurve bei der Auswahl von CRGO-Laminatstapeln richtig liest

Ingenieure wissen, dass die B-H-Kurve nur B gegen H mit Hysterese ist. Die Frage ist hier: Welche Teile dieser Kurve sollten für Ihren Laminierungskauf ausschlaggebend sein?

Verwenden Sie dies als schnelle Lesereihenfolge.

3.1 Prüfen Sie zunächst den Prüfpunkt und die Notation

• W15/50 = Kernverlust bei 1.5 T50 Hz
• W17/50 = Kernverlust bei 1.7 T50 Hz

Wenn ein Anbieter W15/50 und ein anderer W17/50 angibt oder 50 Hz und 60 Hz mischt, können Sie deren Kurven nicht direkt vergleichen. Entscheiden Sie sich für eine Referenzbedingung (häufig 1,5 T, 50 Hz für Verteilungstransformatoren) und bitten Sie alle Anbieter, Daten für diesen Punkt zu liefern.

Siehe auch:

• ob die Werte "maximal garantiert" oder "typisch" sind
• Ob die Kurve vor oder nach dem Spannungsarmglühen ist
• Ob in Längs- oder Querrichtung oder in einer Mischung aus beiden Richtungen

Ohne dies sagt der schönste B-H-Plot nur wenig aus.

3.2 Richten Sie die Kurve mit Ihrem tatsächlicher Betrieb B

Die meisten modernen Hi-B-CRGO-Sorten arbeiten bei 1,7-1,9 T in Walzrichtung, mit Kernverlusten von 0,7-1,0 W/kg bei 1,5 T, 50 Hz für dünnere Dicken (0,23-0,27 mm).

Ihr Entwurf könnte bei:

• 1,5-1,6 T für konservative Verteilungskonzepte
• 1,7-1,8 T in kompakteren Leistungstransformatoren
• Lokale Spitzenwerte höher an Gelenken

Wenn Sie sich eine B-H-Kurve ansehen:

1. Markieren Sie Ihren Sollwert B auf der Kurve.
2. Stellen Sie fest, welches H das Material zu diesem Zeitpunkt benötigt.
3. Rechnen Sie dieses H in Magnetisierungsstrom um und vergleichen Sie es mit Ihrem Leerlaufstrom-Budget.

Wenn Ihr Betriebs-B im sehr steilen Teil der Kurve liegt, wetten Sie auf eine strenge Fertigungskontrolle. Einige Projekte können diese Wette akzeptieren. Viele Versorgungsspezifikationen können das nicht.

3.3 Beobachten Sie die Breite der Hystereseschleife, nicht nur einzelne µ-Zahlen

Die Bereich innerhalb der B-H-Schleife steht in direktem Zusammenhang mit dem Hystereseverlust. Größere Fläche, höherer Kernverlust bei gleichem B und gleicher Frequenz.

Zwei Stähle können bei 1,7 T ein ähnliches µ, aber sehr unterschiedliche Schleifenformen aufweisen:

• Enge Schleife: geringerer Hystereseverlust, geringerer Leerlaufverlust
• Breite Schleife: mehr Verlust, mehr Erwärmung für den gleichen Fluss

Wenn Sie nur µ oder einige wenige Verlustnummern sehen, fragen Sie den Anbieter danach:

• Eine Familie von B-H-Schleifen mit unterschiedlichem Spitzenwert B
• Oder zumindest Verlust-B-Kurven, nicht nur zwei feste Punkte

Es ist die Form die Aufschluss über das Verhalten bei Einschaltvorgängen, Übererregung und Off-Frequency-Betrieb gibt, und nicht eine Permeabilitätszahl.

4. Typische CRGO-Datenblattzahlen im Vergleich zur Stack-Realität

Hier finden Sie eine kompakte Übersicht über die Zahlen, über die Käufer und Ingenieure häufig diskutieren.

Tabelle 1 - Ablesung der CRGO B-H- und Permeabilitätsdaten für Entscheidungen über Laminierungsstapel

*Die Bereiche sind nur Richtwerte und müssen anhand des aktuellen Datenblattes der Mühle und Ihrer eigenen Konstruktionsregeln überprüft werden.

5. Warum Ihre gemessene B-H-Kurve nie mit der Broschüre übereinstimmt

Selbst bei gleichem Stahl wird Ihr gemessener Magnetisierungsstrom oder Kernverlust von den "offiziellen" B-H-Kurven abweichen. Hauptgründe:

1. Belastung durch Stanzen und Biegen Kornorientierter Stahl ist sehr empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung; Stanzen, Biegen und sogar Klemmen verändern die Domänenstrukturen und verringern die Permeabilität.
2. Verlust der Vorteile der Domänenverfeinerung Domänenveredeltes CRGO weist geringere Verluste und eine höhere Permeabilität auf, aber wiederholtes Spannungsfreiglühen und raue Behandlung können einen Teil dieses Vorteils zunichte machen.
3. Anisotropie und Kornrichtungsfehler Die magnetischen Eigenschaften in Querrichtung sind viel schlechter als in Längsrichtung; wenn ein Blech in einem Schenkel oder Joch in die falsche Richtung gedreht wird, kann das µ des Stapels in diesem Bereich beeinträchtigt werden.
4. Fugen- und Spaltgestaltung Step-Lap-Verbindungen verringern die lokale Sättigung und den Verlust, aber nur, wenn die Überlappungsstufe, die Überlappungslänge und die Schnitttoleranz eingehalten werden. Eine unzureichende Kontrolle öffnet die B-H-Schleife lokal und erzeugt Hot Spots.
5. Beschichtung und Stapelfaktor Eine besonders dicke Beschichtung oder Grate senken den Stapelfaktor und führen einen effektiveren Luftspalt ein. Dadurch verschiebt sich Ihr gesamter Arbeitspunkt zu einem höheren H bei gleichem B.

Wenn Sie nie Prüfberichte von Anbietern über tatsächliche Laminierungsstapel sehen, sondern nur über blanken Stahl, entgeht Ihnen der wichtigste Teil.

6. Ein einfacher Arbeitsablauf: Ingenieur + Einkauf lesen die gleichen B-H-Daten

Sie brauchen keine komplexe Routine. Eine kurze Checkliste, die sowohl von der Technik als auch vom Einkauf verwendet werden kann, ist in der Regel ausreichend.

Schritt 1 - Sperren der Referenzbedingung

• Wählen Sie eine Referenz: z. B. P1.5/50 und B-H-Kurve bis zu 1,8 T bei 50 Hz
• Bitten Sie jeden Lieferanten, die Daten in genau dieser Form zur Verfügung zu stellen, mit Angabe der Prüfmethode und der Norm.

Damit ist die Hälfte der Verwirrung beseitigt.

Schritt 2 - Zeichnen Sie Ihren Entwurfspunkt auf jede B-H-Kurve

• Legen Sie Ihre Nennspannung B und Ihre Übererregungsspannung B (z. B. 110-120 %) auf die Kurve des Anbieters.
• Man beachte das entsprechende H und schätze den Magnetisierungsstrom
• Kennzeichnen Sie jeden Stahl, bei dem Ihr maximales B-Knie bereits sehr nahe an der Sättigung ist.

Der Einkauf muss nicht nachrechnen, sondern braucht nur ein einfaches "OK / knapp / riskant"-Zeichen vom Designteam.

Schritt 3 - Vergleich der Verlustkurven über das Betriebsband

Anstatt nur P1,5/50, fragen Sie nach Verlust gegenüber B bis zu Ihrem maximalen Flussmittel. Dann, für jeden Kandidaten Stahl:

• Kontrollverlust bei Nennwert B
• Kontrollverlust bei Übererregung B
• Fragen Sie, ob diese Werte "garantierte Höchstwerte" oder "typische Werte" sind.

Manchmal verhält sich ein Stahl mit einem etwas höheren Datenblattverlust bei 1,5 T besser im 1,6-1,7-T-Band, in dem Ihr Kern tatsächlich läuft.

Schritt 4 - Fragen Sie nach Testergebnissen auf Stack-Ebene

Bitten Sie den Laminierungslieferanten, Ihnen mindestens eine Referenzkerngröße zur Verfügung zu stellen:

• Leerlaufverlust und Magnetisierungsstrom bei Nennspannung
• Gemessener Stapelfaktor
• Fotos oder Zeichnungen des tatsächlichen Stufenschemas und des Gliedmaßenaufbaus

Dies sagt mehr über das Stanzen, Entgraten und Montieren aus als jede einzelne B-H-Kurve.

Schritt 5 - Einfrieren eines "Datenblatts für Stapel", nicht nur für Stahl

Sobald Sie sich für einen Anbieter entschieden haben, erfassen Sie Ihre internen Spezifikationen:

• Güteklasse und Dicke
• Zielvorgaben für die Grenzwerte P1,5/50 und P1,7/50
• Mindeststapelfaktor
• Fugenart und Schnitttoleranzen
• Erforderlicher Stack-Level-Verlust und Strom für ein oder zwei Referenzdesigns

Dann kann das Einkaufsteam künftige Ausschreibungen anhand dieser Spezifikation durchführen, ohne jedes Mal die magnetischen Hausaufgaben neu machen zu müssen.

7. FAQ: B-H-Kurven, Durchlässigkeit und CRGO-Laminatstapel