Magnetostricción de laminados CRGO: por qué es importante para el ruido de los transformadores

1. Magnetostricción en CRGO: la versión abreviada que utilizan realmente los ingenieros

La magnetostricción en el acero eléctrico de grano orientado es uno de los principales impulsores de la vibración del núcleo del transformador y del ruido acústico. Esto no es nuevo; se ha demostrado en estudios de laboratorio, ensayos de núcleo completo y revisiones recientes sobre la vibración de los transformadores.

Algunos puntos de trabajo, sólo para alinear el lenguaje:

• Frecuencia: Con excitación sinusoidal, la magnetostricción está dominada por un componente 2f (100 Hz en sistemas de 50 Hz, 120 Hz a 60 Hz), con armónicos superiores que se extienden hasta bien entrada la banda audible.
• Amplitud: En los CRGO típicos, la deformación magnetostrictiva es del orden de unos pocos ×10-⁶ en rangos de inducción de funcionamiento normal (en torno a 1,7-1,9 T). Los aceros de bajo ruido pretenden acercarse a ~1,5×10-⁶ o menos en puntos de prueba definidos.
• Forma de onda: La polarización de CC, los armónicos en el flujo y el estado de tensión distorsionan esa limpia curva de mariposa, sesgando el espectro y aumentando a menudo los componentes audibles.

Nada de eso hace ruido por sí solo. La laminación pila hace. Los huecos, la sujeción, el revestimiento, la forma en que se corta y ensambla su CRGO. Ahí es donde la magnetostricción se convierte en un sistema mecánico vibratorio.

2. Por qué la compra debe preocuparse por la magnetostricción

Desde una perspectiva de compra, la "magnetostricción" puede parecer una línea oscura más en una hoja de datos del acero. Sin embargo, está directamente relacionada con los costes:

• Refuerzos y amortiguación del depósito sobredimensionados
• Aislamiento acústico adicional alrededor del transformador
• Reparación si falla la prueba de ruido de fábrica
• Denuncias, sanciones e incluso traslados en el peor de los casos

Los proveedores de aceros GO ahora posicionan explícitamente la "baja magnetostricción" y la "reducción del ruido" como puntos de valor, no sólo como propiedades académicas.

Así que la pregunta para comprar no es "¿Qué es la magnetostricción?" Lo es: "¿Cuánta magnetostricción puedo permitirme, teniendo en cuenta mi objetivo de ruido y mi estructura de costes?".

Ahí es donde ayuda un sencillo mapa mental de las opciones de la CRGO.

3. Niveles de magnetostricción de laminación CRGO (vista práctica)

No todas las CRGO son iguales. Y no todas las afirmaciones de "bajo ruido" significan lo mismo en una pila. Según las patentes de bajo ruido publicadas, las hojas de datos de CRGO y las pruebas medidas en el núcleo, se puede pensar en rangos como estos:

Nota: Las cifras que figuran a continuación son valores indicativos, no garantizados. Consulte siempre la ficha técnica y el método de ensayo del molino en cuestión.

*Descripciones aproximadas a nivel de ingeniería; diferentes molinos especifican en diferentes puntos de prueba (definición de B, f, λ).

La elección del material por sí sola no garantiza los dB(A) deseados. Pero sienta las bases. Si empieza con un acero ruidoso, el mejor apilamiento del mundo no puede hacer mucho.

4. Donde las pilas de laminación convierten la magnetostricción en ruido

La tensión magnetostrictiva es microscópica. El ruido en el banco de pruebas no lo es. El puente entre ambos es mecánico:

1. Grosor y grado de laminación
   • Los grados CRGO más finos y de alta permeabilidad reducen las pérdidas y pueden ayudar con el ruido al limitar los picos de flujo.
   • Pero si las láminas están mal apiladas, las interfaces adicionales significan más lugares donde vibrar.
2. Tensión en la pila
   • El corte, el punzonado, el plegado y la sujeción modifican la tensión local.
   • Las hojas de datos de CRGO advierten de que los valores de magnetostricción extremadamente bajos son difíciles de mantener en un real núcleo debido a estas tensiones de fabricación.
   • Un poco de tensión controlada de la película de tracción en la superficie de la lámina puede reducir magnetostricción y cambiar su espectro, como subrayan las patentes de acero de bajo ruido.
3. Revestimiento y tratamiento de superficies
   • Los revestimientos de alivio de tensión y los revestimientos de tensión simplifican el patrón de dominios y pueden reducir a la mitad la magnetostricción en inducciones normales, según ciertas fichas técnicas de CRGO.
   • Es una gran palanca, pero supone que el revestimiento sobrevive a la fabricación del núcleo sin sufrir daños.
4. Patrón de apilamiento: step-lap vs. butt
   • Los núcleos escalonados distribuyen el flujo y reducen la saturación local. Múltiples estudios y la experiencia sobre el terreno demuestran que el apilamiento escalonado puede reducir el ruido del núcleo entre 3 y 6 dB si se aplica correctamente.
   • Pero las ventajas dependen de unas tolerancias estrictas en el corte y el montaje. Los escalones desalineados reintroducen tensiones locales y entrehierros.
5. Estrategia de unión y sujeción
   • La unión flexible entre láminas puede amortiguar considerablemente las vibraciones magnetostrictivas, como demostraron los trabajos clásicos sobre pilas de silicio-hierro unidas.
   • Un apriete excesivamente rígido en unos pocos puntos puede crear puntos calientes locales de tensión y ruido; un apriete distribuido con presión controlada tiende a ser más silencioso.

Resumen: El grado CRGO establece el potencial. La pila de laminación decide cuánto de ese potencial se obtiene realmente.

5. Perillas de diseño que realmente mueven el nivel de ruido

Para los ingenieros, es útil ordenar todas las opciones en unos pocos "mandos" controlables:

5.1 Densidad de flujo y sección transversal del núcleo

Ya se hacen malabarismos con la pérdida de núcleo y el coste de material al establecer la inducción del diseño. La magnetostricción añade otro eje:

• Mayor B → mayor deformación magnetostrictiva y componente 2f normalmente más fuerte.
• B más bajo → menos tensión, forma de onda a menudo más suave, pero un núcleo más grande y más acero.

Los diseños con ruido crítico a veces utilizan deliberadamente:

• Inducción de diseño ligeramente inferior
• Acero premium de baja magnetostricción

En conjunto, esa combinación puede cumplir los límites de pérdidas y ruido sin una amortiguación heroica del depósito.

5.2 Control del contenido armónico y de la polarización de CC

La calidad de la energía en el primario no es perfecta. Sesgo de CC y distorsión armónica en B:

• Distorsionar las formas de onda de magnetostricción
• Aumentar los componentes de alta frecuencia
• Empuje el núcleo para vibrar en formas que el modelo básico 2f no captura

Desde el punto de vista del diseño y la integración en la red, esto significa:

• Ser conservador con la inducción en sistemas donde se espera un sesgo de CC (inyección HVDC, grandes sistemas renovables cerca del transformador).
• Especificar las condiciones armónicas aceptables y las hipótesis de polarización de CC en los documentos técnicos, sin dejarlas implícitas.

5.3 Elección del CRGO y de la tecnología de recubrimiento

Al evaluar las ofertas de CRGO, hay que tener en cuenta los detalles relacionados con la magnetostricción:

• Si el grado es estándar, de alta permeabilidad o "bajo ruido" con límites λ explícitos.
• Presencia y tipo de refinamiento del dominio (trazado láser, ranuras de grabado, etc.).
• Tipo de revestimiento: ¿se comercializa como "revestimiento de tensión", "revestimiento de alivio de tensión" o similar, y la ficha técnica lo relaciona con la reducción de la magnetostricción?

No son trivialidades de marketing. Le indican cómo se comportará el acero una vez cortado, apilado y sujetado.

5.4 Geometría de laminación y diseño de la pila

Para un proveedor de laminación o un OEM de transformadores, las opciones clave incluyen:

• EI frente a geometrías de núcleo escalonado frente a geometrías de núcleo bobinado
• Espesor de la chapa (0,30, 0,27, 0,23 mm y más fino)
• Objetivos del factor de apilamiento y altura admisible de las rebabas
• Ya sea para pegar, barnizar o dejar las laminaciones libres con la sujeción tradicional

Cada combinación modifica la forma en que la magnetostricción se transmite al depósito y al aire circundante. Una revisión exhaustiva de 2024 muestra que los modelos que incluyen la magnetostricción a nivel de laminación y los detalles de apilamiento coinciden con las vibraciones y el ruido medidos mucho mejor que los simplificados.

6. Cómo leer las ofertas CRGO a través de una lente de ruido

Pasemos al aspecto práctico de la compra.

Cuando reciba ofertas de Pilas de laminación CRGO o núcleos, una lectura "consciente del ruido" tiene en cuenta algo más que la pérdida de núcleos y el precio.

6.1 Comprobación de la información real sobre magnetostricción

Preguntas a los proveedores:

1. ¿Se especifica λ?
   • ¿A qué B y con qué frecuencia?
   • ¿Es un máximo garantizado o sólo un valor típico?
2. ¿Se menciona alguna prueba acústica o de bajo nivel de ruido?
   • Algunos molinos y fabricantes de machos muestran pruebas de ruido para diseños estándar a B y carga especificados.
3. ¿Hacen referencia a un revestimiento específico o a un perfeccionamiento del dominio dirigido al ruido?
   • Busque menciones a películas de tensión, grados refinados por dominio o familias de productos centrados en el ruido.

Si la oferta dice simplemente "equivalente al Grado X" sin λ, estás volando a ciegas en una propiedad que afecta directamente a los dB(A).

6.2 Aclarar los detalles del diseño de la pila en el pliego de condiciones

Ayuda a describir, explícitamente, las expectativas de la pila de laminación:

• Patrón de apilamiento requerido (por ejemplo, solapamiento en 7 pasos, longitudes de solapamiento definidas)
• Máxima calidad de rebabas y bordes laminados
• Pasos de recocido de alivio de tensión permitidos, en su caso
• Si se permite, prefiere o prohíbe el encolado/barnizado

Los documentos técnicos sobre laminados encolados muestran que el método de encolado puede modificar en gran medida las vibraciones medidas. Si no lo mencionas, los proveedores optimizarán el coste y el rendimiento, no necesariamente el ruido.

6.3 Alinear las condiciones de ensayo

Las disputas sobre el ruido suelen deberse a la falta de coincidencia de expectativas:

• Pruebas de fábrica en una inducción frente a funcionamiento in situ en otra
• Distintas distancias de medición o niveles de fondo
• Utilización de normas diferentes para la presión acústica o la potencia acústica

Dado que la magnetostricción es muy sensible a B y la forma de onda, que desea:

• Inducción(es) de prueba y ajustes de grifo acordados
• Condición de carga definida para las pruebas de ruido (sin carga o carga especificada)
• Distancia de medición indicada y entorno

No puedes cambiar la física después con papeleo.

7. Lista de comprobación rápida antes de contratar a un proveedor de laminación

Para los equipos de compras e ingeniería que trabajan juntos, he aquí una lista de comprobación compacta:

1. Calidad del acero y datos λ
   • ¿Incluye la oferta información sobre magnetostricción, no sólo sobre pérdidas?
   • ¿Existe un grado de baja magnetostricción o "bajo nivel de ruido" como opción?
2. Revestimiento y refinamiento de dominios
   • ¿Se describe el revestimiento y se relaciona con el ruido o el rendimiento de magnetostricción?
   • ¿Hay alguna restricción en el tratamiento térmico que pueda degradar esas propiedades?
3. Enfoque de apilamiento
   • ¿Está definido el step-lap u otro patrón de bajo ruido?
   • ¿Están especificadas las tolerancias de rebabas, separación y alineación?
4. Concepto de unión/apriete
   • ¿Las láminas están pegadas, anilladas o simplemente sujetas?
   • ¿Se ha utilizado antes esa configuración en proyectos de bajo ruido?
5. Pruebas y documentación
   • ¿Compartirá el proveedor datos de laboratorio o referencias de proyectos anteriores de transformadores de ruido crítico que utilicen CRGO y diseños de chimenea similares?

Si la mayoría de las casillas están en blanco o se responden vagamente, sabrá que el riesgo se le está transfiriendo a usted.

8. FAQ: Laminado CRGO, magnetostricción y ruido del transformador

Lo más importante

Para un proveedor de pilas de laminación o un OEM de transformadores, La magnetostricción de la laminación CRGO no es sólo una propiedad de los materiales; es un resultado del contrato.

Si se elige el acero adecuado, se especifica correctamente la pila de laminado y se alinean las pruebas con la realidad, el ruido del transformador se convierte en algo predecible y manejable en lugar de una sorpresa de última hora.