Kehilangan inti laminasi CRGO (W/kg) vs kerapatan fluks: panduan pemilihan praktis

1. Kehilangan inti vs kerapatan fluks: apa yang sebenarnya dikatakan oleh kurva

CRGO Lembar data biasanya memberikan Anda beberapa poin penting:

• P1.5/50 atau W15/50
• P1.7/50 atau W17/50

Terkadang hanya salah satunya. Pabrik menjamin satu titik induksi; segala sesuatu yang lain pada kurva adalah "tipikal".

Masalahnya: Anda tidak pernah menjalankan inti tepat pada titik jaminan. Anda menjalankannya pada "berapa pun kerapatan fluks yang diputuskan oleh desain dan toleransi", ditambah peristiwa fluks berlebih, ditambah batas kebisingan, ditambah realitas penumpukan Anda.

Jadi, perlakukan kurva P-B seperti ini:

• Titik jaminan: jangkar untuk pembelian.
• Kurva P (B) penuhjangkar untuk desain.

Kumpulan data CRGO tipikal pada 50 Hz, dari brosur GOES klasik, terlihat seperti ini untuk kelas 0,23 dan 0,27 mm (M-3 dan M-4):

Tiga hal penting yang diketahui oleh para insinyur, tetapi terkadang tidak diketahui oleh pembeli:

1. Kerugian melonjak tajam antara 1,5 T dan 1,7 T. Untuk M-3, tabel di atas menunjukkan peningkatan ~52% (0,658 → 1,002 W/kg) hanya dari perubahan 0,2 T tersebut.
2. Ketebalan lebih menyakitkan pada B yang lebih tinggi. Pada 1,0 T, M-3 vs M-4 berbeda ~0,055 W/kg. Pada 1,7 T, selisihnya ~0,14 W/kg. Istilah Eddy melakukan tugasnya.
3. Label "M-grade" hanyalah sebuah jendela. Katalog modern menempatkan tipikal 0,23 mm "M3" sekitar 0,7-0,8 W/kg pada 1,5 T dan ~1,08-1,17 W/kg pada 1,7 T, tergantung pada pabrik dan generasi baja.

Jadi, apabila ada orang yang mengatakan "ini M3, 0,23 mm", itu tidak cukup. Anda masih memerlukan kurva, atau setidaknya dua titik di atasnya.

2. Tentukan jendela kerapatan fluks Anda terlebih dahulu, kemudian nilai Anda

Anda bisa memilih kelas CRGO dan ketebalan laminasi dengan berbagai cara. Yang paling membosankan adalah yang terbaik:

Perbaiki pita kerapatan fluks operasi yang realistis, kemudian membeli baja yang berperilaku baik di dalam band itu.

Perkiraan jendela kerja pada 50 Hz, untuk inti CRGO dalam oli, dengan asumsi transformator ONAN/ONAF dan margin pendinginan yang layak:

• Trafo distribusi (≤630 kVA)
  • B_kerja 1.55-1.65 T
  • Jalur spesifikasi kehilangan tinggi sering menggunakan 1,7 T pada keran pengenal; varian kehilangan rendah lebih memilih 1,6 T.
• Transformator daya menengah (hingga ~40 MVA)
  • B_kerja: 1.6-1.7 T
  • Dorong ke arah 1,7 T hanya jika penalti kehilangan tanpa beban ringan dan footprint penting; batas kebisingan dan fluks berlebih sangat berpengaruh di sini.
• Trafo tipe kering
  • B_work: 1.5-1.6 T
  • Kendala kebisingan dan debit parsial biasanya menarik fluks ke bawah takik; tipe kering kurang memaafkan fluks berlebih dan kejenuhan lokal.
• Reaktor, induktor khusus pada 50/60 Hz
  • Mulai dari 1,2-1,5 T, tergantung pada riak, bias dc, dan anggaran kerugian.

Ini bukanlah nilai yang ada dalam buku pedoman. Mereka adalah "angka yang diam-diam digunakan orang" karena mereka bertahan dari pengalaman lapangan dan kebiasaan tegangan berlebih di jaringan.

Setelah Anda menyetujui jendela ini secara internal, pemilihan kelas menjadi tidak terlalu berisik.

3. Menerjemahkan jendela fluks ke dalam ekspektasi kehilangan inti

Mari kita gunakan tabel M-3 / M-4 sebagai model sederhana dan asumsikan desain Anda berada pada ~1,55 T dalam operasi yang stabil.

Para insinyur tahu bahwa loss vs B bukanlah hukum daya yang sempurna, tetapi antara 1,3-1,7 T, hukum ini berperilaku "secara kasar":

P(B) ≈ P_ref - (B / B_ref)^n, dengan n berkisar antara 1,6-2,0 tergantung pada baja dan frekuensi.

Sekarang, susunlah beberapa skenario pada 50 Hz:

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

Untuk inti seberat 2.000 kg:

• ~ 1,3 kW tanpa beban pada 1,5 T
• ~ 1,6 kW pada 1,6 T
• ~ 2,0 kW pada 1,7 T

Baja yang sama, tumpukan laminasi yang sama. Hanya B yang bergerak.

Jadi, bagi seorang insinyur pembelian, P1.5/50 dan P1.7/50 bukan sekadar nomor katalog - ini adalah cara cepat untuk membuat sketsa tentang berapa banyak penalti yang harus Anda bayarkan jika perancang menaikkan fluks 0,1 T untuk menghemat tembaga.

4. Kapan masuk akal untuk membayar baja Hi-B atau baja yang dimurnikan dengan domain?

Sebagian besar nilai Hi-B atau nilai yang ditulis dengan laser berada sekitar satu langkah "lebih baik" pada kurva kerugian daripada CRGO konvensional pada ketebalan yang sama. Nilai tipikal P1.7/50 sekitar 0,7-0,9 W/kg pada 0,23-0,30 mm adalah hal yang umum dalam katalog modern.

Itu tidak secara otomatis berarti Anda harus membelinya.

Pikirkan dalam tiga lintasan cepat:

1. Biaya penalti kerugian seumur hidup
   • Gunakan model biaya kepemilikan internal atau utilitas Anda. Konversikan tambahan 0,2-0,3 W/kg pada fluks kerja Anda ke dalam kWh selama masa pakai yang dijamin.
   • Bandingkan dengan harga premium per kg tumpukan laminasi untuk Hi-B.
2. Dorongan desain
   • Jika Anda sudah berada pada B_work ≥ 1,65 T dan dekat dengan batas kebisingan atau suhu, nilai konvensional yang lebih murah memberi Anda ruang yang sangat kecil.
   • Hi-B memberi Anda kerugian yang lebih rendah pada B yang sama, atau kerugian yang sama pada B yang sedikit lebih tinggi (inti yang lebih kecil, lebih sedikit tembaga).
3. Stabilitas spesifikasi
   • Jika RFQ Anda hanya mengatakan "M3, 0,23 mm" tanpa angka P1.5/50 atau P1.7/50 dan kondisi pengujian, pabrik akan menawarkan apa pun yang ada di laci "M3-ish" mereka pada bulan itu. Itu bisa berupa CRGO konvensional pada satu tahun dan campuran dengan varian permeabilitas tinggi pada tahun berikutnya.

Singkatnya: bayarlah Hi-B saat Anda menginginkannya:

• memiliki penalti kontrak atas kehilangan tanpa beban, atau
• benar-benar membutuhkan performa kekompakan/kebisingan dan telah melakukan perhitungan.

Jika tidak, CRGO konvensional yang dispesifikasikan dengan baik (dengan batas W/kg yang eksplisit) ditambah jendela B yang masuk akal biasanya sudah cukup.

5. Ketebalan laminasi: 0,23 vs 0,27 vs 0,30 mm di dunia nyata

Banyak artikel blog yang sudah mencantumkan ketebalan vs kerugian secara kualitatif. Cerita yang biasa masih berlaku: strip yang lebih tipis, kerugian eddy yang lebih rendah, lebih baik pada fluks dan frekuensi yang lebih tinggi - dan biaya pemrosesan yang lebih tinggi.

Cara praktis untuk memikirkannya:

• 0,23 mm CRGO (sering disebut "M3")
  • Keseimbangan yang baik untuk distribusi dan banyak trafo daya.
  • P1.7/50 tipikal dalam penawaran nyata: kira-kira 1,0-1,2 W/kg.
• 0,27 mm CRGO (sering disebut "M4")
  • Lebih murah, pemrosesan lebih mudah, kehilangan sedikit lebih tinggi, terutama di atas 1,6 T.
  • Perhatikan dari tabel di atas: jarak kehilangan vs 0,23 mm melebar saat Anda beralih dari 1,3 T ke 1,7 T.
• 0,30 mm dan 0,35 mm ("M5/M6")
  • Harga per kg yang menarik.
  • Jauh lebih tidak menarik pada kehilangan tanpa beban ketika didorong mendekati 1,7 T, kecuali untuk proyek-proyek yang sangat didorong oleh biaya atau retrofit.

Jadi, daripada mengatakan "0,23 adalah premium, 0,27 adalah standar, 0,30 adalah anggaran", lebih baik katakan seperti ini:

"Untuk jendela B dan target kehilangan yang diberikan, ketebalan berapa yang memberikan total paket termurah jika Anda menyertakan tembaga, tangki, dan penalti pada kWh?"

Banyak panduan modern sekarang secara eksplisit menunjukkan trade-off tersebut dengan menggunakan kurva biaya kepemilikan total untuk trafo distribusi.

6. Data material vs tumpukan laminasi: mengoreksi fantasi

Lembar data diukur pada strip yang telah disiapkan dengan cermat. Inti Anda bukanlah strip.

Tiga faktor koreksi lebih penting daripada faktor lainnya:

6.1 Faktor laminasi / penumpukan

Brosur GOES dari Spacemat menunjukkan faktor laminasi tipikal untuk CRGO sekitar 95-97% pada 50 psi, tergantung pada ketebalan dan lapisan.

Itu artinya:

• Jika model CAD Anda mengasumsikan tinggi tumpukan "baja 100%", Anda sudah meleset beberapa persen dalam penampang efektif.
• Pada voltase tetap per putaran, hal itu berarti B aktual yang lebih tinggi daripada yang Anda pikirkan.
• B yang lebih tinggi menggeser Anda lebih jauh ke atas kurva P(B), membuat kerugian nyata lebih dekat ke model × faktor laminasi × penalti "flux squeeze".

6.2 Faktor bangunan (inti vs rangka Epstein)

Data ORIENTCORE HI-B dari Nippon Steel memberikan perbandingan yang rapi:

• Kehilangan inti bahan yang diuji pada strip: misalnya 1,48 W/kg pada 1,7 T, 60 Hz.
• Inti transformator tiga fase yang dibangun: sekitar 1,72 W/kg pada titik nominal yang sama.
• Faktor bangunan ≈ 1,16.

Sambungan sudut, rotasi fluks, kejenuhan lokal pada sambungan-T, celah udara pada tumpang tindih - semuanya menambah watt ekstra yang tidak pernah muncul dalam uji strip telanjang.

Untuk CRGO wound atau core bertumpuk konvensional, faktor bangunan antara 1,1 dan 1,3 adalah hal yang umum, tergantung pada desain dan gaya putaran.

6.3 Suhu

Berlawanan dengan intuisi, tetapi perlu diingat: untuk GOES, kehilangan inti yang diukur pada suhu 85 ° C sering kali sedikit lebih rendah dibandingkan pada suhu 25 °C karena resistivitas meningkat seiring dengan suhu dan mengurangi arus pusar. Tabel Spacemat menunjukkan W (85 °C) / W (25 °C) berkisar antara 0,95-0,98 pada 1,0-1,7 T.

Jadi, jika spesifikasi Anda mengutip P1.7/50 "pada 65 ° C" dan lembar data mengutip "pada 20-25 ° C", kerugian tidak akan berskala dengan cara yang jelas. Anda masih memvalidasi pada kondisi pengujian yang dinyatakan oleh pabrik.

7. Bagaimana bagian pembelian dan teknik dapat menentukan tumpukan laminasi CRGO secara bersamaan

Berikut ini alur kerja sederhana yang mengubah semua hal di atas menjadi RFQ yang dapat dipertahankan.

Langkah 1 - Bekukan input sisi desain

Dari perancang transformator:

• B_kerja pada keran pengenal (misalnya 1,60 T) dan kejadian fluks berlebih yang diharapkan (misalnya +10% selama 1 menit).
• Targetkan kehilangan tanpa beban pada tegangan dan suhu pengenal.
• Jenis inti (3-kaki vs 5-kaki, cangkang vs inti), jenis sambungan (mitra/step-lap), pengaturan belitan.

Hal ini memungkinkan Anda memperkirakan:

• Diperlukan P (B_work) pada strip,
• ditambah faktor bangunan,
• ditambah faktor laminasi.

Langkah 2 - Konversikan ke target material

Sebagai contoh, misalkan:

• 50 Hz, trafo distribusi ONAN.
• B_work ≈ 1,6 T, 0,23 mm CRGO, 2.000 kg inti.
• Anda membutuhkan kehilangan inti ≤ 1,7 kW pada kondisi pengenal.

Asumsikan:

• Faktor bangunan ≈ 1,18 (inti lapis bertumpuk).
• Faktor laminasi ≈ 96%.

Maka, target level strip pada 1,6 T menjadi kira-kira:

Kehilangan inti per kg (strip) ≈ 1,7 kW / (2000 kg × 1,18) ≈ 0,72 W / kg pada 1,6 T

Dari tabel M-3, 0,23 mm memberikan ~0,79 W/kg pada 1,6 T, yang sedikit lebih tinggi. Itu sudah menjelaskannya:

• Baik mengencangkan kelas (lebih dekat ke kelas atas M2/M3 atau Hi-B),
• Atau kurangi sedikit B_work,
• Atau menerima kerugian tanpa beban yang lebih tinggi.

Ini adalah jenis aritmetika yang seharusnya muncul dalam catatan desain, bukan hanya di kepala seseorang.

Langkah 3 - Masukkan ke dalam bahasa RFQ

Alih-alih "CRGO M3, 0,23 mm", tulislah sesuatu seperti:

Tumpukan laminasi CRGO, 0,23 mm, kelas setara dengan M108-23 atau lebih baik.

• P1.5/50 ≤ 0,70 W/kg, dijamin sesuai IEC 60404-2 / JIS C 2550-1
• P1.7/50 ≤ 1,05 W/kg, kondisi pengujian yang sama
• B50 ≥ 1,88 T (5000 A/m)
• Pelapisan: Setara dengan C-5, cocok untuk anil pelepas stres pada suhu 800 °C
• Faktor laminasi pada 50 psi ≥ 96%

Angka-angka di atas hanya bersifat indikatif, tetapi gaya kalimat seperti inilah yang membuat kedua belah pihak tetap jujur.

Langkah 4 - Mintalah kurva P(B) lengkap

Jangan hanya mengandalkan baris ringkasan katalog.

Permintaan dari pemasok laminasi Anda:

• Kehilangan inti vs B pada 50 Hz lebih dari 1,3-1,7 T untuk kelas dan ketebalan yang ditawarkan.
• Tunjukkan apakah angka-angka tersebut "umum" atau "terjamin".

Jika mereka tidak dapat menyediakan kurva, setidaknya mereka harus memberi tahu Anda dari lembar data pabrik mana yang sebenarnya mereka beli.

8. Kasus-kasus khusus di mana W/kg vs B menjadi rumit

Beberapa situasi di mana kurva bingkai Epstein yang bagus menyesatkan Anda:

1. Sambungan kompleks dan inti 5 kaki
   • Lokal B pada T-joint dan kuk dapat berjalan 10-20% lebih tinggi daripada kaki B. Kerugian di sana berskala buruk dan mendominasi keluhan kebisingan Anda.
2. Nilai campuran dalam satu inti
   • Beberapa pekerjaan baru-baru ini mencampurkan kelas (misalnya Hi-B pada kaki, konvensional pada kuk) untuk menyeimbangkan biaya dan kerugian. Total P(B) kemudian membutuhkan rata-rata tertimbang, bukan W/kg.
3. Stres karena meninju dan menumpuk
   • Kondisi "as-sheared" vs "annealed" mempengaruhi seluruh kurva, bukan hanya nilai jaminan. Perbedaan beberapa sepersepuluh W/kg pada 1,5 T didokumentasikan untuk GOES yang diberi tegangan vs yang tidak diberi tegangan.
4. Bias DC dan pemuatan yang tidak seimbang
   • Jika inti Anda melihat offset dc atau konten harmonik yang berat, model gaya Steinmetz yang dikalibrasi pada sinusoidal B mungkin kurang atau lebih dari prediksi; eksponen berubah dengan rentang fluks dan frekuensi.

Apabila salah satu dari hal ini muncul, Anda juga:

• menguji tumpukan laminasi yang representatif sendiri, atau
• bersikeras pada parameter model yang sesuai dari pemasok baja.

9. Daftar periksa cepat untuk pesanan tumpukan laminasi CRGO

Untuk setiap desain transformator baru atau RFQ utama, pastikan Anda dapat menjawabnya, dalam satu halaman:

1. Jendela kerapatan fluks
   • B_kerja pada nilai, B_maks di bawah peristiwa fluks berlebih terburuk.
2. Kerugian tingkat strip target
   • P(B_kerja) per kg, tersirat dari kW yang diizinkan dan faktor bangunan yang diasumsikan.
3. Pita kelas dan ketebalan
   • Label seri-M atau kode IEC, ditambah ketebalan (0,23 / 0,27 / 0,30 mm).
4. Poin uji yang dijamin
   • Batas P1.5/50 dan/atau P1.7/50, standar pengujian, kondisi sampel (as-sheared vs anil).
5. Detail khusus laminasi
   • Persyaratan faktor laminasi.
   • Tinggi duri, kerataan, jenis lapisan, rute anil.
6. Rencana verifikasi
   • Bagaimana Anda akan mengambil sampel gulungan atau tumpukan laminasi yang masuk (frekuensi, ukuran lot, metode pengujian).

Jika salah satu kotak ini kosong, kurva kehilangan inti vs kerapatan fluks biasanya akan mengisinya untuk Anda nanti, dalam bentuk watt yang tidak terduga.

10. TANYA JAWAB: Kehilangan inti laminasi CRGO vs kerapatan fluks