Apa itu laminasi CRGO? (Penjelasan tentang baja listrik berbutir terarah yang digulung dingin)

CRGO laminasi adalah praktik memotong, melapisi, dan menumpuk baja listrik berorientasi butir sehingga inti transformator dapat mengarahkan fluks ke satu arah yang diutamakan dengan pemborosan energi seminimal mungkin, sesuai dengan anggaran, peralatan, dan rantai pasokan yang secara realistis memungkinkan.

Ide dalam satu garis lurus

Baja rol dingin berorientasi butir (CRGO) adalah baja listrik yang butir-butirnya disusun sejajar dengan arah rol, dan "laminasi CRGO" adalah satu lembar baja tersebut yang dipotong dengan punch atau laser, diisolasi secara individual, lalu ditumpuk menjadi inti sehingga fluks sebagian besar mengikuti arah rol tersebut. Itulah arti kalimat tersebut secara prinsip: bahan berorientasi ditambah geometri ditambah proses, bekerja sama untuk menjaga kerugian inti dan arus magnetisasi tetap rendah pada transformator daya dan distribusi.

Tentu saja, kenyataan lebih rumit daripada satu kalimat itu.

Apa yang sebenarnya dimaksud dengan "laminasi" dalam praktiknya

Ketika Anda melihat tumpukan rapi pelat E, I, C, atau step-lap di bengkel transformator, pelat CRGO tersebut telah melewati beberapa tahap pemrosesan: pemrosesan pabrik, pemotongan, pemotongan, isolasi, lalu perakitan. Setiap tahap tersebut dapat menghormati orientasi serat atau secara diam-diam menghancurkan keuntungannya.

Pabrik memasok CRGO dalam bentuk gulungan dengan ketebalan, kualitas, dan lapisan yang telah ditentukan. Ketebalan umum berkisar 0,23 mm, 0,27 mm, dan 0,30 mm, masing-masing terkait dengan target kerugian pada 1,5 atau 1,7 T dan 50 Hz. Gulungan dipotong menjadi strip sempit dan kemudian diubah menjadi lempengan melalui proses stamping atau pemotongan laser, diikuti dengan kombinasi proses pelunakan tegangan dan penumpukan.

Pada gambar dan lembar data, hal ini terlihat sederhana: “CRGO M4, 0,27 mm, jenis pelapis X, maksimum W/kg pada 1,7 T”. Di bengkel, ini adalah perjuangan melawan ketinggian tepian tajam, ketidaksejajaran, kerusakan lapisan, dan orang-orang yang menganggap tidak masalah membengkokkan lamina seperti baja karbon. CRGO lamina lebih tentang seberapa banyak tekstur yang diproduksi dengan hati-hati oleh pabrik sebenarnya bertahan dalam proses Anda, daripada sekadar akronimnya.

Apa yang ingin dicapai oleh laminasi CRGO di dalam inti

Jika Anda sudah mengetahui teori resmi, Anda tahu bahwa dalam CRGO, butiran-butiran diorientasikan sedemikian rupa sehingga fluks lebih memilih arah penggulungan. Lembar spesifikasi menunjukkan angka kerugian inti untuk strip Epstein datar yang dipotong sempurna sepanjang arah tersebut. Misalnya, baja berorientasi tipe M4 dengan ketebalan sekitar 0,27 mm mungkin ditentukan dengan kerugian inti sekitar atau di bawah 1,2–1,3 W/kg pada 1,7 T, 50 Hz. Baja berkualitas tinggi dan tipe Hi-B mendekati angka-angka tersebut ke 0,7–0,9 W/kg tergantung pada ketebalan.

Setelah Anda memotong laminasi dan membangun inti tiga fasa yang sebenarnya, fluks tidak akan tetap pada 0°. Fluks akan membelok di sudut-sudut, masuk ke sambungan secara miring, dan melintasi area di mana baja berada pada sudut yang tidak sejajar dengan arah penggulungan. Data Hi-B dari Nippon Steel, misalnya, menunjukkan bagaimana pola sambungan yang berbeda dapat menghasilkan perbedaan yang terukur dalam kerugian inti lokal dan total, bahkan dengan bahan yang sama.

Jadi, tugas sebenarnya dari laminasi CRGO bukan hanya "baja berkerugian rendah". Tugasnya adalah mengatur pelat, sambungan, dan celah sedemikian rupa sehingga jalur fluks menghabiskan sebagian besar perjalanannya dalam arah yang diinginkan, pada densitas fluks yang dapat ditangani oleh kelas baja tersebut tanpa peningkatan tajam dalam kerugian atau kebisingan.

Dari gulungan ke laminasi hingga inti bertumpuk (versi kompres)

Proses di sisi pabrik sebagian besar sudah ditentukan untuk Anda: penggulungan primer, penghilangan karbon, rekristalisasi primer, dan kemudian rekristalisasi sekunder untuk membentuk butiran besar yang terorientasi Goss, diikuti dengan pelapisan dan penggulungan temper. Di situlah bagian "butiran terorientasi" terbentuk.

Di sisi laminasi, tahap-tahap pentingnya lebih sempit dan lebih intens:

Pita dipotong. Jika Anda menggunakan stempel, alat-alat tersebut menimbulkan tegangan mekanis dan goresan di tepi potongan; jika Anda menggunakan pemotongan laser, Anda menukar deformasi mekanis dengan dampak panas dan potensi oksidasi tepi. Artikel manufaktur Banmore membahas hal ini, tetapi dari sudut pandang pemasaran; dalam praktiknya, pilihan metode pemotongan adalah pertukaran antara kecepatan, biaya, kualitas tepi, dan seberapa banyak proses annealing pasca-pemotongan yang bersedia Anda bayar.

Setiap lapisan laminasi dilapisi. Lapisan pelapis ini berupa lapisan tipis inorganik atau hibrida yang dirancang untuk menjaga isolasi listrik antar lapisan laminasi, mengontrol resistansi antar lapisan, dan memberikan gesekan perekat selama proses penumpukan. Jika lapisan pelapis ini dihilangkan atau digores terlalu banyak, arus eddy akan mengalir bebas melintasi tumpukan; jika lapisan pelapis ini tidak rata, akan timbul zona panas dan faktor laminasi yang tidak terduga.

Akhirnya, lapisan-lapisan tersebut ditumpuk menjadi inti: tumpang tindih bertahap, tumpang tindih miring, sambungan ujung, dililit, ditumpuk, dan kadang-kadang dipanaskan kembali. Setiap langkah baik mempertahankan mikrostruktur pabrik atau memberikannya tegangan tambahan dan orientasi lokal yang tidak sejajar. Panduan manufaktur sering mencantumkan tujuh atau delapan langkah yang rapi; versi dunia nyata adalah siklus pemotongan, pemeriksaan, perbaikan, dan penyesuaian pola tumpukan hingga uji kerugian inti yang dirakit mencapai hasil yang dijanjikan.

Tombol desain tersembunyi di balik "CRGO lamination"

Ketika para desainer mengatakan "gunakan laminasi CRGO", mereka sebenarnya sedang menyesuaikan beberapa pengaturan yang independen. Pengaturan-pengaturan ini hanya kebetulan berada di balik satu frasa.

Pengaturan pertama adalah kelas dan ketebalan. Untuk banyak transformator distribusi tipe kering dan berisi minyak, Anda akan menemukan kelas baja silikon berorientasi butir sekitar M3 atau M4 dengan ketebalan dalam rentang 0,23–0,30 mm. Ketebalan yang lebih tipis mengurangi arus eddy dan kerugian, tetapi meningkatkan upaya penanganan material, biaya, dan jumlah lempengan dalam setiap tumpukan. Untuk trafo daya kelas atas atau desain kompak, grade Hi-B memberikan kerugian yang lebih rendah pada densitas fluks yang sama, tetapi lebih sensitif terhadap pemotongan dan tegangan. Memilih antara CRGO biasa dan Hi-B bukanlah pembahasan filosofis; biasanya ini adalah perhitungan biaya kerugian tanpa beban versus biaya tambahan baja dan pemrosesan selama masa pakai trafo.

Knob kedua adalah pola sambungan dan potongan. Artikel tentang jenis laminasi CRGO membahas potongan miring, potongan berlian, susunan tumpang tindih bertahap, dan berbagai pola lekukan yang digunakan untuk menyelaraskan lengan dan yoke. Dari sudut pandang teknik, hal ini pada dasarnya berkaitan dengan seberapa halus Anda mengubah arah aliran fluks di sambungan, dan seberapa sering Anda memaksa fluks untuk melewati sudut 90° atau mendekati sudut tersebut. Inti tumpukan bertahap dengan sambungan miring menyebarkan putaran fluks, menjaga puncak densitas fluks lokal lebih rendah, dan biasanya memberikan kerugian tanpa beban yang lebih baik dan kebisingan yang lebih rendah daripada sambungan ujung sederhana, dengan biaya pemotongan dan penumpukan yang lebih kompleks.

Knob ketiga adalah faktor pelapisan dan laminasi. Bahkan baja dengan kerugian inti yang sangat rendah pun tidak akan mencapai kinerja yang dijanjikan jika faktor laminasinya buruk. Ketebalan pelapisan, konsistensi, kualitas pengeringan, dan jumlah kerusakan mekanis selama penanganan semuanya berkontribusi pada angka tersebut. Lembar data pabrik memberikan angka faktor laminasi sekitar rentang 90%; inti yang dirakit jarang mencapai nilai ideal tersebut, terutama jika pemotongan dan penumpukan tidak dikendalikan dengan ketat.

Knob keempat adalah manajemen stres. Setiap pukulan, penjepitan, dan pembengkokan menghasilkan stres sisa; sifat magnetik CRGO sangat sensitif terhadap hal itu. Itulah mengapa beberapa pabrikan menekankan proses annealing pelepasan stres akhir pada inti yang telah dirakit, terutama untuk desain tegangan tinggi atau aliran magnetik tinggi. Lewatkan langkah tersebut, dan Anda pada dasarnya membayar harga Hi-B untuk sesuatu yang berperilaku lebih mirip dengan grade biasa.

Laminasi CRGO versus bahan inti lainnya

Dalam banyak blog, perbandingan dengan CRNO atau logam amorf sering dibahas dengan istilah yang samar-samar. Anda sudah tahu cerita dasarnya: baja silikon berorientasi butir untuk inti transformator, non-orientasi untuk mesin berputar, dan amorf untuk kerugian sangat rendah. Pandangan yang lebih berguna adalah menguraikan arti numeriknya untuk lamina.

Berdasarkan data transformator kering terbaru, kisaran kerugian inti pada 1,5 T, 50 Hz terlihat kurang lebih seperti ini: CRGO (kelas M3) sekitar 1,0–1,3 W/kg, CRGO Hi-B sekitar 0,7–0,9 W/kg, logam amorf sekitar 0,2–0,3 W/kg, dan CRNGO sekitar 2,0–2,5 W/kg. Pada saat yang sama, inti amorf menggunakan pita yang sangat tipis, biasanya sekitar 0,025 mm tebal, yang kira-kira sepersepuluh dari ketebalan laminasi baja silikon biasa. Ketebalan lembaran CRGO umumnya berkisar antara 0,23–0,30 mm, dengan tabel spesifikasi grade yang menghubungkan setiap ketebalan dengan sepasang nilai kerugian pada 1,5 dan 1,7 T.

Menggabungkan ide-ide tersebut menghasilkan perbandingan yang lebih berorientasi pada laminasi:

Bagi seseorang yang menentukan laminasi CRGO, tabel ini menyampaikan hal yang sederhana: Anda berada di tengah-tengah. Laminasi CRGO tidak akan sebanding dengan pita amorf dalam hal kerugian beban kosong, tetapi lebih mudah dipotong, ditumpuk, dan diklem ke dalam bentuk inti yang kompleks, terutama pada daya dan tegangan yang lebih tinggi.

Apa yang membuat laminasi CRGO yang "baik" di luar istilah-istilah populer?

Laminasi CRGO yang baik tidak hanya tentang membeli gulungan berkualitas tinggi. Hal itu terlihat pada detail-detail kecil yang dapat diukur.

Pengendalian burr menjadi prioritas utama. Tinggi burr memengaruhi aliran lokal dan meningkatkan kerugian di sekitar sambungan. Pedoman penanganan CRGO yang paling ketat menetapkan batas ketat untuk burr yang dapat diterima dan merekomendasikan proses untuk mengendalikannya. Jadwal pengasahan alat, celah stamping, dan metode penghilangan burr akhirnya terlihat dalam hasil uji kerugian tanpa beban.

Orientasi pemotongan adalah langkah berikutnya. Banyak bengkel masih sesekali memotong bagian-bagian pada sudut yang kurang optimal untuk menghemat bahan. Setiap derajat yang menjauh dari arah penggulungan meningkatkan kerugian dan arus magnetisasi, terutama pada grade Hi-B di mana teksturnya lebih kuat. Katalog pabrik dan brosur teknis menunjukkan betapa tajamnya peningkatan kerugian begitu arah magnetisasi menjauh dari arah penggulungan, sehingga strategi penataan dan limbah Anda secara inheren merupakan pilihan desain magnetik.

Integritas lapisan pelindung mungkin tidak mencolok, tetapi sangat penting. Lapisan pelindung yang tergores, terlalu panas, atau terkontaminasi dapat mengurangi resistansi antarlamina. Pada inti yang dirakit, hal ini terlihat sebagai kerugian arus eddy yang lebih tinggi daripada yang diprediksi oleh pengukuran lembaran tunggal. Lapisan pelindung modern dirancang untuk tahan suhu tinggi dan memiliki daya rekat yang baik, namun tetap rentan terhadap penanganan kasar, kontaminasi minyak, atau penumpukan yang kasar.

Akhirnya, pola tumpukan itu sendiri. Baik Anda menggunakan sambungan tumpang tindih sederhana atau urutan tumpang tindih bertahap yang kompleks, cara lempengan disusun di sudut-sudut menentukan seberapa dekat inti yang dirakit mendekati angka W/kg pabrik. Demonstrasi transformator model dengan metode sambungan yang berbeda menunjukkan perbedaan yang jelas dalam kerugian total dan titik panas lokal, bahkan dengan baja yang identik. Bahan dasarnya sama; strategi lempengan yang digunakan berbeda.

Bagaimana cara mempertimbangkan laminasi CRGO saat menyusun spesifikasi atau gambar teknis

Karena Anda sudah memahami dasar-dasar material, nilai sebenarnya dari spesifikasi adalah untuk menjelaskan bagaimana Anda mengharapkan laminasi berperilaku, bukan hanya bahan apa yang digunakan untuk membuatnya.

Seringkali lebih baik untuk menetapkan persyaratan kerugian untuk inti yang dirakit, bukan hanya untuk baja. Misalnya, menetapkan “kerugian inti transformator tangki pada tegangan dan frekuensi nominal tidak boleh melebihi X W pada Y °C” lebih ketat daripada hanya “CRGO grade 23HP90 atau lebih baik”, karena hal ini memaksa proses laminasi menjadi bagian dari jaminan. Tabel grade seperti yang diterbitkan untuk grade CRGO BIS/ISI menunjukkan ketebalan dan maksimum W/kg per grade, dan tabel ini merupakan titik awal yang baik untuk menetapkan angka-angka tersebut.

Anda juga dapat mengontrol kualitas laminasi dengan batasan-batasan sederhana yang dapat diuji: ketinggian burr maksimum, sudut potong maksimum yang diizinkan relatif terhadap arah penggulungan, faktor laminasi minimum untuk inti yang dirakit, apakah pengolahan pelepasan tegangan akhir wajib untuk tingkat daya tertentu, dan pola sambungan mana yang diizinkan. Tidak ada yang memerlukan penjelasan panjang; beberapa baris yang jelas dalam catatan gambar seringkali lebih efektif dalam mengarahkan proses manufaktur daripada paragraf lain teks pemasaran.

Dan kemudian ada realitas rantai pasokan. CRGO sekunder atau "berminyak" memang ada dan dapat menarik secara biaya, terutama dalam aplikasi berdaya rendah atau yang kurang kritis. Artikel dari pemasok laminasi secara eksplisit membahas bagaimana jenis laminasi dan kualitas lembaran yang berbeda dipilih untuk CRGO primer versus sekunder. Jika Anda mengizinkan bahan semacam itu, spesifikasi harus menyebutkan di mana bahan tersebut dapat diterima dan tes apa yang masih harus dipenuhi. Jika tidak, Anda akan mendapatkan kejutan.

Ringkasan

Jadi, apa itu laminasi CRGO? Ini bukan hanya jenis bahan. Ini adalah kombinasi dari baja listrik berorientasi, ketebalan, lapisan, metode pemotongan, geometri sambungan, dan pengendalian tegangan yang menentukan apakah inti transformator Anda benar-benar berperilaku sesuai dengan angka W/kg yang tercantum di pabrik, atau menyimpang hingga puluhan persen setelah dirakit.

Setelah Anda memahaminya dengan cara itu, percakapan tidak lagi berfokus pada "CRGO versus sesuatu yang lain", melainkan menjadi "pilihan laminasi mana yang memberikan tingkat kerugian, tingkat kebisingan, dan profil biaya yang dapat kita terima". Pertanyaan itu jauh lebih berguna saat Anda menyetujui desain yang sebenarnya, bukan hanya membaca brosur.