Laminasi CRGO vs laminasi CRNGO: baja inti mana yang harus Anda pilih?

Jika jalur fluks Anda sebagian besar satu arah dan setiap watt kehilangan tanpa beban merugikan, pilihlah CRGO. Jika bidangnya berayun-ayun, geometri Anda berantakan, atau biaya dan kesederhanaan pukulan lebih penting daripada memeras poin persentase terakhir dari efisiensi, pilihlah CRNGO. Yang lainnya hanya Anda yang membuktikan keputusan tersebut pada diri Anda sendiri, pada pembelian, dan pada anggaran kerugian.

Anda sudah tahu jawaban buku teks

Sekarang Anda telah mengetahui cerita standarnya: baja listrik berorientasi butiran (CRGO) dioptimalkan untuk magnetisasi di sepanjang arah penggulungan dan mendominasi pada transformator daya dan distribusi; baja listrik non-butiran (CRNGO) memiliki sifat mendekati isotropik pada bidang lembaran dan merupakan standar untuk motor, generator, dan mesin yang berputar.

Artikel-artikel tersebut sangat bagus untuk para insinyur tahun pertama. Mereka berbicara tentang penyelarasan butir, langkah-langkah manufaktur, kandungan silikon, kadang-kadang bahkan menunjukkan mikrograf yang bagus. Berguna sekali. Setelah itu, pertanyaan sebenarnya berbeda: seberapa jauh Anda dapat mendorong B sebelum kerugian meledak, apa yang terjadi di bawah tekanan dari stamping, dan kapan CRNGO "cukup baik" untuk transformator sehingga Anda dapat mencapai titik harga tanpa menghancurkan biaya operasi seumur hidup. Di situlah sebenarnya pilihannya.

Apa yang benar-benar mendorong keputusan dalam proyek nyata

Ketika tim desain memperdebatkan CRGO vs CRNGO, mereka hampir tidak pernah memperdebatkan definisi. Mereka berdebat tentang tiga hal yang sedikit lebih berantakan daripada lembar data.

Pertama adalah pola fluks. Bukan gambar yang diidealkan, tetapi gambar yang sebenarnya setelah Anda menambahkan sambungan, guntingan, takik, dan toleransi. Jika jalur utama melalui tumpukan Anda sejajar dan tetap sejajar dengan satu arah lembar, CRGO benar-benar dapat menghasilkan keuntungan. Jika bidang Anda berputar setiap siklus listrik, atau laminasi Anda dipaksa menjadi bentuk di mana Anda terus-menerus memotong melintasi arah penggulungan, keuntungannya menyusut dan CRNGO mulai terlihat sebagai pilihan yang lebih jujur.

Kedua adalah anggaran kerugian pada induksi dan frekuensi operasi Anda yang sebenarnya, bukan angka pemasaran. CRGO terlihat cemerlang dalam tes klasik P1.5/50; CRNGO terlihat lebih buruk di sana secara desain, tetapi beberapa baja CRNGO bermutu tinggi disetel untuk frekuensi yang lebih tinggi atau kepadatan fluks yang berbeda dan gambarnya bergeser sedikit ketika Anda meninggalkan dunia buku teks 50/60 Hz.

Ketiga, kemampuan manufaktur dan biaya. Kualitas pukulan, tinggi duri, pelapisan, pelepas tegangan, laju skrap, lebar kumparan. CRGO sering kali lebih tipis, lebih sensitif dalam menangani kerusakan, dan kurang memaafkan perkakas yang kasar. CRNGO biasanya lebih murah per kilogram, lebih banyak tersedia dalam ketebalan yang ramah motor seperti 0,35-0,50 mm, dan lebih mudah didapat di kelas yang sudah dibeli untuk motor.

Jika Anda mengabaikan ketiganya dan hanya menatap angka kerugian pada satu baris katalog, Anda bisa "memenangkan" spreadsheet dan tetap saja kalah dalam sistem.

Perilaku magnetik di dalam inti yang sebenarnya Anda bangun

Di atas kertas, CRGO menawarkan kerapatan fluks magnetik sekitar 30% lebih tinggi di sepanjang arah penggulungan dibandingkan dengan baja yang tidak berorientasi, pada tingkat silikon yang sama. Itulah mengapa para ahli transformator sangat menyukainya. Pada kaki yang dirancang dengan baik, dengan sambungan yang sejajar dan tegangan yang terkontrol, Anda benar-benar dapat menjalankan B yang lebih tinggi untuk kehilangan inti yang sama atau lebih rendah.

Tetapi core yang sebenarnya bukanlah strip Epstein. Anda memotong, melubangi, memotong, menumpuk, menjepit. Setiap langkah tersebut menimbulkan tekanan lokal dan daerah di mana fluks mengambil jalur yang kurang ideal. Orientasi butiran sangat membantu jika jalur fluksnya panjang, lurus dan sejajar dengan arah penggulungan. Manfaatnya terkikis di mana Anda memiliki sudut, kuk, dan sambungan-T. Inilah sebabnya mengapa beberapa produsen sengaja menggunakan CRGO bermutu lebih tinggi hanya pada kaki utama dan menerima bahan yang lebih biasa di kuk, atau mencampur nilai untuk menyeimbangkan biaya dan kinerja.

CRNGO, sebaliknya, membosankan persis seperti yang dibutuhkan oleh mesin yang berputar. Di dalam bidang lembaran, properti dirancang agar seseragam mungkin. Anda mengorbankan performa terbaik sepanjang penggulungan, tetapi Anda menghindari daerah-daerah terburuk yang sangat buruk saat bidang berputar. Untuk perancang motor, perataan yang ekstrem itu sering kali lebih berharga daripada kurva B-H satu arah yang mengesankan.

Jadi pertanyaannya menjadi: seberapa "satu dimensi" fluks Anda pada produk jadi, bukan pada FEA Anda dengan simetri material yang sempurna.

Kehilangan, ketebalan, dan induksi pengoperasian: angka-angka yang menggerakkan efisiensi Anda

Mari kita beri skala pada trade-off dengan angka-angka yang dipublikasikan secara nyata, bukan hanya kata sifat.

Laminasi CRGO komersial yang umum saat ini menunjukkan kehilangan inti sekitar 0,7-1,1 W/kg pada 1,5 T, 50 Hz, tergantung pada grade (M2 hingga M6, 0,18-0,35 mm). Data transformator dunia nyata dari produsen dan rumah pengujian sering mengutip sekitar 0,9-1,3 W / kg pada 1,5 T, 50 Hz untuk baja yang benar-benar digunakan dalam transformator jaringan.

Nilai CRNGO komersial menjangkau pita yang lebih luas. Nilai standar untuk motor dan transformator serba guna sering berada pada kisaran 4-6 W/kg pada 1,5 T, 50 Hz, dengan nilai yang lebih baik di bawah 4 W/kg dan nilai yang lebih murah di atasnya. Ketebalan biasanya 0,35, 0,5 atau 0,65 mm, dengan lembaran yang lebih tipis diperuntukkan bagi mesin berkinerja tinggi atau frekuensi yang lebih tinggi.

Jadi, bayangkan sebuah inti seberat 100 kg bekerja sekitar 1,5 T pada tegangan nominal. Pergeseran dari 1 W/kg CRGO ke 4 W/kg CRNGO menambahkan sekitar 300 W kehilangan tanpa beban. Lebih dari 20 tahun operasi terus menerus, tambahan 0,3 kW tersebut menjadi sekitar 52.000 kWh. Dengan harga USD 0,10 per kWh, Anda akan mengeluarkan biaya energi tambahan sebesar USD 5.000 untuk satu transformator. Perbedaan harga baja pada hari pertama jarang sekali sebesar itu. Di gardu induk, CRGO memenangkan argumen itu hampir setiap saat.

Sekarang beralih ke trafo frekuensi rendah 3 kVA kecil yang jarang beroperasi pada tegangan pengenal. Massa inti sangat kecil; siklus kerjanya rendah. Angka per kilogram yang sama menyusut menjadi tingkat kebisingan di seluruh instalasi. Tiba-tiba, harga pembelian yang lebih rendah dan sumber CRNGO yang lebih mudah dapat menjadi sangat rasional, dan banyak vendor diam-diam melakukan hal itu untuk peralatan berdaya rendah.

Konteks mengubah jawaban yang benar, bahkan dengan materi yang sama.

Manufaktur, stres, dan kebisingan: hal-hal yang diisyaratkan oleh catatan kaki lembar data

Lembar data mengisyaratkan sensitivitas terhadap stres; produksi mengingatkan Anda bahwa ini nyata. Angka kerugian CRGO yang rendah mengasumsikan anil penghilang stres yang hati-hati atau setidaknya deformasi plastis minimal. Meninju secara agresif, menekuk dengan kencang, atau menjepit tanpa berpikir panjang dapat menghapus sebagian besar keuntungan yang telah Anda bayarkan.

Grade CRNGO tidak kebal terhadap kerusakan akibat pelubangan, tetapi beberapa diformulasikan dengan kekuatan mekanis dan kemampuan pelubangan sebagai bagian dari target desainnya, khususnya pada seri yang berfokus pada otomotif. Jika pabrik Anda memiliki perkakas yang relatif tua, volume tinggi, dan Anda tidak dapat menjamin penanganan yang lembut, mungkin lebih aman untuk mengasumsikan bahwa Anda tidak akan pernah mencapai angka CRGO yang ideal dari katalog.

Kebisingan adalah pembeda lain yang tenang. CRGO memiliki anisotropi yang kuat dalam magnetostriksi; ketika Anda memagnetisasi di sepanjang arah penggulungan dan mendesain sambungan dengan baik, Anda dapat mengontrol dengungan yang dapat didengar hingga tingkat yang berguna. Fluks yang tidak sejajar atau magnetisasi melintang yang berat dapat membuat segalanya lebih berisik dari yang diharapkan. CRNGO memiliki perilaku magnetostriksi yang lebih seragam; perancang rotor dan stator kemudian mengelola kebisingan akustik melalui geometri slot, kemiringan, dan eksitasi daripada mengandalkan anisotropi material.

Semua itu tidak ada yang muncul dalam perbandingan pemasaran "CRGO vs CRNGO" yang sederhana, tetapi hal ini menentukan apakah prototipe Anda berperilaku seperti model Anda.

Biaya dan ketersediaan: bagian pembelian peduli tentang

Per-kilogram, CRNGO biasanya lebih murah daripada CRGO dengan ketebalan yang sebanding, terutama pada grade standar bervolume tinggi. CRGO, terutama Hi-B dan kelas premium, memiliki harga dan terkadang penalti waktu tunggu. Pabrik memiliki kapasitas terbatas untuk produksi yang berorientasi pada biji-bijian; pelapis khusus dan toleransi yang lebih ketat menambah lebih banyak kendala.

Di sisi lain, CRNGO sering kali merupakan bahan yang sudah dibeli oleh organisasi Anda untuk motor, kompresor, alternator. Volume saja dapat menjamin harga yang lebih baik, layanan yang lebih baik, lebih banyak opsi lebar kumparan. Penyederhanaan rantai pasokan tersebut merupakan alasan yang tenang namun nyata bagi banyak produsen untuk mendorong CRNGO ke dalam rentang transformator yang lebih kecil, sering kali hingga sekitar 100-150 kVA, ketika peraturan efisiensi mengizinkannya.

Jadi, setiap kali seseorang mengatakan "CRGO terlalu mahal", pertanyaannya bukan hanya pada harga baja. Pertanyaannya adalah: berapa tingkat efisiensi yang diberlakukan untuk rangkaian produk Anda, berapa siklus kerjanya, dan berapa banyak biaya energi seumur hidup armada Anda yang dapat dilihat oleh siapa pun yang menandatangani pesanan pembelian.

Sekilas tentang CRGO vs CRNGO

Berikut ini adalah perbandingan ringkas yang menjaga angka-angka tetap jujur sekaligus praktis. Nilai adalah kisaran umum; nilai spesifik akan berbeda.

Tabel ini bukan jawaban ujian. Ini adalah pengingat tentang apa yang sebenarnya Anda perdagangkan.

Di mana CRGO hampir selalu masuk akal

Ada beberapa kasus di mana Anda nyaris tidak perlu berpikir.

Jika Anda mendesain trafo daya atau distribusi daya menengah hingga besar untuk layanan jaringan yang berkelanjutan, peraturan dan ekspektasi pembeli seputar kehilangan tanpa beban hampir memaksa Anda untuk menggunakan CRGO atau bahkan baja amorf. Penalti kerugian CRNGO pada 50/60 Hz terlalu besar setelah massa inti mencapai ratusan kilogram. Penghematan baja pada hari pertama menguap dalam biaya operasional dan masalah kepatuhan.

Jika jalur fluks Anda berorientasi bersih, jalur fabrikasi Anda dapat menghormati material (pelubangan yang baik, duri rendah, penumpukan yang tepat, penjepitan yang terkendali), dan Anda mengikat diri Anda pada batas induksi operasi yang realistis, CRGO tetap menjadi pekerja keras yang tenang. Anda tidak perlu deskripsi puitis tentang butirannya untuk membenarkan pilihan itu.

Di mana CRNGO diam-diam menang

CRNGO bukanlah "pengganti yang murah". Ini adalah jawaban yang benar pada sebagian besar mesin berputar dan jawaban yang adil pada banyak transformator kecil.

Pada motor, generator, dan alternator, fluks berputar. Baja non-orientasi bermutu tinggi direkayasa untuk kenyataan itu: sifat seimbang ke segala arah, sering kali dengan pelapis dan kekuatan mekanis yang sesuai untuk pelubangan slot yang ketat dan rotor berkecepatan tinggi. Mencoba membangun motor traksi modern dari CRGO kelas transformator berarti melawan material.

Pada transformator yang lebih kecil, ballast, suplai tambahan, dan magnet tugas rendah, terkadang Anda memiliki kendala yang berbeda: biaya dan suplai. Di sini, CRNGO memungkinkan Anda untuk menggunakan kembali keluarga baja dan jalur pemrosesan yang sama dengan produk motor Anda, menyederhanakan pembelian, dan tetap memenuhi persyaratan efisiensi karena massa inti absolut dan siklus kerja sederhana.

Bahkan ada catatan lembar data dari produsen baja yang mengatakan bahwa nilai non-orientasi dapat diterima untuk transformator hingga tingkat daya tertentu (sekitar 150 kVA) bila dirancang sesuai dengan itu. Itu bukan tipuan; itu adalah jalur desain yang diakui.

Kasus tepi di mana "aturan" menjadi kabur

Hidup akan membosankan jika aturan tidak pernah dilanggar.

Trafo frekuensi tinggi dalam elektronika daya terkadang menggabungkan strategi. Sebagai contoh, seorang perancang dapat memilih CRNGO yang sangat tipis atau nilai frekuensi tinggi khusus ketika biaya atau ketersediaan logam amorf dan nanokristalin membatasi, bahkan jika nilai CRNGO tersebut terlihat buruk pada 50 Hz. Titik operasi yang sebenarnya berada pada puluhan kilohertz; perbedaan relatif bergeser.

Motor besar dengan jalur fluks tetap yang tidak biasa atau topologi yang tidak konvensional dapat bereksperimen dengan baja berorientasi pada laminasi tertentu, meskipun rasa sakit pemrosesan itu nyata dan keuntungannya sederhana kecuali jika desainnya sangat terbatas. Pekerjaan akademis telah mengeksplorasi tekstur berorientasi sebagian di CRNGO untuk mengaburkan garis sedikit, menukar beberapa isotropi untuk kinerja arah gelinding yang lebih baik.

Dan kemudian ada regulasi. Seiring dengan pengetatan kelas efisiensi untuk transformator dan motor, produsen baja terus memperkenalkan CRNGO bermutu tinggi dan varian CRGO yang lebih baik. Kesenjangan kerugian untuk CRNGO premium vs CRGO kelas menengah pada titik operasi tertentu dapat menyusut cukup banyak sehingga keputusan Anda menjadi kurang jelas dan lebih banyak tentang kemampuan manufaktur hilir dan kendala mekanis daripada tentang satu angka W / kg.

Jadi, Anda harus selalu memperhatikan lembar data bukan karena Anda lupa dasar-dasarnya, tetapi karena batasnya terus bergerak.

Cara praktis untuk memutuskan, proyek demi proyek

Apabila Anda memilih antara laminasi CRGO dan CRNGO untuk desain baru, Anda bisa memperlakukannya hampir seperti tinjauan desain singkat dengan diri Anda sendiri.

Mulai dari perilaku fluks. Buatlah sketsa jalur nyata melalui inti, termasuk sambungan dan slot, bukan hanya kaki utama. Jika fluks sebagian besar satu arah dan aplikasinya terhubung ke jaringan atau sensitif terhadap biaya energi, asumsikan CRGO hingga sesuatu yang kuat mendorong Anda menjauh darinya. Jika fluks berputar atau menghabiskan waktu yang signifikan di luar sumbu, asumsikan CRNGO.

Kemudian lihatlah anggaran kerugian pada B dan frekuensi aktual yang akan Anda gunakan dalam layanan. Gunakan data core-loss dari pabrikan atau pengukuran Anda sendiri pada titik operasi tersebut, bukan hanya angka P1.5/50. Jika pergeseran ke CRNGO menambah puluhan atau ratusan watt kehilangan terus menerus, hitunglah energi seumur hidup yang hilang dalam bentuk uang, bukan hanya watt, dan bandingkan dengan biaya baja tambahan CRGO.

Setelah itu, interogasi realitas pabrik Anda. Usia perkakas, kontrol duri, kemampuan anil, metode penumpukan, pelapisan, penanganan. Jika Anda tidak dapat secara realistis mempertahankan struktur mikro CRGO yang halus dari koil hingga inti jadi, Anda membayar untuk kinerja yang tidak akan pernah Anda lihat. Dalam hal ini CRNGO, bahkan dengan kehilangan ideal yang lebih tinggi, mungkin menghasilkan produk jadi yang lebih dekat dengan lembar data daripada CRGO.

Terakhir, bawa batasan pembelian dan regulasi ke dalam ruangan yang sama. Standar efisiensi, pelaporan CO₂, risiko pasokan, diversifikasi vendor. Jawaban teknis "terbaik" yang tidak dapat diperoleh dalam skala besar bukanlah jawaban terbaik.

Semua ini tidak memerlukan teori yang dramatis. Anda hanya perlu mencocokkan baja dengan fisika dan ekonomi aktual dari desain Anda, bukan dengan slogan pemasaran pada artikel pertama yang Anda baca.

Intinya

Anda jarang memilih antara CRGO dan CRNGO dalam ruang hampa. Anda memilih antara bahan yang dioptimalkan secara terarah dan lebih rendah kerugiannya yang menuntut penanganan yang hati-hati dan biasanya lebih mahal, dan bahan isotropik yang lebih memaafkan yang membawa penalti kerugian pada titik-titik operasi frekuensi daya klasik tetapi terintegrasi dengan lancar ke dalam produksi massal untuk mesin berputar dan mesin statis kecil.

Jika Anda memperlakukannya sebagai slogan satu baris, Anda akan mendapatkan artikel yang sama dengan yang diterbitkan orang lain. Jika Anda memperlakukannya sebagai titik awal, dan Anda melipat jalur fluks, geometri inti nyata, batasan pabrik, dan biaya energi seumur hidup, jawaban yang "benar" cenderung muncul dengan sendirinya dengan cukup cepat. Dan itu sering kali merupakan aturan sederhana yang sama: transformator besar, efisien, dan terikat jaringan condong ke arah CRGO; mesin yang berputar dan unit yang sensitif terhadap biaya atau lebih kecil condong ke arah CRNGO. Nilai lebihnya bukan pada menghafal aturan itu. Nilai dari aturan itu adalah mengetahui dengan tepat mengapa, dan di mana, Anda diizinkan untuk melanggarnya.