Magnetostrizione della laminazione CRGO: perché è importante per il rumore dei trasformatori

1. Magnetostrizione in CRGO: la versione breve che gli ingegneri utilizzano in realtà

La magnetostrizione nell'acciaio elettrico a grani orientati è uno dei principali fattori di vibrazione del nucleo del trasformatore e del rumore acustico. Non si tratta di una novità: è stato dimostrato da studi di laboratorio, test a nucleo intero e recenti revisioni sulle vibrazioni dei trasformatori.

Alcuni punti di lavoro, solo per allineare il linguaggio:

• Frequenza: Con l'eccitazione sinusoidale, la magnetostrizione è dominata da una componente 2f (100 Hz per i sistemi a 50 Hz, 120 Hz per quelli a 60 Hz), con armoniche superiori che si estendono fino alla banda udibile.
• Ampiezza: Per i CRGO tipici, la deformazione magnetostrittiva è dell'ordine di alcuni ×10-⁶ nei normali intervalli di induzione operativa (circa 1,7-1,9 T). Gli acciai a basso rumore mirano ad avvicinarsi a ~1,5×10-⁶ o meno in punti di prova definiti.
• Forma d'onda: La polarizzazione della corrente continua, le armoniche del flusso e lo stato di stress distorcono la curva a farfalla pulita, alterando lo spettro e spesso aumentando le componenti udibili.

Niente di tutto questo fa rumore da solo. La laminazione pila fa. Gli spazi vuoti, il serraggio, il rivestimento, il modo in cui il CRGO viene tagliato e assemblato. È qui che la magnetostrizione si trasforma in un sistema meccanico vibrante.

2. Perché gli acquisti dovrebbero interessarsi alla magnetostrizione

Dal punto di vista degli acquirenti, la "magnetostrizione" può sembrare un'altra riga oscura su una scheda tecnica dell'acciaio. Eppure si collega direttamente alle voci di costo che si vedono effettivamente:

• Irrigidimenti e smorzamento del serbatoio sovradimensionati
• Isolamento acustico supplementare intorno al trasformatore
• Rilavorazione in caso di fallimento del test di rumorosità di fabbrica
• Reclami sul sito, sanzioni, persino il trasferimento nei casi peggiori

I fornitori di acciai GO ora posizionano esplicitamente la "bassa magnetostrizione" e la "riduzione del rumore" come punti di valore, non solo come proprietà accademiche.

Quindi la domanda per l'acquisto non è "Che cos'è la magnetostrizione?". E': "Quanta magnetostrizione posso permettermi, dato il mio obiettivo di rumorosità e la mia struttura dei costi?".

In questo caso è utile una semplice mappa mentale delle opzioni CRGO.

3. Livelli di magnetostrizione della laminazione CRGO (vista pratica)

Non tutti i CRGO sono uguali. E non tutte le dichiarazioni di "basso rumore" hanno lo stesso significato in una pila. Sulla base dei brevetti a basso rumore pubblicati, delle schede tecniche dei CRGO e dei test sul nucleo misurati, si può pensare a intervalli di questo tipo:

Nota: I numeri riportati di seguito sono valori indicativi, non garantiti. Fare sempre riferimento alla scheda tecnica e al metodo di prova del mulino specifico.

*Descrizioni approssimative a livello ingegneristico; diversi mulini specificano in diversi punti di prova (definizione B, f, λ).

La scelta del materiale da sola non garantirà il vostro obiettivo in termini di dB(A). Ma stabilisce la base. Se si parte da un acciaio rumoroso, la migliore pila del mondo non può fare molto.

4. Dove le pile di laminazione trasformano la magnetostrizione in rumore

La deformazione magnetostrittiva è microscopica. Il rumore nell'area di prova non lo è. Il ponte tra le due cose è meccanico:

1. Spessore e grado di laminazione
   • I gradi CRGO più sottili e ad alta permeabilità riducono le perdite e possono contribuire al rumore limitando i picchi di flusso.
   • Ma se le laminazioni sono mal impilate, più interfacce significano più punti di vibrazione.
2. Stress nella pila
   • Taglio, punzonatura, piegatura e serraggio modificano le sollecitazioni locali.
   • Le schede tecniche dei CRGO avvertono che valori di magnetostrizione estremamente bassi sono difficili da mantenere in un reale a causa di queste sollecitazioni di fabbricazione.
   • Un po' di tensione controllata del film di trazione sulla superficie del foglio può ridurre magnetostrizione e modificarne lo spettro, come sottolineano i brevetti dell'acciaio a basso rumore.
3. Rivestimento e trattamento delle superfici
   • I rivestimenti antistress e i rivestimenti di tensione semplificano il modello di dominio e possono dimezzare la magnetostrizione a induzioni normali, secondo alcune schede tecniche dei CRGO.
   • Si tratta di una grande leva, ma presuppone che il rivestimento sopravviva senza danni alla produzione del nucleo.
4. Schema di impilamento: step-lap vs. butt
   • I nuclei step-lap diffondono il flusso e riducono la saturazione locale. Numerosi studi e l'esperienza sul campo dimostrano che l'impilamento a gradini può ridurre il rumore del nucleo dell'ordine di 3-6 dB se applicato correttamente.
   • Ma i vantaggi dipendono da tolleranze strette nel taglio e nell'assemblaggio. I gradini disallineati reintroducono tensioni locali e vuoti d'aria.
5. Strategia di incollaggio e serraggio
   • L'incollaggio flessibile tra le lamelle può smorzare in modo significativo le vibrazioni magnetostrittive, come dimostrato nel lavoro classico sulle pile di silicio e ferro incollate.
   • Un serraggio troppo rigido in pochi punti può creare punti caldi locali di sollecitazione e rumore; un serraggio distribuito con pressione controllata tende a essere più silenzioso.

Sintesi: Il grado CRGO stabilisce il potenziale. La pila di laminazione decide quanto di questo potenziale viene effettivamente sfruttato.

5. Progettare manopole che spostino effettivamente il livello di rumore

Per gli ingegneri, è utile ordinare tutte le opzioni in poche "manopole" controllabili:

5.1 Densità del flusso e sezione trasversale del nucleo

Quando si imposta l'induzione di progetto, ci si destreggia già tra la perdita del nucleo e il costo del materiale. La magnetostrizione aggiunge un altro asse:

• B più alto → maggiore deformazione magnetostrittiva e di solito componente 2f più forte.
• B più basso → minore deformazione, spesso forma d'onda più regolare, ma un nucleo più grande e più acciaio.

I progetti critici per il rumore a volte utilizzano deliberatamente:

• Induzione di design leggermente inferiore
• Acciaio premium a bassa magnetostrittività

Insieme, questa combinazione può soddisfare i limiti di perdita e di rumore senza un eroico smorzamento del serbatoio.

5.2 Controllo del contenuto armonico e della polarizzazione DC

La qualità dell'alimentazione al primario non è perfetta. Distorsione armonica e polarizzazione DC in B:

• Distorsione delle forme d'onda di magnetostrizione
• Aumentare i componenti a più alta frequenza
• Spingere il nucleo a vibrare in modi che il modello 2f di base non coglie.

Dal punto di vista della progettazione e dell'integrazione nella rete, ciò significa:

• Essere conservativi con l'induzione su sistemi in cui si prevede una polarizzazione della corrente continua (iniezione HVDC, grandi sistemi rinnovabili vicino al trasformatore).
• Specificare nei documenti tecnici le condizioni armoniche accettabili e le ipotesi di polarizzazione della corrente continua, senza lasciarle implicite.

5.3 Scelta del CRGO e della tecnologia di rivestimento

Quando si valutano le offerte CRGO, si devono notare i dettagli relativi alla magnetostrizione:

• Se il grado è standard, ad alta permeabilità o "a basso rumore" con limiti λ espliciti.
• Presenza e tipo di affinamento del dominio (incisione laser, incisione di scanalature, ecc.).
• Tipo di rivestimento: è commercializzato come "rivestimento di tensione", "rivestimento di alleggerimento delle tensioni" o simili, e la scheda tecnica lo collega alla riduzione della magnetostrizione?

Non si tratta di banalità di marketing. Indicano il comportamento dell'acciaio una volta tagliato, impilato e bloccato.

5.4 Geometria di laminazione e design della pila

Per un fornitore di laminazione o un OEM di trasformatori, le scelte principali includono:

• EI vs. step-lap vs. geometrie con nucleo avvolto
• Spessore della lastra (0,30, 0,27, 0,23 mm e più sottile)
• Obiettivi del fattore di impilamento e altezza della bava consentita
• Sia che si tratti di incollare, verniciare o lasciare libere le laminazioni con il serraggio tradizionale

Ogni combinazione modifica il modo in cui la magnetostrizione viene trasmessa al serbatoio e all'aria circostante. Una revisione completa del 2024 mostra che i modelli che includono la magnetostrizione a livello di laminazione e i dettagli di impilamento corrispondono alle vibrazioni e al rumore misurati molto meglio di quelli semplificati.

6. Come leggere le offerte CRGO attraverso la lente del rumore

Passiamo all'aspetto pratico dell'acquisto.

Quando si ricevono offerte per Pile di laminazione CRGO o core, una lettura "consapevole del rumore" non si limita alla perdita di core e al prezzo.

6.1 Verifica delle informazioni sulla magnetostrizione reale

Domande da porre ai fornitori:

1. È specificato λ?
   • A quale B e frequenza?
   • Si tratta di un massimo garantito o solo di un valore tipico?
2. Si parla di test acustici o a bassa rumorosità?
   • Alcuni mulini e produttori di anime mostrano test di rumorosità per progetti standard a B e carichi specifici.
3. Fanno riferimento a un rivestimento specifico o a un affinamento del dominio mirato al rumore?
   • Cercate di trovare menzioni di pellicole di tensione, qualità raffinate per il dominio o famiglie di prodotti incentrati sul rumore.

Se l'offerta si limita a dire "equivalente al grado X", senza alcuna λ, state volando alla cieca su una proprietà che influisce direttamente sui dB(A).

6.2 Chiarire i dettagli della progettazione della pila nell'RFQ

È utile descrivere esplicitamente le aspettative della pila di laminazione:

• Schema di impilamento richiesto (ad es. giro a 7 fasi, lunghezze di sovrapposizione definite)
• Massima qualità dei bordi di sbavatura e laminazione
• Eventuali fasi di ricottura di distensione consentite
• Se l'incollaggio/la verniciatura è consentito, preferito o vietato

I documenti tecnici sulle laminazioni incollate mostrano che il metodo di incollaggio può modificare le vibrazioni misurate con un ampio margine. Se non se ne parla, i fornitori ottimizzeranno i costi e la produttività, non necessariamente il rumore.

6.3 Allineamento delle condizioni di prova

Le controversie sul rumore spesso nascono da aspettative non corrispondenti:

• Test di fabbrica in un'azienda e funzionamento in loco in un'altra.
• Distanze di misura o livelli di fondo diversi
• Uso di standard diversi per la pressione sonora o la potenza sonora

Poiché la magnetostrizione è molto sensibile a B e alla forma d'onda, si desidera che la magnetostrizione sia molto sensibile:

• Induzione del test e impostazioni del rubinetto concordate
• Condizione di carico definita per le prove di rumorosità (a vuoto o a carico specifico)
• Distanza di misura e ambiente dichiarati

Non è possibile cambiare la fisica in un secondo momento con dei documenti.

7. Lista di controllo rapida prima di firmare un fornitore di laminazione

Per i team di acquisto e di progettazione che lavorano insieme, ecco una lista di controllo compatta:

1. Grado di acciaio e dati λ
   • L'offerta include informazioni sulla magnetostrizione e non solo sulla perdita?
   • È disponibile come opzione una qualità a bassa magnetostrittività o "a basso rumore"?
2. Rivestimento e affinamento del dominio
   • Il rivestimento è descritto e legato al rumore o alle prestazioni di magnetostrizione?
   • Ci sono vincoli sul trattamento termico che potrebbero degradare queste proprietà?
3. Approccio di impilamento
   • È stato definito un pattern step-lap o un altro pattern a basso rumore?
   • Le tolleranze su bave, spazi, allineamenti sono specificate?
4. Concetto di incollaggio/morsetto
   • Le laminazioni sono incollate, legate o semplicemente bloccate?
   • Questa configurazione è già stata utilizzata in progetti a bassa rumorosità?
5. Test e documentazione
   • Il fornitore è disposto a condividere i dati di laboratorio o le referenze di progetti passati di trasformatori critici per il rumore che utilizzano CRGO e stack simili?

Se la maggior parte delle caselle è vuota o con risposte vaghe, sapete che il rischio viene trasferito a voi.

8. FAQ: Magnetostrizione da laminazione CRGO e rumore del trasformatore

Principali risultati

Per un fornitore di stack di laminazione o un OEM di trasformatori, La magnetostrizione della laminazione CRGO non è solo una proprietà dei materiali, ma un risultato contrattuale.

Se si sceglie l'acciaio giusto, si specifica correttamente lo stack di laminazione e si allineano i test alla realtà, il rumore del trasformatore diventa prevedibile e gestibile invece di essere una sorpresa dell'ultima fase.