CRGO 라미네이션과 CRNGO 라미네이션: 어떤 코어강을 선택해야 할까요?

플럭스 경로가 대부분 단방향이고 무부하 손실이 1와트마다 발생하는 경우 다음을 선택하십시오. CRGO. 필드가 흔들리거나 지오메트리가 지저분하거나 비용과 펀칭 단순성이 효율성의 마지막 퍼센트 포인트를 짜내는 것보다 더 중요한 경우, 다음을 선택하십시오. CRNGO. 그 외의 모든 것은 귀하가 스스로, 구매 및 손실 예산에 대한 결정을 증명하는 것입니다.

교과서적인 답은 이미 알고 계실 겁니다.

압연 방향을 따라 자화에 최적화되어 전력 및 배전 변압기에 주로 사용되는 입자 지향 전기강(CRGO)과 판면에서 거의 등방성 특성을 갖는 비입자 지향 전기강(CRNGO)은 모터, 발전기 및 회전 기계에 기본으로 사용되는 표준 이야기를 이제 보셨을 겁니다.

이러한 기사는 1년차 엔지니어에게 적합합니다. 입자 정렬, 제조 단계, 실리콘 함량에 대해 이야기하고 때로는 멋진 현미경 사진도 보여줍니다. 한 번은 유용합니다. 그 후에는 손실이 폭발하기 전에 B를 얼마나 멀리 밀어낼 수 있는지, 스탬핑으로 인한 스트레스는 어떻게 되는지, 수명 운영 비용을 파괴하지 않고 가격 지점에 도달할 수 있는 변압기에 CRNGO가 '충분한' 시점은 언제인지 등 실제 질문이 달라집니다. 바로 여기에 선택의 여지가 있습니다.

실제 프로젝트에서 의사 결정을 내리는 요소

디자인 팀이 CRGO와 CRNGO를 논할 때 정의에 대해 논쟁하는 경우는 거의 없습니다. 그들은 데이터시트보다 약간 더 지저분한 세 가지에 대해 논쟁을 벌입니다.

첫 번째는 플럭스 패턴입니다. 이상적인 도면이 아니라 조인트, 컷아웃, 노치 및 공차를 추가하면 실제 도면이 됩니다. 스택을 통과하는 주요 경로가 한 시트 방향으로 정렬되고 유지된다면 CRGO는 진정으로 제 역할을 할 수 있습니다. 필드가 매 전기 주기마다 회전하거나 라미네이션이 롤링 방향을 가로질러 지속적으로 절단되는 모양으로 강제되면 이점이 줄어들고 CRNGO가 더 정직한 선택처럼 보이기 시작합니다.

두 번째는 마케팅 수치가 아닌 실제 작동 유도 및 주파수에서의 손실 예산입니다. CRGO는 고전적인 P1.5/50 테스트에서는 훌륭해 보이지만, 일부 고급 CRNGO 강철은 더 높은 주파수 또는 다른 자속 밀도에 맞게 조정되어 교과서적인 50/60Hz 세계를 벗어나면 그림이 약간 바뀝니다.

세 번째는 제조 가능성과 비용입니다. 펀치 품질, 버 높이, 코팅, 응력 완화, 스크랩 비율, 코일 너비. CRGO는 종종 더 얇고 취급 시 손상에 더 민감하며 거친 툴링에 덜 관대합니다. CRNGO는 일반적으로 킬로그램당 가격이 저렴하고 0.35~0.50mm와 같이 모터에 적합한 두께로 더 많이 제공되며 모터용으로 이미 구매한 등급에서 더 쉽게 구할 수 있습니다.

이 세 가지를 무시하고 카탈로그의 한 줄에 있는 손실 번호만 쳐다본다면 스프레드시트에서 '이길' 수 있지만 여전히 시스템을 잃을 수 있습니다.

실제로 구축한 코어의 자기 동작

서류상으로 CRGO는 비슷한 실리콘 수준에서 비배향강에 비해 압연 방향을 따라 약 30% 더 높은 자속 밀도를 제공합니다. 이것이 바로 변압기 담당자들이 이 소재를 선호하는 이유입니다. 조인트가 정렬되고 응력이 제어된 잘 설계된 다리에서는 코어 손실을 동일하거나 더 낮게 유지하면서 더 높은 B를 실행할 수 있습니다.

하지만 실제 코어는 엡스타인 스트립이 아닙니다. 자르고, 펀칭하고, 연귀하고, 쌓고, 클램핑합니다. 이러한 각 단계에서는 국부적인 응력이 발생하고 플럭스가 이상적이지 않은 경로를 따르는 영역이 생깁니다. 그레인 방향은 플럭스 경로가 길고 직선이며 롤링 방향과 평행할 때 가장 도움이 됩니다. 모서리, 요크 및 T-조인트가 있는 곳에서는 이점이 감소합니다. 그렇기 때문에 일부 제조업체는 의도적으로 메인 레그에만 더 높은 등급의 CRGO를 사용하고 요크에는 더 일반적인 재료를 사용하거나 비용과 성능의 균형을 맞추기 위해 등급을 혼합하기도 합니다.

반면 CRNGO는 회전하는 기계가 필요로 하는 방식으로 지루합니다. 시트 평면 내에서 속성은 가능한 한 균일하게 설계됩니다. 최상의 롤링 성능은 희생하지만, 필드가 회전할 때 치명적인 최악의 영역은 피할 수 있습니다. 모터 설계자에게는 이러한 극단의 평탄화가 인상적인 단일 방향 B-H 곡선보다 더 큰 가치가 있는 경우가 많습니다.

따라서 완벽한 재료 대칭을 설정한 FEA가 아닌 완제품의 플럭스가 얼마나 "1차원적"인지는 조용히 질문이 됩니다.

손실, 두께 및 작동 유도: 효율성을 움직이는 숫자

형용사가 아닌 실제 공개된 수치를 통해 트레이드오프에 대한 규모를 가늠해 보겠습니다.

오늘날 일반적인 상업용 CRGO 적층은 등급(M2~M6, 0.18~0.35mm)에 따라 1.5T, 50Hz에서 약 0.7~1.1W/kg의 코어 손실을 나타냅니다. 제조업체 및 테스트 하우스의 실제 변압기 데이터는 그리드 변압기에 실제로 사용되는 강재의 경우 1.5T, 50Hz에서 약 0.9-1.3W/kg의 수치를 제시합니다.

상업용 CRNGO 등급은 더 넓은 대역에 걸쳐 있습니다. 모터 및 범용 변압기용 표준 등급은 1.5T, 50Hz에서 4~6W/kg 범위이며, 4W/kg 미만은 향상된 등급, 그 이상은 더 저렴한 등급입니다. 두께는 일반적으로 0.35, 0.5 또는 0.65mm이며, 고성능 기계 또는 더 높은 주파수를 위해 더 얇은 시트가 사용됩니다.

따라서 공칭 전압에서 약 1.5T로 작동하는 100kg 코어를 상상해 보십시오. 1W/kg CRGO에서 4W/kg CRNGO로 전환하면 약 300W의 무부하 손실이 추가됩니다. 20년 동안 계속 가동하면 0.3kW의 추가 손실은 약 52,000kWh가 됩니다. kWh당 0.10달러만 적용해도 변압기 한 대에 5,000달러의 추가 에너지 비용이 발생합니다. 첫날의 철강 가격 차이는 그렇게 크지 않습니다. 변전소에서는 거의 매번 CRGO가 이 논쟁에서 승리합니다.

이제 정격 전압에서 거의 작동하지 않는 소형 3kVA 저주파 변압기로 전환하세요. 코어 질량이 작고 듀티 사이클이 낮습니다. 동일한 킬로그램당 수치가 전체 설비의 노이즈 플로어로 줄어듭니다. 갑자기 구매 가격이 낮아지고 CRNGO를 쉽게 조달할 수 있다는 것은 지극히 합리적일 수 있으며, 많은 공급업체가 저전력 장비에 대해 조용히 그렇게 하고 있습니다.

같은 자료라도 상황에 따라 정답이 달라질 수 있습니다.

제조, 스트레스 및 소음: 데이터시트 각주가 암시하는 것들

데이터시트는 스트레스 민감도를 암시하고, 생산은 실제 상황을 상기시켜 줍니다. CRGO의 낮은 손실 수치는 신중한 응력 완화 어닐링 또는 최소한의 소성 변형을 가정합니다. 공격적인 펀칭, 무리한 굽힘, 무분별한 클램핑은 비용을 지불한 이점을 무섭게 지워버릴 수 있습니다.

CRNGO 재종은 펀칭 손상에 영향을 받지 않지만, 특히 자동차에 초점을 맞춘 시리즈에서는 기계적 강도와 펀칭성을 설계 목표의 일부로 삼아 제조된 제품도 있습니다. 공장의 툴링이 비교적 오래되고 생산량이 많으며 부드러운 핸들링을 보장할 수 없는 경우 카탈로그의 이상적인 CRGO 수치에 도달하지 못할 것이라고 가정하는 것이 더 안전할 수 있습니다.

소음은 또 다른 조용한 차별화 요소입니다. CRGO는 자기변형 이방성이 강하기 때문에 롤링 방향을 따라 자화시키고 조인트를 잘 설계하면 가청 험을 유용한 수준으로 제어할 수 있습니다. 자속이 잘못 정렬되거나 횡방향 자화가 심하면 예상보다 소음이 커질 수 있습니다. CRNGO는 자기 변형 거동이 더 균일하므로 로터와 고정자 설계자는 재료 이방성에 의존하지 않고 슬롯 형상, 스큐, 여기를 통해 음향 노이즈를 관리할 수 있습니다.

단순한 "CRGO 대 CRNGO" 마케팅 비교에서는 나타나지 않지만, 프로토타입이 모델처럼 작동하는지 여부가 결정됩니다.

비용 및 가용성: 부품 구매 시 고려해야 할 사항

킬로그램당 CRNGO는 일반적으로 비슷한 두께의 CRGO보다 저렴하며, 특히 대량 표준 등급의 경우 더 저렴합니다. CRGO, 특히 Hi-B 및 프리미엄 등급은 가격과 때때로 리드타임 페널티가 있습니다. 공장의 곡물 중심 생산 능력은 한정되어 있으며 특수 코팅과 더 엄격한 공차로 인해 제약이 더 커집니다.

반면에 CRNGO는 조직에서 모터, 컴프레서, 교류 발전기용으로 이미 구매하고 있는 자재인 경우가 많습니다. 물량만으로도 더 나은 가격, 더 나은 서비스, 더 많은 코일 폭 옵션을 확보할 수 있습니다. 이러한 공급망의 단순화는 많은 제조업체가 효율 규정이 허용하는 경우 CRNGO를 더 작은 변압기 범위(대개 약 100~150kVA)로 밀어붙이는 조용하지만 실제적인 이유입니다.

따라서 누군가가 "CRGO가 너무 비싸다"고 말할 때마다 문제는 단순히 철강 가격만이 아닙니다. 제품군의 강제 효율 수준은 얼마인지, 듀티 사이클은 얼마인지, 구매 주문서에 서명하는 사람이 볼 수 있는 차량의 평생 에너지 비용은 얼마인지 등입니다.

CRGO와 CRNGO 한눈에 보기

다음은 실용적이면서도 숫자를 정직하게 유지하는 간결한 비교표입니다. 값은 일반적인 범위이며, 구체적인 등급은 다를 수 있습니다.

이 표는 시험 정답이 아닙니다. 이 표는 여러분이 실제로 무엇을 거래하고 있는지 상기시켜 주는 것입니다.

CRGO가 거의 항상 적합한 경우

생각할 필요가 거의 없는 경우도 있습니다.

지속적인 그리드 서비스를 위해 중대형 전력 또는 배전 변압기를 설계하는 경우, 무부하 손실에 대한 규정과 구매자의 기대치는 거의 CRGO 또는 심지어 비정질 강을 사용하도록 강요합니다. 코어 질량이 수백 킬로그램에 도달하면 50/60Hz에서 CRNGO의 손실 페널티가 너무 커집니다. 첫날의 강재 절감 효과는 운영 비용과 규정 준수 문제로 증발해 버립니다.

플럭스 경로가 깨끗하고, 제조 라인이 재료를 존중할 수 있으며(우수한 펀칭, 낮은 버, 적절한 적층, 제어된 클램핑), 현실적인 작동 유도 한계를 준수하는 경우, CRGO는 조용한 일꾼으로 남아 있습니다. 그 선택을 정당화하기 위해 입자에 대한 시적인 설명이 필요하지 않습니다.

CRNGO가 조용히 승리하는 곳

CRNGO는 "값싼 대체품"이 아닙니다. 대부분의 회전 기계에서는 정답이며 많은 소형 변압기에서는 정당한 답입니다.

모터, 발전기 및 교류 발전기에서는 플럭스가 회전합니다. 고급 비방향성 강재는 이러한 현실을 고려하여 모든 방향에서 균형 잡힌 특성을 가지며, 타이트한 슬롯 펀칭 및 고속 로터에 적합한 코팅과 기계적 강도를 갖도록 설계되었습니다. 변압기 등급의 CRGO로 최신 트랙션 모터를 제작하는 것은 재료와 싸우는 것과 같습니다.

소형 변압기, 안정기, 보조 전원 및 저용량 자석의 경우 비용과 공급이라는 또 다른 제약이 있을 수 있습니다. 여기서 CRNGO를 사용하면 모터 제품과 동일한 강종 및 공정 라인을 재사용하고 구매를 간소화하면서도 절대 코어 질량과 듀티 사이클이 적기 때문에 효율성 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

심지어 철강 생산업체의 데이터시트에는 비방향성 등급이 특정 전력 수준(150kVA 정도)까지 변압기에 적합하게 설계될 경우 허용된다고 명시되어 있습니다. 이는 속임수가 아니라 인정된 설계 경로입니다.

'규칙'이 모호한 엣지 케이스

규칙을 어기는 일이 없다면 삶은 지루할 것입니다.

전력 전자제품의 고주파 변압기는 때때로 여러 가지 전략을 혼합하여 사용합니다. 예를 들어, 설계자는 비정질 및 나노 결정질 금속의 비용이나 가용성이 제한적일 때 매우 얇은 CRNGO 또는 특수 고주파 등급을 선택할 수 있지만, 이러한 CRNGO 등급이 50Hz에서 좋지 않은 것처럼 보일 수 있습니다. 실제 작동 지점은 수십 킬로헤르츠에 달하며 상대적인 차이가 있습니다.

비정상적으로 고정된 자속 경로 또는 비정상적인 토폴로지를 가진 대형 모터는 특정 적층에서 방향성 강철을 실험할 수 있지만, 설계가 매우 제한적이지 않는 한 처리 고통은 실제적이고 이득은 크지 않습니다. 학계에서는 CRNGO에서 부분적으로 배향된 텍스처를 탐색하여 선을 약간 흐리게 하고 일부 등방성을 거래하여 롤링 방향 성능을 개선하는 방법을 연구했습니다.

그리고 규제가 있습니다. 변압기와 모터 모두에 대한 효율 등급이 강화됨에 따라 철강 생산업체는 새로운 고급 CRNGO와 개선된 CRGO 변형을 계속 도입하고 있습니다. 특정 작동 지점에서 프리미엄 CRNGO와 중간급 CRGO의 손실 격차가 줄어들면서 단일 W/kg 수치보다 다운스트림 제조 가능성 및 기계적 제약에 대한 결정이 더 중요해질 수 있습니다.

따라서 데이터시트를 계속 주시하는 이유는 기본을 잊어버렸기 때문이 아니라 계속 변화하기 때문입니다.

프로젝트별로 결정할 수 있는 실용적인 방법

새로운 디자인을 위해 CRGO와 CRNGO 라미네이션 중 하나를 선택하면 거의 혼자서 짧은 디자인 검토를 하는 것처럼 처리할 수 있습니다.

플럭스 동작에서 시작하세요. 메인 다리뿐만 아니라 조인트와 슬롯을 포함하여 코어를 통과하는 실제 경로를 스케치하세요. 플럭스가 대부분 단방향이고 애플리케이션이 그리드에 연결되어 있거나 에너지 비용에 민감한 경우, 강력한 무언가가 플럭스를 밀어낼 때까지 CRGO를 가정합니다. 플럭스가 회전하거나 축을 벗어나는 데 상당한 시간을 소비하는 경우 CRNGO를 가정하세요.

그런 다음 서비스에서 사용할 실제 B 및 주파수에서의 손실 예산을 살펴보세요. 헤드라인의 P1.5/50 수치가 아니라 해당 운영 지점에서 제조업체의 코어 손실 데이터 또는 자체 측정값을 사용하세요. CRNGO로의 전환으로 인해 수십 또는 수백 와트의 지속적인 손실이 추가되는 경우, 와트뿐만 아니라 수명 기간 동안의 에너지 손실을 금액으로 계산하고 이를 CRGO의 추가 강철 비용과 비교하세요.

그런 다음 공장의 현실을 조사하세요. 툴링 수명, 버 제어, 어닐링 능력, 적층 방법, 코팅, 취급. 코일에서 완성된 코어까지 CRGO의 섬세한 미세 구조를 현실적으로 보존할 수 없다면, 결코 볼 수 없는 성능에 대한 비용을 지불하는 것입니다. 이 경우 CRNGO는 이상적인 손실이 더 높더라도 CRGO보다 데이터시트에 더 가까운 완제품을 생산할 수 있습니다.

마지막으로, 구매와 규제의 제약을 같은 공간으로 가져와야 합니다. 효율성 표준, CO₂ 보고, 공급 위험, 공급업체 다각화. 대규모로 조달할 수 없는 '최선의' 기술적 해답은 최선의 해답이 아닙니다.

여기에는 거창한 이론이 필요하지 않습니다. 첫 번째 기사에서 읽은 마케팅 슬로건이 아닌 실제 물리학과 경제학에 맞춰 강철을 설계하면 됩니다.

결론

진공 상태에서 CRGO와 CRNGO 중 하나를 선택하는 경우는 거의 없습니다. 신중한 취급이 필요하고 일반적으로 비용이 더 많이 드는 저손실, 방향 최적화 소재와 기존 전력 주파수 작동 지점에서 손실 페널티가 있지만 회전 및 소형 정적 기계의 대량 생산에 원활하게 통합되는 보다 관대한 등방성 소재 중에서 선택할 수 있습니다.

이를 한 줄의 슬로건으로만 생각하면 다른 사람들이 게시하는 것과 똑같은 글이 나오게 됩니다. 이를 출발점으로 삼고 자속 경로, 실제 코어 형상, 공장 한계, 수명 에너지 비용 등을 고려하면 "올바른" 답은 상당히 빨리 드러나는 경향이 있습니다. 크고 효율적인 계통 연계형 변압기는 CRGO로, 회전식 기계와 비용에 민감하거나 작은 장치는 CRNGO로 기울어지는 것과 같은 단순한 규칙이 적용되는 경우가 많습니다. 중요한 것은 이 규칙을 외우는 데 있는 것이 아닙니다. 왜, 그리고 어디에서 이 규칙을 어겨도 되는지 정확히 아는 것이 중요합니다.