Im Energiefluss der industriellen Welt gibt es zwei Arten von Kerngeräten, die stillschweigend die Eckpfeilerrolle spielen: Der eine ist der Transformator, der wie ein stabiler „Spannungsverteiler“ ist, der stillsteht und Spannungsniveaus effizient umwandelt; Der andere ist der Motor, der wie unzählige „Leistungsarme“ alles antreibt, vom Ventilator bis zum Hochgeschwindigkeitszug. Die Grundleistung von -hoher Effizienz und Geräuschlosigkeit- hängt größtenteils von einem scheinbar gewöhnlichen, aber in Wirklichkeit präzisen Metallmaterial ab: Siliziumstahl.
1. Grundprinzip: Warum ist Siliziumstahl notwendig?
Siliziumstahl besteht im Wesentlichen aus Eisen mit 1–3 % beigemischtem Silizium. Es mag einfach klingen, aber die Zugabe von Silizium löst zwei große Probleme mit der Energieverschwendung in Elektrogeräten.
(1) Eisenverlust:
Wenn sich das Magnetfeld im Eisenkern ständig ändert, erwärmt er sich aufgrund von Hysterese und Wirbelstrom. Diese verschwendete Energie wird als Eisenverlust bezeichnet. Wenn man Silizium hinzufügt, verbessert sich die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber elektrischem Fluss erheblich, was den Wirbelstrom verringert und den Energieverlust deutlich reduziert.
(2) Magnetkraft:
Siliziumstahl kann bei gleichem Magnetfeld eine stärkere Magnetkraft als normaler Stahl erzeugen. Das bedeutet, dass Geräte das gleiche Magnetfeld oder die gleiche Leistung erzeugen können, aber kleiner sind und weniger Material verbrauchen, wodurch die Dinge kleiner werden und besser funktionieren.
Siliziumstahl ist also nicht nur eine Wahl; Dies ist der beste Weg, um sicherzustellen, dass die Dinge energiesparend sind, nicht zu heiß werden, keinen Lärm machen und günstig sind.
2. Reales Anwendungsszenario: Wie man Siliziumstahl für Transformatoren und Motoren „verwendet“.
(1) Im Transformator: der „Eisenkern“, der extreme Geräuschlosigkeit und geringen Verbrauch anstrebt.
Bei Transformatoren geht es darum, Energie zu transportieren und nicht zu verbrauchen. Das Eisen im Inneren wird durch die 50/60-Hz-Stromversorgung hin und her geschleudert, wodurch der größte Teil des Verlusts entsteht. Dieser Verlust wird direkt in Wärme umgewandelt.
- Wie es hergestellt wird: Sie nehmen spezielle Siliziumstahlbleche, stanzen sie in Formen, stapeln sie wie Blöcke und halten sie dann mit Dingen wie Epoxidharz oder Bändern zusammen. Dieses geschichtete Ding verhindert, dass seltsame Ströme herumfließen.
- Was Orientierung bedeutet: In den meisten Transformatoren befindet sich kalt-gewalzter orientierter Siliziumstahl. Das Material wird so behandelt, dass die winzigen Körner ausgerichtet sind, was die Magnetisierung auf eine bestimmte Weise erleichtert. Bei der Herstellung des Transformators achten sie darauf, dass die einfache Richtung mit dem Magnetfeld im Inneren übereinstimmt. Das Magnetisieren ist also ganz einfach und es entstehen weniger Verluste beim Hin- und Herdrehen. Stellen Sie es sich wie eine magnetische Autobahn für den Strom vor, sodass es nicht so schwer zu bewältigen ist.
(2) Im Motor: der „Stator- und Rotorkern“, der Leistung und Kosten in Einklang bringt.
Motoren sind viel schwieriger als Transformatoren. Anstelle eines Magnetfelds, das nur hin und her geht, verfügen Motoren über eines, das sich superschnell dreht. Der Eisenkern bewältigt schnelle Magnetisierungsänderungen und die Belastung durch ständige Rotation.
- Wie es hergestellt wird: Motorstatoren (der äußere, nicht{0}}bewegte Teil) und Rotoren (das Spinnzentrum) bestehen aus nicht-orientierten Siliziumstahlblechen. Diese werden in die richtige Form gestanzt, gestapelt und dann zusammengepresst.
- Warum nicht-Orientierung wichtig ist: Im Inneren eines Motors dreht und verschiebt sich das Magnetfeld ständig. Es gibt keine einfache Richtung für den Magnetismus. Deshalb brauchen wir kalt-gewalzten, nicht-orientierten Siliziumstahl. Es wirkt wie ein magnetisches Quadrat, das in jede Richtung nahezu die gleichen magnetischen Eigenschaften aufweist. Dadurch bleibt der Widerstand niedrig und konstant, unabhängig von der Magnetisierungsrichtung.
