Преобладающий выбор намоточного материала
В Северной Америке алюминий является преобладающим выбором намоточного материала для низковольтных сухих трансформаторов мощностью более 15 киловольт-ампер (кВА). В большинстве других областей мира медь является преобладающим извилистым материалом. Основной причиной выбора алюминиевых обмоток является его низкая начальная стоимость.
Стоимость медного базового металла исторически оказалась намного более изменчивой, чем стоимость алюминия, так что цена покупки медного проводника обычно является самым дорогим выбором. Кроме того, поскольку алюминий обладает большей податливостью и легче сваривается, это более дешевый выбор производства. Однако надежные алюминиевые соединения требуют большей дисциплины и опыта со стороны установщиков трансформаторов, чем для медных соединений.
Алюминий-Strip-для-электрических трансформаторов завод
Технические аргументы о плюсах и минусах алюминия и меди в течение многих лет торгуются в отрасли электроники. Большинство из этих аргументов несущественны, а некоторые можно классифицировать как дезинформацию. Цель этой Краткой заявки - обсудить некоторые общие проблемы относительно выбора между этими двумя извилистыми материалами.
Общие причины выбора материала обмотки
| Таблица 1 | Правда | Ложь |
| Алюминиевые клеммы трансформатора несовместимы с медной линией и кабелями нагрузки. | Икс | |
| Правильно завершающие соединения с линией и нагрузкой сложнее для алюминиевых трансформаторов. | Икс | |
| Линейные и нагрузочные соединения с медно-навитыми трансформаторами являются более надежными, чем трансформаторы на алюминиевой основе. | Икс | |
| Алюминиевые раневые трансформаторы легче по весу, чем эквиваленты меди раны. | Икс | |
| Медные низковольтные трансформаторы лучше подходят для «высоких ударов», потому что медь имеет более высокую прочность на растяжение, чем алюминий. | Икс | |
| Алюминиевые трансформаторы имеют более высокие потери, потому что медь является лучшим проводником. | Икс | |
| Алюминиевые трансформаторы имеют более высокие температуры горячего пятна, потому что медь является лучшим теплоносителем, чем алюминий. | Икс |
Различия между медь и алюминий
Большинство проблем, связанных с выбором намотки материала, отражают пять характерных отличий между медью и алюминием:
| Пять характерных различий между Cu и Al | алюминий | медь |
| Коэффициент расширения на ° C x 10 -6 при 20 ° C | 23 | +16, 6 |
| Теплопроводность BTU / фут / час / fft 2 / ° F при 20 ° C | 126 | 222 |
| Электрическая проводимость% IAS при 20 ° C | 61 | 101 |
| Прочность на растяжение ib / in 2 (мягкая) | 12000 | 32000 |
связь
Оксиды, хлориды или сульфиды основного металла гораздо более проводящие для меди, чем алюминий. Этот факт делает более важным очистку и защиту соединений для алюминиевых соединений. Некоторые считают, что соединения между медными и алюминиевыми соединениями несовместимы. Также сомнительны переходные соединения между алюминиевыми трансформаторами и медной строительной проволокой.
Коэффициент расширения
Алюминий при изменении температуры расширяет почти на треть больше, чем медь. Это расширение, наряду с пластичной природой алюминия, вызвало некоторые проблемы при неправильном монтаже болтовых соединений.
Чтобы избежать ослабления соединения, необходимо подключение какого-либо типа пружинного давления. Использование чашечных или раздельных шайб обеспечивает необходимую эластичность на стыке без сжатия алюминия.
Используя надлежащее оборудование, алюминиевые соединения могут быть одинаковыми по качеству для медных соединений.
Теплопроводность
Некоторые утверждают, что теплопроводность меди превосходит теплопроводность алюминия в снижении температуры горячей точки в обмотках трансформатора. Это справедливо только тогда, когда сравниваются медные и алюминиевые обмотки с одинаковыми размерами, геометрией и дизайном проволоки. Поэтому для любого заданного размера трансформатора КВА характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки к характеристикам теплопроводности меди. Для алюминиевых катушек для достижения той же токовой емкости, что и медь, алюминиевая катушка должна быть примерно на 66% больше по площади поперечного сечения. Ответственные изготовители проектируют и тестируют характеристики горячих точек своих конструкций и используют площадь поверхности охлаждения, геометрию катушки, воздуховод и форму проводника для получения приемлемых градиентов горячего пятна независимо от материала намотки.
Электрическая проводимость
Часто аргументы указывают на неполноценность проводимости алюминия, сославшись на то, что алюминий имеет только 61% электропроводности меди, что приводит к более высоким потерям энергии в алюминиевых трансформаторах. Дизайнеры всегда заботятся о температуре намотки. Для поддержания температуры ниже номинала изоляции алюминиевые трансформаторы спроектированы с алюминиевыми проводниками большей площади поперечного сечения, чем медь. В среднем это приводит к потерям энергии, которые одинаковы для алюминия, чем для меди. Поэтому трансформаторы аналогичной конструкции с одинаковым повышением температуры имеют примерно эквивалентные потери независимо от материала проводника.
Производители трансформаторов ограничивают разнообразие размеров проводников. Из-за этого некоторые конструкции из алюминия могут получить меньшие потери, чем медь, просто потому, что выбор размера провода ограничен. В других конструкциях медь более эффективна. Немногие, если таковые имеются, производители трансформаторов сухого типа низкого напряжения меняют размер каркаса сердечника при переключении с алюминия на медь, поэтому потеря сердечника остается примерно эквивалентной независимо от материала обмотки. Если равная эффективность может быть достигнута путем изменения размера провода, а потери в сердечнике остаются неизменными, нет никакой практической причины ожидать, что одна конструкция будет более эффективной, чем другая. Разница в стоимости между медью и алюминием часто позволяет обеспечить большие алюминиевые проводники, что приводит к снижению потерь при меньших затратах, чем при использовании медных проводников.
Предел прочности
Более низкая растяжимость и предел текучести алюминия вызвали некоторую озабоченность по поводу его использования в приложениях с циклической нагрузкой. Нагрузки, рисующие высокие пики тока, такие как приводы постоянного тока и другие контроллеры SCR, создают электромагнитные силы, которые могут вызывать движение проводников и катушек. Как показано в таблице 2, алюминий имеет только 38% прочности на разрыв меди. Однако сравнение таблиц основано на равной площади поперечного сечения. Как отмечалось ранее, для получения одинаковых номиналов в алюминиевых трансформаторах, как правило, на 66% больше площади поперечного сечения, чем медные проводники. Использование проводников большего размера приводит к тому, что сила намотки алюминия почти эквивалентна медной обмотке. Способность трансформатора выдерживать долгосрочные механические воздействия «ударных» нагрузок в большей степени зависит от адекватного баланса катушки и поддержки свинца, чем от выбора проводника. Никакой существенной разницы в механическом разрушении не было обнаружено между низковольтными трансформаторами меди или алюминия.
связь
Связь является, безусловно, наиболее распространенной причиной «предрассудков» в отношении использования трансформаторов с алюминиевой рамой. Как меди, так и алюминий подвержены окислению или другим химическим изменениям при воздействии на атмосферу. Проблема заключается в том, что оксид алюминия является очень хорошим изолятором, в то время как оксид меди, хотя и не считается хорошим проводником, не так хлопот в болтовых соединениях. Чистка и чистка с помощью качественного соединения для предотвращения окисления рекомендуется для любого материала и просто более важна для алюминия. Большинство электриков хорошо обучены этим процедурам, а технология изготовления болтовых алюминиевых соединений - это хорошо зарекомендовавшая себя и проверенная практика.
В общем, болтовое соединение незаплавленного алюминия с медью не рекомендуется. Несмотря на то, что для соединения двух металлов могут быть выполнены несколько надежных сварочных процессов и методов взрывной склеивания, они не используются в значительной степени при производстве трансформаторов в настоящее время. Большинство соединений алюминий-медь изготавливаются путем нанесения серебра или оловянного покрытия на один или оба из проводящих металлов в болтовом соединении. Большинство кабельных соединений с алюминиевыми трансформаторами используют алюминиевые наконечники из оловянной посуды. Эти наконечники специально рассчитаны (Al / Cu) для соединения медной строительной проволоки с металлом. Эта практика является общепринятой и доказала свою надежность на протяжении более чем 30 лет использования алюминиевых трансформаторов.
Теория против практического использования
Большинство аргументов в пользу меди основаны на теориях, которые на практике не составляют ничего существенного. Существует несколько теорий, которые способствуют использованию алюминия.
Один аргумент фокусируется на различных методах, используемых для изготовления соединений меди и алюминия. Внутренние трансформаторные соединения, выполненные с медью, обычно пайки, в то время как те же алюминиевые соединения свариваются с использованием инертного газа. Технически метод пайки приводит к тому, что соединение меди имеет меньшую проводимость, чем медный основной металл. Инертная газовая сварка алюминия обеспечивает непрерывное алюминиевое соединение без ухудшения проводимости. Кроме того, некоторые утверждают, что со временем оксид меди продолжает формироваться, отслаиваясь от открытой меди и в конечном итоге разрушая весь проводник. С другой стороны, оксид алюминия образует цепкий защитный слой поверх открытого металла, который останавливает окисление всего лишь за несколько миллионных долей дюйма. Да, это могут быть действительные точки, которые могут оказывать влияние на необычно коррозионную атмосферу или экстремальные условия загрузки. Однако средний пользователь действительно не должен слишком беспокоиться об этих теоретических соображениях, поскольку и медные, и алюминиевые трансформаторы имеют отличные показатели за долгие годы практического использования.
Единственная обоснованная инженерная причина выбора меди по сравнению с алюминием, по-видимому, связана с пространством. Неопровержимым фактом является то, что медно-намоточный трансформатор можно сделать меньше алюминиевых трансформаторов. Главным образом OEM-клиенты, которые покупают трансформаторы с открытым сердечником и катушкой для ввода в свои устройства, используют экономию пространства. Большинство закрытых трансформаторов общего назначения продаются в том же размере корпуса для алюминия или меди, так что даже это небольшое преимущество для меди не реализуется.
Вывод
Выбор между обмотками из алюминиевого или медного трансформатора сводится к личным предпочтениям. Премиальная цена на медь часто требует подтверждения покупки, но эти аргументы были опровергнуты в этом бюллетене. По правде говоря, опыт промышленности просто не поддерживает ни одну из общепринятых причин выбора меди над алюминием. Алюминиевые низковольтные трансформаторы, вероятно, будут продолжать получать большее признание из-за их значительного преимущества по сравнению с медью.
Поскольку некоторые из старых мифов исчезают из-за огромного успеха алюминия, больше пользователей станет комфортно с относительно небольшим дополнительным вниманием к деталям, необходимым для надежных алюминиевых соединений. Было подчеркнуто, что дополнительное внимание, уделяемое алюминиевым соединениям, способствует улучшению соединений алюминия, чем меди.
Однако хорошая практика при изготовлении электрических соединений является преимуществом для всех в отрасли, независимо от того, используется ли алюминий или медь. Прежде чем инвестировать в дополнительную стоимость медных трансформаторов, изучите причины предпочтений меди в спецификациях.