BRPI0709987A2 - processo para a laminação de um tira elétrica para núcleos de transformador - Google Patents
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Abstract
<B>PROCESSO PARA A LAMINAçãO DE UMA TIRA ELéTRICA PARA NúCLEOS DE TRANSFORMADOR<D>A presente invenção refere-se a um processo para a produção de laminados de núcleo ferromagnético para máquinas elétricas. Do mesmo modo, a invenção se refere a uma chapa de núcleo (60) ferromagnético. Através de uma estrutura em camadas de tiras elétricas (10, 11, 12), e da ligação das tiras elétricas por meio de uma camada de ligação (30), em particular, de uma camada adesiva, as chapas de núcleo podem ser produzidas com espessuras de camadas muito finas das tiras elétricas individuais. Deste modo é possível, produzir núcleos formados por camadas de chapas de núcleo para máquinas eletromagnéticas, que apresentam perdas de corrente parasita reduzidas.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A LAMINAÇÃO DE UMA TIRA ELÉTRICA PARA NÚCLEOS DETRANSFORMADOR".
Descrição da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo para a fabricaçãode chapas de núcleo ferromagnéticas para máquinas elétricas.
A operação de uma máquina eletromagnética como, por exem-plo, um transformador de potência, ou uma bobina de reatância exige umaconcepção exatamente sincronizada da máquina elétrica, com respeito èforma de construção e aos materiais empregados. Os núcleos de transfor-madores de potência e de distribuição, por isso, são constituídos, em geral,de aço silício ferromagnético orientado por grão. Por isso, isto é necessário,uma vez que o fluxo magnético, dependente do tempo, que se expande nonúcleo, também produz perdas elétricas. Por um lado, são geradas perdasde restabelecimento pelo retorno cíclico da direção de magnetização no nú-cleo. Do mesmo modo, no núcleo são induzidas correntes parasitas, quesão orientadas perpendicularmente ao fluxo magnético que se expande. Porisso, para a redução das perdas de corrente parasita, os núcleos do trans-formador são fabricados não maciços mas de chapas individuais em cama-das de um aço silício ferromagnético orientado por grão.
Para evitar as perdas de restabelecimento, as chapas de núcleosão tratadas de tal modo que, é formada uma orientação por grão aperfei-çoada, e um tratamento de superfície das chapas elétricas para formar umacamada de isolamento vítreo, como por exemplo, Fosterit. A tira elétrica ori-entada por grão se forma da tira quente laminada a frio. Laminação a friocom recozimento de descarbonização intermediária, de cristalização e dealívio de tenção produz uma estrutura de cristal metalúrgica regular com di-reção de avanço característica da capacidade de magnetização.
Um tratamento de superfície com oxido de magnésio durante orecozimento de cristalização leva à formação de uma camada de coberturaisolante vítrea (Fosterit). A aplicação em seguida de uma solução de fósforocom secagem logo em seguida forma uma camada de isolamento final (fosfato). A camada de isolamento em geral é aplicada nas duassuperfícies da tira elétrica orientada por grão.
Uma redução das perdas de restabelecimento é garantida sis-tematicamente por meio de uma orientação por grão aperfeiçoada e refina-mento de domínio por raio laser, corrosão ou tratamento mecânico. A redu-ção das perdas de corrente parasita é influenciada, em essência, pela es-pessura magneticamente efetiva da chapa de núcleo. Quanto mais fina for achapa de núcleo, menores são as perdas de corrente parasita. Para evitaras perdas de corrente parasita não é empregado nenhum núcleo de trans-formador maciço, mas o núcleo é formado em camadas de chapas elétricascorrespondentemente finas.
De forma tradicional, o processo de produção é configurado detal modo que, uma tira elétrica orientada por grão é fabricada como uma tiraquente laminada a frio várias vezes em parte, e com recozimento de des-carbonização intermediário, de cristalização e de alívio de tensão como umaestrutura de cristal que se altera metalúrgicamente, com uma direção deavanço característica da magnetização. O tratamento de superfície produz acamada de cobertura vítrea isolante descrita acima (fosterit e fosfato).
A tira elétrica produzida e tratada dessa forma é cortada comorolo de uma camada em rolos parciais, em uma instalação de divisão longi-tudinal. Em seguida ocorre uma divisão transversal ou a estampagem daschapas de núcleo definitivas para o núcleo do transformador. O processo deestampagem ocorre ou dentro da linha do processo da divisão longitudinalda tira elétrica, ou no contexto de um processo de estampagem separado.As chapas de núcleo estampadas dessa forma são colocadas em camadas,em seguida, em um dispositivo de colocação de núcleo manual ou automati-camente em um núcleo de transformador.
Assim, a patente US 2002/0158744 A1 descreve um dispositivoe um processo para a fabricação de grandes transformadores com chapasde núcleo em camadas.
Além disso, a patente US 6,416,879 B1 divulga uma composi-ção de material contendo ferro correspondente como material de partidapara a fabricação de chapas de núcleo a fim de minimizar, deste modo, asperdas de restabelecimento e as perdas de corrente parasita em um núcleoem camadas com esse material.
O mesmo vale para a patente DE 43 37 605 A1, que divulga umprocesso para a produção de tiras elétricas orientadas por grão e núcleosmagnéticos fabricados disso.
Desvantajoso em todos os processos e estruturas de chapas denúcleo empregados no estado da técnica é o fato de que, a largura das cha-pas de núcleo fabricadas desse modo não pode ultrapassar uma espessuramínima de 0,23 mm, uma vez que de outro modo no processo de fabricaçãode núcleo o material seria solicitado demais mecanicamente. Isso poderialevar a uma redução das propriedades eletromagnéticas das chapas de nú-cleo fabricadas desse modo. Em virtude dessas restrições técnicas de pro-dução, por isso, não é possível até o momento continuar a reduzir as perdasde corrente parasita ligadas com essa largura das chapas de núcleo em nú-cleos de transformador em camadas com essas chapas de núcleo corres-pondentes.
A tarefa da presente invenção por isso é preparar um processo,que prepara a produção de chapas de núcleo com espessura menor, quetambém no caso de uma solicitação mecânica como, por exemplo, durante oprocesso de colocação de núcleo, não reduzam suas propriedades eletro-magnéticas.
A tarefa da invenção é solucionada pelas características da rei-vindicação de patente 1. De acordo com a invenção está previsto que, umaprimeira tira elétrica e, pelo menos, uma segunda tira elétrica de um materialferromagnético esteja envolvida, pelo menos, parcialmente com, respecti-vamente, pelo menos, uma camada de isolamento, e a camada de isola-mento da primeira tira elétrica da camada de isolamento da segunda tiraelétrica estejam ligadas entre si por meio de uma camada de ligação. Pormeio do emprego de uma camada de ligação entre as tiras elétricas indivi-duais resulta a vantagem que, as chapas de núcleo fabricadas desse modopossuem uma estrutura em camadas e, com isso, as perdas de correnteparasita são reduzidas vinsivelmente em um núcleo em camadas com aschapas de núcleo de acordo com a invenção. Em oposição à chapa de nú-cleo tradicional formada de apenas uma tira elétrica, as chapas de núcleofabricadas de acordo com o processo de acordo com a invenção é formadode uma camada de tiras elétricas. Neste caso, a camada de ligação assegu-ra que, a estrutura em camadas das tiras elétricas de uma chapa de núcleotambém resiste à solicitação mecânica da chapa de núcleo como, por e-xemplo, durante o processo de produção ou no caso da carga de tensão e,com isso, também à carga mecânica do núcleo.
Em uma execução vantajosa do processo, a camada de isola-mento é uma camada de cobertura fabricada metalurgicamente, em particu-lar, de Fosterit ou de Fayalit. É visto como vantagem o fato de que, a cama-da de ligação entre as camadas de isolamento é uma camada adesiva. Oemprego de uma substância de fixação entre as tiras elétricas individuaisgarante, por um lado, uma ligação permanente entre as camadas de isola-mento e, com isso, entre as tiras elétricas. As perdas de corrente parasitapodem ser reduzidas visivelmente.
Ao mesmo tempo essa estrutura em camadas das chapas denúcleo garantem que, as chapas de núcleo possuem uma alta estabilidademecânica, e podem ser empregadas no processo de produção sem restri-ções.
A camada de ligação precisa ser permanentemente resistentecontra óleo mineral, midel e/ou silicone, resistente à temperatura na faixa de-75° C até +200° C, e altamente adesiva na tira elétrica. Laminados de cha-pas elétricas fixadas precisam ser flexíveis e, em geral, precisam poder serprocessadas normalmente no processo de divisão longitudinal e transversal.A dureza da camada de fixação não pode em hipótese alguma levar a fe-nômenos de desgaste aumentados nas ferramentas de corte da chapa denúcleo.
Em uma execução vantajosa do processo está previsto que, acamada de ligação seja uma camada fabricada metalurgicamente entre ascamadas de isolamento, que é produzida, em particular, por meio de reco-zimento de cristalizaçao temporária. Uma camada de isolamento sobre umatira elétrica para chapas de núcleo é produzida, de forma tradicional por umprocessamento metalúrgico da superfície da tira elétrica, por exemplo, pormeio de decapagem ou corrosão da superfície. Uma vez que também sãonecessários tratamentos a quente das tiras elétricas para a formação deuma camada de isolamento sobre a superfície, os métodos de produção atéo momento também podem ser usados para a fabricação de uma camadade ligação entre as camadas de isolamento individuais.
De forma vantajosa, a camada de isolamento e/ou a camada deligação apresenta uma estrutura mecânica que contribui para a estabilidademecânica da chapa de núcleo. Por meio da inserção de uma estrutura degrade como, por exemplo, na construção de aeronave, na camada de liga-ção a estabilidade mecânica pode ser aumentada. Isso vale, do mesmo mo-do, para o emprego de diversos materiais como substância de fixação, paraa formação de uma camada de ligação. Também a camada de isolamentopode ser reforçada mecanicamente por meio da adição de uma outra cama-da de grade e/ou por meio de tratamento de superfície dependente do localdas tiras elétricas.
É visto como vantagem o fato de que, a primeira tira elétrica éenvolvida com uma camada de isolamento, em seguida, no lado superior einferior da tira elétrica é aplicada uma camada de ligação sobre as camadasde isolamento, e no lado superior e inferior das camadas de isolamento datira elétrica, respectivamente, uma segunda tira elétrica é comprimida comcamada de isolamento envolvente na primeira tira elétrica por meio de rolosde compressão. De forma vantajosa, a tira elétrica e/ou a camada de isola-mento, e/ou a camada de ligação variam na chapa de núcleo, de tal modoque também podem ser levadas em consideração as condições de constru-ção e/ou eletromecânicas na estrutura de camada das chapas de núcleo.
A laminação pode ser integrada em processos de produção e-xistentes. Ou como laminação de rolos cheios de duas ou de várias cama-das para formar um rolo cheio laminado, sendo que, o rolo cheio laminadoserve como material de partida para o processo de divisão longitudinal. Deforma alternativa, pode ocorrer a laminação de rolos de largura parcial deduas ou de várias camadas cortados na largura para formar um rolo de lar-gura parcial laminado, sendo que, o rolo de largura parcial laminado é mate-rial de partida para o processo de divisão transversal seguinte (processo deestampagem). Do mesmo modo, é possível que ocorra a laminação de duasou de várias folhas individuais estampadas, para formar uma folha de núcleolaminada.
O processo de acordo com a invenção oferece a vantagem que,pode ser empregada uma espessura de chapa menor que a empregada da forma tradicional (espessuras de chapa < 0,23 mm). Deste modo, pode serobtida uma redução sistemática das correntes parasita no núcleo com dis-pêndio de construção e fabricação que permanece igual. Além disso, o pro-cesso de acordo com a invenção não necessita de nenhuma alteração dosprocessos de produção de chapa de núcleo até o momento, e dos proces-sos de colocação de núcleo existentes.
A tarefa é solucionada, da mesma forma, pelas característicasda reivindicação 14. De acordo com a invenção está previsto que, uma cha-pa de núcleo (60) é formada de tiras elétricas individuais, sendo que, as tiraselétricas apresentam, respectivamente, uma camada de isolamento, e ascamadas de isolamento são ligadas entre si através de uma camada de li-gação. Em uma execução vantajosa da chapa de núcleo ferromagnética es-tá previsto que, a camada de ligação é uma camada adesiva. De modo al-ternativo, a camada de ligação é uma ligação metalúrgica entre as respecti-vas camadas de isolamento das tiras elétricas. Também são possíveis com-binações de diversos tipos de ligação para diversas camadas de ligação dachapa de núcleo.
Outras medidas vantajosas estão descritas nas outras reivindi-cações subordinadas; a invenção será esclarecida em detalhes com auxíliode exemplos de execução e dos desenhos a seguir:
figura 1 representação esquemática do processo de fabricaçãopara tiras elétricas laminadas;
figura 2 representação esquemática do processo de laminaçãode chapas de núcleo já estampadas;
figura 3 estrutura em camadas esquemática de três tiras elétri-cas tratadas metalurgicamente com camadas de isolamento, que são liga-das entre si através de uma camada adesiva;
figura 4 estrutura esquemática de uma chapa de núcleo de a-cordo com a invenção, com três tiras elétricas dispostas paralelamente, queestão ligadas entre si por meio de uma ligação metalúrgica como camada deligação.
O desenho da fig. 1 mostra uma vista esquemática do processode fabricação de acordo com a invenção de tiras elétricas 10, 11, 12 lamina-das. Uma tira elétrica central 10, que apresenta ou uma superfície já tratadametalurgicamente, ou uma camada de isolamento 20 (não representada)aplicada de outro modo, é pulverizada com um meio de fixação 50. Essasubstância adesiva aplicada sobre o isolamento externo da tira elétrica cen-trai 10 forma uma camada de ligação 30, sobre a qual são aplicadas outrastiras elétricas 11,12 sobre o lado superior e inferior, em relação à tira elétri-ca central 10. Entre as camadas de isolamento 20, 21, 22 das respectivastiras elétricas 10, 11, 12, a camada de ligação 30 formada desse modo écomprimida pelos rolos de compressão 40 e, por conseguinte, produz umacamada de ligação 30 permanente e duradoura, entre as tiras elétricas 10,11, 12 individuais. Deste modo, por um lado, é obtida uma estabilidade me-cânica das chapas de núcleo 60 fabricadas desse modo. Além disso, a es-trutura em camadas das tiras elétricas 10, 11, 12 reduz os limite da técnicade produção até o momento de 0,23 mm para as chapas de núcleo 60 parauma chapa de núcleo 60, de tal modo que as perdas de corrente parasitaneste caso, continuam a ser reduzidas.
O desenho da fig. 2 mostra o emprego do processo de acordocom a invenção durante a fabricação de tiras elétricas 10, 11, 12 já estam-padas, que são ponto de partida para a produção das chapas de núcleo 60.Como no processo de acordo com o desenho da fig. 1, sobre uma camadade isolamento 20 (não representada) de uma tira elétrica 10 estampada, emambos os lados é aplicada uma substância de ligação 50. que forma umacamada de ligação 30. Sobre essa camada de ligação 30 são dispostas ou-tras tiras elétricas 11,12 correspondentes à tira elétrica 10 estampada, aci-ma e abaixo da tira elétrica 10, e são pressionadas por meio de rolos decompressão 40. Deste modo, a chapa de núcleo 60 correspondente recebeuma estrutura em camadas.
Nos desenhos da fig. 3 e fig. 4 é mostrada uma estrutura es-quemática de uma chapa de núcleo 60 fabricada desse modo. No caso dodesenho da fig. 3, as tiras elétricas 10, 11, 12 individuais da chapa de nú-cleo 60 são coladas entre si por meio de uma substância de fixaçao 50.
Uma vez que o adesivo prepara um efeito isolante adicional dacamada de ligação 30, é possível dispensar a camada de isolamento 20 dastiras elétricas, uma vez que as propriedades de isolamento 20 são assegu-radas exclusivamente através da camada de ligação 30 e das camadas deisolamento 21 e 22. De modo alternativo, a camada de ligação 30 entre astiras elétricas 10, 11, 12 das chapas de núcleo 60 também são asseguradasentre si por meio de um processo metalúrgico como, por exemplo, um reco-zimento das tiras elétricas 10, 11, 12 individuais. Neste caso, as camadasde isolamento 20, 21, 22 individuais contraem entre si uma ligação metalúr-gica.
Claims (17)
1. Processo para a fabricação de chapas de núcleo (60) ferro-magnéticas para máquinas elétricas, caracterizado pelo fato de que, umaprimeira tira elétrica (10) e, pelo menos, uma segunda tira elétrica (11) de um material ferromagnético estão ligadas entre si por meio de uma camadade ligaçao (30).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que, as tiras elétricas (10) envolvidas, pelo menos, parcialmente poruma camada de isolamento (20, 21) e a camada de isolamento (20) da pri- meira tira elétrica (10) estão ligadas entre si com a camada de isolamento(21) da segunda tira elétrica (11) por meio de uma camada de ligação (30).
3. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, ca-racterizado pelo fato de que, a camada de isolamento (20) é uma camadade cobertura fabricada metalurgicamente, em particular, de Fosterit ou de Fayalit.
4. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3,caracterizado pelo fato de que, a camada de ligação (30) entre as camadasde isolamento (20, 21) é uma camada adesiva.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que, a camada de ligação (30) adere na tira elétrica de modo alta-mente adesivo.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações 4 ou 5, ca-racterizado pelo fato de que, a camada de ligação (30) pode ser cortadamecanicamente e é flexível.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 6,caracterizado pelo fato de que, a camada de ligação (30) é resistente à tem-peratura em uma faixa de temperatura de -75° C até +200° C.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 7,caracterizado pelo fato de que, a camada de ligação (30) é resistente contraóleo mineral, midel (éster) e/ou silicone.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3,caracterizado pelo fato de que, a camada de ligação (30) é uma camadafabricada metalurgicamente entre as camadas de isolamento (20, 21, 22)que é produzida, em particular, por meio de recozimento de cristalizaçaotemporária.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9,caracterizado pelo fato de que, a tira elétrica (10) apresenta uma orientaçãopor grão.
11. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 10,caracterizado pelo fato de que, a camada de isolamento (20) e/ou a camadade ligação (30) apresenta uma estrutura mecânica e, por conseguinte con-tribui para a estabilidade mecânica da chapa de núcleo (60).
12. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 11,caracterizado pelo fato de que, a primeira tira elétrica (10) é envolvida comuma camada de isolamento (20), em seguida, no lado superior e inferior datira elétrica (10) é aplicada uma camada de ligação (30), e no lado superiore inferior da tira elétrica (10), respectivamente, uma segunda tira elétrica(10) é comprimida com camada de isolamento (20) envolvente na primeiratira elétrica (10) por meio de rolos de compressão (40).
13. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 12,caracterizado pelo fato de que, a tira elétrica (10), e/ou a camada de isola-mento (20), e/ou a camada de ligação (30) variam na chapa de núcleo (60).
14. Chapas de núcleo (60) ferromagnéticas para máquinas elé-tricas, caracterizadas pelo fato de que, uma chapa de núcleo (60) é formadade tiras elétricas (10, 11, 12) individuais, sendo que, as tiras elétricas (10,-11, 12) apresentam, respectivamente, uma camada de isolamento (20, 21,-22) e as camadas de isolamento (20, 21, 22) são ligadas entre si através deuma camada de ligação (30).
15. Chapa de núcleo (60) ferromagnética de acordo com a rei-vindicação 14, caracterizada pelo fato de que, a camada de ligação (30) éuma camada adesiva.
16. Chapa de núcleo (60) ferromagnética de acordo com a rei-vindicação 14, caracterizada pelo fato de que, a camada de ligação (30) éuma ligação metalúrgica entre as respectivas camadas de isolamento (20,-21, 22) das tiras elétricas (10,11,12).
17. Chapa de núcleo (60) ferromagnética de acordo com umadas reivindicações 15 ou 16, caracterizada pelo fato de que, podem ser em-pregados diversos tipos de ligação como camada de ligação (30).
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