Научная группа лаборатории «Перспективные энергоэффективные материалы» НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Акихисы Иноуэ (индекс Хирша = 113) определила диапазон аморфных сплавов для создания инновационных сердечников трансформаторов. При использовании такого сплава потери электроэнергии могут снизиться втрое. Использование трансформатора мощностью 1000 кВА с новым сердечником позволит сэкономить более 16 000 кВт•ч электроэнергии в год.
Ключевой элемент традиционного трансформатора — устройства для преобразования напряжения — стальной сердечник (магнитопровод). Именно здесь в процессе преобразования происходят потери электроэнергии за счет нагревания. Причины потерь в образовании вихревых токов Фуко и явления магнитного гистерезиса. Часть энергии теряется, КПД устройства снижается.
Инновационный аморфный сплав, разрабатываемый научной командой лаборатории «Перспективные энергоэффективные материалы» НИТУ «МИСиС», по сути — металлическое стекло, не имеющее кристаллической решетки. Благодаря аморфной структуре данный материал обладает более благоприятными магнитными свойствами по сравнению с традиционными электротехническими сталями. Соответственно, использование этого материала позволит снизить потери электроэнергии.
«Уникальные свойства нового сплава достигаются за счет улучшенного состава и использования метода, получившего название спиннингование расплава (литья на вращающийся медный диск). Производство трансформатора с сердечником из нового сплава потребует изменения технологии и будет дороже традиционной примерно на 30%, но снижение потерь позволит окупить повышенные финансовые затраты за
3-5 лет использования трансформатора. Если заменить во всей Москве трансформаторы на новые, в год можно сэкономить по предварительным подсчетам более 1 миллиарда рублей», — сообщают сотрудники лаборатории.
Металлические стекла или аморфные металлы — это металлические сплавы в стеклообразном состоянии, которые образуются при быстром охлаждении металлического расплава. Благодаря однородной аморфной структуре обеспечивается значительно более высокий уровень свойств материала по сравнению с традиционными. Особая структура металлического стекла обеспечивает высокую упругую деформацию, прочность, хорошую коррозионную стойкость, которые значительно превышают свойства кристаллических сплавов близкого состава.
Помимо описанного применения, металлические стекла являются весьма перспективными материалами для создания высококачественных прецизионных механизмов, деталей микродвигателей, манометров, хирургических инструментов, спортивного оборудования, корпусов для электроники и часовой промышленности.
Как отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова, «развитие материаловедческого направления является для НИТУ „МИСиС“ приоритетным. Ежегодно мы открываем новые современные лаборатории и приглашаем ведущих мировых ученых. Для усиления/поддержки исследований в области металлических аморфных материалов, которые ведутся в университете уже несколько лет, в 2015 была создана лаборатория „Перспективные энергоэффективные материалы“ под руководством ведущего мирового эксперта в этой сфере — профессора Акихисы Иноуэ из японского университета Джосаи с индексом Хирша = 113. Научный коллектив лаборатории уже опубликовал 10 научных статей в высокорейтинговых журналах, входящих в Web Of Science, а также подал 3 заявки на патентование».
