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          衡陽市金則利特種合金股份有限公司

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      4. 磁性非晶合金可以從化學成分上劃分成以下幾大類
        發布時間:2011-12-26 來源:本站 點擊數:809
        鐵基非晶合金:主要元素是鐵、硅、硼、碳、磷等。它們的特點是磁性強(飽和磁感應強度可達1.4T-1.7T)、軟磁性能優于硅鋼片,價格便宜,最適合替代硅鋼片,作為中低頻變壓器和電感器鐵心(一般在15千赫茲以下)。
            鐵鎳基非晶合金:主要由鐵、鎳、硅、硼、磷等組成,它們的磁性比較弱(飽和磁感應強度大約為1T以下),價格較貴,但導磁率比較高,可以代替硅鋼片或者坡莫合金,用作高要求的中低頻變壓器鐵心。
        鈷基非晶合金:由鈷和硅、硼等組成,有時為了獲得某些特殊的性能還添加其它元素,由于含鈷,它們價格很貴,磁性較弱(飽和磁感應強度一般在1T以下),但導磁率高,一般用在要求嚴格的軍工電源中的變壓器、電感器等。
            鐵基納米晶合金(超微晶合金):它們由鐵、硅、硼和少量的銅、鉬、鈮等組成。它們首先被制成非晶帶材,然后經過適當退火,形成納米晶和非晶的混合組織。這種材料雖然便宜,但磁性能極好,幾乎能夠和鈷基非晶合金相媲美,是高頻變壓器、互感器、電感器的理想材料,也是坡莫合金和鐵氧體的換代產品。
            鐵基非晶軟磁合金的典型牌號是1K101,在所有常用的非晶合金中具有最高的飽和磁感應強度,磁導率大大高于硅鋼片,而矯頑力及鐵損顯著低于硅鋼片,如表1所列。鐵基非晶合金代替硅鋼片,作為中低頻(50Hz"20lHz)變壓器和電感元器件的鐵心材料,將帶來如下好處:
            高飽和磁感-提高鐵心的工作磁感,縮小體積,對配電變壓器和電感器尤為重要。
            高磁導率低矯頑力-減小變壓器初級線圈的激磁電流。
            低損耗-降低器件的溫升。
            鐵基非晶合金的鐵損僅相當于硅鋼片的1/3~1/5,磁導率比硅鋼片高出近一個數量級。用非晶合金鐵心制造的配電變壓器空載損耗比硅鋼S9系列變壓器下降75%,空載電流比S9變壓器下降50%。圖1是鐵基非晶配電變壓器鐵心在工頻下的鐵損和激磁功率。
            在配電變壓器鐵心設計中,非晶鐵心的工作磁感常取1.3T-1.4T,低于硅鋼片的1.6T-1.7T,因此非晶鐵心配電變壓器的體積比硅鋼片鐵心稍大。同時,出于設計和產量等原因,目前非晶合金變壓器的價格高于硅鋼變壓器,但非晶合金變壓器運行過程中的空載損失遠低于硅鋼變壓器,整體成本是降低的。這種情況尤其適用于空載時間長、用電效率低的農村電網。為了準確計算非晶變壓器的節能效益,引入總擁有成本(TOC)的概念:
            雖然非晶合金變壓器的購買成本較高,但考慮到非晶合金變壓器具有低的鐵損,在變壓器運行一定時間后,由于低的空載損耗形成的節電效益即可大于與硅鋼變壓器的購買差價。同時,非晶配電變壓器的節能也十分有利于環保。
            隨著電力、電子設備的發展,對電源的小型化要求越來越迫切,提高電源的工作頻率是減少變壓器體積、提高效率的有效途徑。航空飛行器、航海船艦使用的電源,工作頻率為400Hz(800Hz、1600Hz);高頻加熱設備的工作頻率在1kHz~15kHz范圍。隨著高頻逆變技術的成熟,工作頻率提高到20kHz以上,高頻逆變電源由于頻率的提高,體積小、重量輕、效率高、節能效果明顯,生產量越來越大。作為電源心臟的主變壓器,傳統的鐵心材料硅鋼由于損耗太大,已不能滿足使用要求。非晶材料的出現,為中頻變壓器提供了理想的軟磁合金,在中頻變壓器領域中已得到較好的應用。鐵基非晶合金不僅具有理想的工頻磁性能,而且中頻磁性同樣優異,因此可以廣泛用來代替硅鋼片,制造各種中頻電源變壓器鐵心,如400Hz航空電源、鐵路信號控制系統電源、淬火電源等,工作頻率可達15kHz。對于不同頻率的變壓器,鐵心的工作磁感也取相應不同的值,一般隨著電源頻率的提高適當降低鐵心工作點。圖2為中頻變壓器用鐵基非晶鐵心的損耗頻率特性。
            鐵基非晶合金的高頻鐵損大大低于硅鋼片,并具有高的飽和磁感,是中高頻大功率電源中濾波電抗器、高頻濾波電感器、功率因數校正電感器鐵心的理想材料,設計時工作點可以取接近飽和值。硅鋼片的飽和磁感雖然高,但是由于高頻鐵損很大,為了避免發熱過大只能降低工作點。鐵基非晶鐵心目前已經應用于大功率電抗器鐵心、大功率高頻電源輸出濾波電感器鐵心以及小功率電源輸出電感器鐵心、汽車音響用電感器鐵心等。圖3-圖6為常用鐵基非晶電抗器及濾波電感器鐵心的高頻損耗特性和抗偏磁特性。用
            鐵基納米晶合金(超微晶合金)是在原有鐵基非晶合金基礎上發展起來的新一代高性能軟磁材料,高頻磁性能和坡莫合金及鐵氧體相當,應用于從工頻到100kHz的寬頻率范圍內的各種變壓器和電感鐵心。
        坡莫合金是比較傳統的高頻變壓器鐵心材料。由于它含鎳,而且鋼帶需要多次軋制和高溫退火,制造鐵心時還要表面涂層,所以工序繁雜,價格很高。鐵氧體是一類低成本的高頻變壓器鐵心材料,但是飽和磁感應強度低和居里溫度低是它的致命弱點,因此鐵心工作點低、體積大、使用溫度受限。相比之下,鐵基納米晶合金綜合了坡莫合金和鐵氧體的優點,避開了它們的缺點,因此是理想的變壓器鐵心材料。表2是鐵基納米晶合金、坡莫合金以及鐵氧體常規磁性能的對比??傮w說來,鐵基納米晶合金具有如下優勢:
        高飽和磁感應強度(1.2T)-高于坡莫合金和鐵氧體,為提高鐵心工作磁感、縮小體積創造了條件。
        高導磁率低矯頑力-有效減小變壓器初級線圈的激磁電流,從而減少線圈匝數,減小分布參數。
            低損耗-大大降低變壓器溫升,使得提高鐵心工作點成為現實。
            優異的穩定性-可以在-50℃~ 130℃長期工作。
            不含鎳,價格明顯低于坡莫合金,在所有常用軟磁材料中具有最佳的性能價格比,降低了變壓器成本。
            在變電站使用大量的電力互感器,它們對鐵心材料的要求非??量?,不僅要求高的磁性指標,而且要求鐵心材料的整個磁化曲線滿足一定的條件,以控制互感器的比差和角差,保證互感器在整個測量范圍內的精度。近年來,非晶微晶合金作為互感器鐵心的應用逐漸廣泛起來,取得了非常理想的效果。圖7是鐵基納米晶合金作為電流互感器鐵心時與其它材料的磁性對比。
            在非晶合金問世之前,開關電源變壓器的鐵心一般采用鐵氧體或者坡莫合金。采用鐵基納米晶合金作為開關電源變壓器鐵心,可以克服其它材料的缺點,進一步提升變壓器的效率。尤其在大功率開關電源中(例如逆變焊機),從前一般使用鐵氧體鐵心,由 



        衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營電磁不銹鋼,為湖南省高新技術企業。公司自成立以來,即致力于電磁不銹鋼的研發。公司已具備年產電磁不銹鋼1萬噸的生產能力。

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