非晶和納米晶合金的比較
發(fā)布時(shí)間:2022-06-15 19:07:34鐵基非晶合金在工頻和中頻領(lǐng)域,正在和硅鋼競(jìng)爭(zhēng)。鐵基非晶合金和硅鋼相比,有以下優(yōu)缺點(diǎn)。
1)鐵基非晶合金的飽和磁通密度Bs比硅鋼低
但是,在同樣的Bm下,鐵基非晶合金的損耗比0.23mm厚的3%硅鋼小。一般人認(rèn)為損耗小的原因是鐵基非晶合金帶材厚度薄,電阻率高。這只是一個(gè)方面,更主要的原因是鐵基非晶合金是非晶態(tài),原子排列是隨機(jī)的,不存在原子定向排列產(chǎn)生的磁晶各向異性,也不存在產(chǎn)生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此,妨礙疇壁運(yùn)動(dòng)和磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)的能量壁壘非常小,具有前所未有的軟磁性,所以磁導(dǎo)率高,矯頑力小,損耗低。
2)鐵基非晶合金磁芯填充系數(shù)為0.84~0.86
3)鐵基非晶合金磁芯的工作磁通密度
1.35T~1.40T,硅鋼為1.6T~1.7T。鐵基非晶合金工頻變壓器的重量是硅鋼工頻變壓器的重量的130%左右。但是,即使重量重,對(duì)同樣容量的工頻變壓器,磁芯采用鐵基非晶合金的損耗,比采用硅鋼的要低70%~80%。
4)考慮損耗,總的評(píng)估價(jià)為89%
假定工頻變壓器的負(fù)載損耗(銅損)都一樣,負(fù)載率也都是50%。那么,要使硅鋼工頻變壓器的鐵損和鐵基非晶合金工頻變壓器的一樣,則硅鋼變壓器的重量是鐵基非晶合金變壓器的1?8倍。因此,國(guó)內(nèi)一般人所認(rèn)同的拋開(kāi)變壓器的損耗水平,籠統(tǒng)地談?wù)撹F基非晶合金工頻變壓器的重量、成本和價(jià)格,是硅鋼工頻變壓器的130%~150%,并不符合市場(chǎng)要求的性能價(jià)格比原則。國(guó)外提出兩種比較的方法,一種是在同樣損耗的條件下,求出兩種工頻變壓器所用的銅鐵材料重量和價(jià)格,進(jìn)行比較。另一種方法是對(duì)鐵基非晶合金工頻變壓器的損耗降低瓦數(shù),折合成貨幣進(jìn)行補(bǔ)償。每瓦空載損耗折合成5~11美元,相當(dāng)于人民幣42~92元。每瓦負(fù)載損耗折合成0.7~1.0美元,相當(dāng)于人民幣6~8.3元。例如一個(gè)50Hz,5kVA單相變壓器用硅鋼磁芯,報(bào)價(jià)為1700元/臺(tái);空載損耗28W,按60元人民幣/W計(jì),為1680元;負(fù)載損耗110W,按8元人民幣/W計(jì),為880元;則,總的評(píng)估價(jià)為4260元/臺(tái)。用鐵基非晶合金磁芯,報(bào)價(jià)為2500元/臺(tái);空載損耗6W,折合成人民幣360元;負(fù)載損耗110W,折合成人民幣880元,總的評(píng)估價(jià)為3740元/臺(tái)。如果不考慮損耗,單計(jì)算報(bào)價(jià),5kVA鐵基非晶合金工頻變壓器為硅鋼工頻變壓器的147%。如果考慮損耗,總的評(píng)估價(jià)為89%。
5)鐵基非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強(qiáng)
現(xiàn)在測(cè)試工頻電源變壓器磁芯材料損耗,是在畸變小于2%的正弦波電壓下進(jìn)行的。而實(shí)際的工頻電網(wǎng)畸變?yōu)?%。在這種情況下,鐵基非晶合金損耗增加到106%,硅鋼損耗增加到123%。如果在高次諧波大,畸變?yōu)?5%的條件下(例如工頻整流變壓器),鐵基非晶合金損耗增加到160%,硅鋼損耗增加到300%以上。說(shuō)明鐵基非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強(qiáng)。
6)鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)大
是硅鋼的3~5倍。因此,鐵基非晶合金工頻變壓器的噪聲為硅鋼工頻變壓器噪聲的120%,要大3~5dB。
7)鐵基非晶合金帶材價(jià)格是0.23mm3%取向硅鋼的150%
現(xiàn)行市場(chǎng)上,是0.15mm3%取向硅鋼(經(jīng)過(guò)特殊處理)的40%左右。
8)鐵基非晶合金退火溫度比硅鋼低
鐵基非晶合金退火溫度比硅鋼低,消耗能量小,而且鐵基非晶合金磁芯一般由專門生產(chǎn)廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產(chǎn)廠制造。 根據(jù)以上比較,只要達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模,鐵基非晶合金在工頻范圍內(nèi)的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場(chǎng)。在400Hz至10kHz中頻范圍內(nèi),即使有新的硅鋼品種出現(xiàn),鐵基非晶合金仍將會(huì)取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場(chǎng)。 值得注意的是,日本正在大力開(kāi)發(fā)FeMB系非晶合金和納米晶合金,其Bs可達(dá)1.7~1.8T,而且損耗為現(xiàn)有FeSiB系非晶合金的50%以下,如果用于工頻電子變壓器,工作磁通密度達(dá)到1.5T以上,而損耗只有硅鋼工頻變壓器的10%~15%,將是硅鋼工頻變壓器的更有力的競(jìng)爭(zhēng)者。日本預(yù)計(jì)在2005年就可以將FeMB系非晶合金工頻變壓器試制成功,并投入生產(chǎn)。
非晶納米晶合金在中高頻領(lǐng)域中,正在和軟磁鐵氧體競(jìng)爭(zhēng)。在10kHz至50kHz電子變壓器中,鐵基納米晶合金的工作磁通密度可達(dá)0.5T,損耗P0.5/20k≤25W/kg,因而,在大功率電子變壓器中有明顯的優(yōu)勢(shì)。在50kHz至100kHz電子變壓器中,鐵基納米晶合金損耗P0.2/100k為30~75W/kg, 鐵基非晶合金P0.2/100k為30W/kg,可以取代部分鐵氧體市場(chǎng)。