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非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景
[发布时间]:2009年4月28日 [来源]:网摘 [点击率]:13451
【导读】:     1、非晶软磁合金材料及其应用1.1 非晶软磁合金材料及其形成机理我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体物质的...

 

    与美、日、德相比,我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当,但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说,国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此,严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。
    2.3当前普及应用的难点
    由于国内厂商带材和变压器的生产没有形成规模,导致非晶材料和非晶变压器的成本较高,同等规格下非晶变压器的售价为S9的1.5倍,用户大约要7-8年才能通过节省的能耗收回初期增加的投资,虽然国家出台有关非晶变压器生产和使用者税收优惠的政策,但使用者积极性仍然不高,只有在非晶变压器的售价为S9的1.3倍(非晶铁心价格降为30元/公斤左右),用户大约要3-4年通过节省的能耗收回初期增加的投资,用户会有较强的积极性。因此如何协调非晶带材、铁心的生产者同变压器生产者以及变压器使用者三者之间的关系是非晶材料是否能大量应用的关键。目前的应用多偏向于一些特殊要求的场合,如上述问题能得到很好的解决,非晶材料和非晶变压器的市场规模会迅速增长。
    3非晶软磁合金材料的市场前景和发展方向
    3.1不断扩展的应用市场
    非晶态合金的应用首先是在八十年代初期,在军工电源上开始的。军工电源严酷的工作条件是对非晶铁心磁性能稳定性的极大考验。在过去的二十年中,非晶铁心已经应用在多种军工装备,如火箭、机载雷达、水雷、坦克等电源,使用非晶铁心的就更多。随着市场经济的发展,非晶态合金的应用领域逐渐扩展到广大的民用产品。目前民品是非晶中心最主要的产品,应用场合主要包括:互感器铁心、大功率逆变电源变压器和电抗器铁心、各种形式的开关电源变压器和电感铁心、各种传感器铁心等。
    非晶和微晶合金在近十年来发展迅速,不但在材料和工艺,而且在应用方面都取得了很大的进步。
    在低频电磁元件中,铁基非晶合金被大量应用,在电力配电变压器中的应用已取得良好效果,成为现在生产量最大的非晶合金。可以向电源中的整流变压器,滤波电抗器等电磁元件扩展。1990年开发出的FeMB(M为Zr、Hf、Ta)和FeZrNbBCu微晶合金(Nanoperm合金),不但工频损耗低,而且饱和磁密高,磁致伸缩系数也小,是工频电磁元件用软磁材料中性能比较理想的,在低频领域可以代替硅钢和铁基合金,在中、高频领域可以代替钴基非晶合金和铁镍高导磁合金。1998年开发出FeCoZrBCu非晶合金(商品名Hitperm),饱和磁通密度Bs高达2.0T,可以代替FeCoV系高导磁合金,是低频电磁元件用软磁材料的最新进展。
    中、高频领域首选的非晶和微晶合金是钴基非晶合金和铁基微晶合金。一般(18~25)μm厚的带材,用于100kHz,小于18μm厚的薄带,用于500kHz~1MHz。钴基非晶合金20μm厚的薄带,P0.2T/100kHz只有30W/kg。现在见到报导最好的3.8μm厚渗铬的CoFeCrSiB非晶合金薄带,P0.1T/1MHz为140W/kg,P0.1T/10MHz为1022W/kg,μe(1MHz)为1×104。
 

 

    非晶、纳米晶合金的应用领域非常广泛,表2列出了非晶纳米晶合金带材的典型性能和一些主要应用。
    在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5-1/3,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60%-70%。因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。在“九五”期间,我国自行建成了年生产能力1000吨的非晶带材生产线及相应的年产600吨非晶配电变压器铁心生产线,这为在我国大力推广节能型非晶配电变压器奠定了良好基础。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁心。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。
    近年来高精度等级(如0.2级、0.2S级、0.5S级)的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁心往往达不到精度要求,虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。而采用纳米晶铁心不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。
    从目前国内外应用以及今后发展来看,非晶合金的大量使用还是在电力系统:
    a、配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗(相当于硅钢片的1/3~1/5)、低激磁电流、良好的温度稳定性,使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。美国通过使用这种变压器每年可节约近50×109KWH的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。
    b、电力互感器铁心。在变电站使用大量的电力互感器,它们对铁心材料的要求非常苛刻,不仅要求高的磁性指标(如高导磁率、高饱和磁感、低损耗等),而且要求铁心材料的整个磁化曲线满足一定的条件,以保证互感器在整个测量范围内的精度。近年来,非晶微晶合金作为互感器铁心的应用逐渐广泛起来,取得了非常理想的效果。
    c、开关电源变压器及电感铁心。传统的电源都是在50赫兹(称为工频)下将交流电变换成直流电的。由于工作频率低,变压器的体积大、能耗高、效率低。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术,它采用20千赫兹以上的工作频率,大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、提高了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有:主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。
    d、漏电开关互感器铁心。漏电开关是安装在电器前面,用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备绝缘不良或者人体触电时,会在互感器的次级线圈中感应出信号,经过处理后使得电闸跳开,切断电路,保护电器或人身的安全。过去一般采用坡莫合金(铁镍合金)作为这种互感器铁心。自从八十年代以来,非晶合金开始作为漏电开关中的互感器铁心,国内目前用量极大。
 

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