非晶合金與硅鋼使用在變壓器上有何區別

電力變壓器視界

2021年6月28日 17:24

導讀

非晶合金在工頻和中頻領域，正在和硅鋼競爭。非晶合金和硅鋼相比，有以下優缺點。

非晶合金的飽和磁通密度Bs比硅鋼低。在同樣的Bm下，非晶合金的損耗比0.23mm厚的3％硅鋼小。

一般人認為損耗小的原因是非晶合金帶材厚度薄，電阻率高。這只是一個方面，更主要的原因是非晶合金是非晶態，原子排列是隨機的，不存在原子定向排列產生的磁晶各向異性，也不存在產生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此，妨礙疇壁運動和磁矩轉動的能量壁壘非常小，具有前所未有的軟磁性，所以磁導率高，矯頑力小，損耗低。

非晶合金磁芯填充系數為0.84～0.86

非晶合金磁芯的工作磁通密度 1.35T～1.40T，硅鋼為1.6T～1.7T。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，對同樣容量的工頻變壓器，磁芯采用非晶合金的損耗，比采用硅鋼的要低70％～80％。

考慮損耗，總的評估價為89％。假定工頻變壓器的負載損耗（銅損）都一樣，負載率也都是50％。那么，要使硅鋼工頻變壓器的鐵損和非晶合金工頻變壓器的一樣，則硅鋼變壓器的重量是非晶合金變壓器的1-8倍。

因此，國內一般人所認同的拋開變壓器的損耗水平，籠統地談論非晶合金工頻變壓器的重量、成本和價格，是硅鋼工頻變壓器的130％～150％，并不符合市場要求的性能價格比原則。

國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格，進行比較。另一種方法是對非晶合金工頻變壓器的損耗降低瓦數，折合成貨幣進行補償。

每瓦空載損耗折合成5～11美元，相當于人民幣42～92元。每瓦負載損耗折合成0.7～1.0美元，相當于人民幣6～8.3元。例如一個50Hz，5kVA單相變壓器用硅鋼磁芯，報價為1700元/臺；空載損耗28W，按60元人民幣/W計，為1680元；負載損耗110W，按8元人民幣/W計，為880元；則，總的評估價為4260元/臺。

用非晶合金磁芯，報價為2500元/臺；空載損耗6W，折合成人民幣360元；負載損耗110W，折合成人民幣880元，總的評估價為3740元/臺。如果不考慮損耗，單計算報價，5kVA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，總的評估價為89％。

非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強，現在測試工頻電源變壓器磁芯材料損耗，是在畸變小于2％的正弦波電壓下進行的。而實際的工頻電網畸變為5％。

在這種情況下，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，畸變為75％的條件下（例如工頻整流變壓器），非晶合金損耗增加到160％，硅鋼損耗增加到300％以上。說明非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強。

非晶合金的磁致伸縮系數大，是硅鋼的3～5倍。因此，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。

非晶合金帶材價格是0.23mm3％取向硅鋼的150％，現行市場上，是0.15mm3％取向硅鋼（經過特殊處理）的40％左右。

非晶合金退火溫度比硅鋼低。非晶合金退火溫度比硅鋼低，消耗能量小，而且非晶合金磁芯一般由專門生產廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產廠制造。

根據以上比較，只要達到一定生產規模，非晶合金在工頻范圍內的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內，即使有新的硅鋼品種出現，非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。

值得注意的是，日本正在大力開發FeMB系非晶合金和納米晶合金，其Bs可達1.7～1.8T，而且損耗為現有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爭者。日本預計在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。

來源：網絡

非晶合金與硅鋼使用在變壓器上有何區別的圖1