知識科普 | 非晶變壓器和硅鋼變壓器的比較

非晶和納米晶合金的比較

鐵基非晶合金在工頻和中頻領(lǐng)域，正在和硅鋼競爭。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)動和磁矩轉(zhuǎn)動的能量壁壘非常小，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。鐵基非晶合金工頻干式變壓器的重量是硅鋼工頻干式變壓器的重量的130％左右。但是，即使重量重，對同樣容量的工頻干式變壓器，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，總的評估價(jià)為89％ 。假定工頻干式變壓器的負(fù)載損耗（銅損）都一樣，負(fù)載率也都是50％。那么，要使硅鋼工頻干式變壓器的鐵損和鐵基非晶合金工頻干式變壓器的一樣，則硅鋼干式變壓器的重量是鐵基非晶合金干式變壓器的1-8倍。

因此，內(nèi)一般人所認(rèn)同的拋開干式變壓器的損耗水平，籠統(tǒng)地談?wù)撹F基非晶合金工頻干式變壓器的重量、成本和價(jià)格，是硅鋼工頻干式變壓器的130％～150％，并不符合市場要求的性能價(jià)格比原則。

外提出兩種比較的方法，一種是在同樣損耗的條件下，求出兩種工頻干式變壓器所用的銅鐵材料重量和價(jià)格，進(jìn)行比較。另一種方法是對鐵基非晶合金工頻干式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單相干式變壓器用硅鋼磁芯，報(bào)價(jià)為1700元/臺；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，總的評估價(jià)為4260元/臺。

用鐵基非晶合金磁芯，報(bào)價(jià)為2500元/臺；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，總的評估價(jià)為3740元/臺。如果不考慮損耗，單計(jì)算報(bào)價(jià)，5kVA鐵基非晶合金工頻干式變壓器為硅鋼工頻干式變壓器的147％。如果考慮損耗，總的評估價(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)在測試工頻電源干式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（例如工頻整流干式變壓器），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，鐵基非晶合金工頻干式變壓器的噪聲為硅鋼工頻干式變壓器噪聲的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)行市場上，是0.15mm3％取向硅鋼（經(jīng)過特殊處理）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。硅鋼磁芯一般由干式變壓器生產(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)的電子干式變壓器中將取代部分硅鋼市場。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(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，如果用于工頻電子干式變壓器，工作磁通密度達(dá)到1.5T以上，而損耗只有硅鋼工頻干式變壓器的10％～15％，將是硅鋼工頻干式變壓器的更有力的競爭者。日本預(yù)計(jì)在2005年就可以將FeMB系非晶合金工頻干式變壓器試制成功，并投入生產(chǎn)。

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