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上等变压器和普通变压器的内在差异

上等变压器和普通变压器的内在差异
　　
　　铁芯对于变压器来说相当于人类身上的血管，所以它的好坏直接影响到变压器的效率、温升等几个重要指标，为了减少成本普通变压器一般采用的是一种叫做硅钢片的合金，它是在在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。该类铁芯具有*高的饱和磁感应强度值为20000Gs；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点。
　　
　　常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。但高频下损耗急剧增加，一般使用频率不超过400Hz。从应用角度看，对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。对小型电机、电抗器和继电器，可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片。在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35毫米；在400Hz下使用时，常选0.1毫米厚度为宜。厚度越薄，价格越高，很多企业为了降低变压器成本，采用了品质一般的硅钢板。
　　
　　但国际一些变压器生产的名厂采用的是另一种叫做：非晶及纳米晶软磁合金（Amorphous andNanocrystallinealloys）的硅钢系列产品作为变压器的铁芯，硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料，原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵结构，存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利。从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。
　　
　　非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项**。由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项**。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。
　　
　　目前美、日、德国已具有完善的生产规模，并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。
　　
　　我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作，经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成，共取得科研成果134项，国家发明奖2项，获**16项，已有近百个合金品种。
　　
　　钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线。生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件，年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线，进入国际先进水平行列，但由于一方面这类钢材产量还很少远不能满足市场需求，另一方面这类钢材的价格也让大部分变压器的生产企业望而却步，这就造成了我们变压器生产企业的产品长期以来总处于中低端水平徘徊的原因所在。
　　
　　目前，非晶软磁合金所达到的*好单项性能水平为：
　　
　　初始磁导率μo=14×104
　　
　　钴基非晶*大磁导率μm=220×104
　　
　　钴基非晶矫顽力Hc=0.001Oe
　　
　　钴基非晶矩形比Br/Bs=0.995
　　
　　钴基非晶饱和磁化强度4πMs=18300Gs
　　
　　铁基非晶电阻率ρ=270μΩ/cm
　　
　　常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示，为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点，在不同的方面得到应用。
　　
　　牌号基本成分和特征：
　　
　　1K101Fe-Si-B系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K102Fe-Si-B-C系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K103Fe-Si-B-Ni系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K104Fe-Si-B-NiMo系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K105Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K106高频低损耗Fe-Si-B系快淬软磁铁基合金
　　
　　1K107高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B系快淬软磁铁基纳米晶合金
　　
　　1K201高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金
　　
　　1K202高剩磁比快淬软磁钴基合金
　　
　　1K203高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
　　
　　1K204高频低损耗快淬软磁钴基合金
　　
　　1K205高起始磁导率快淬软磁钴基合金
　　
　　1K206淬态高磁导率软磁钴基合金
　　
　　1K501Fe-Ni-P-B系快淬软磁铁镍基合金
　　
　　1K502Fe-Ni-V-Si-B系快淬软磁铁镍基合金
　　
　　400Hz:硅钢铁芯非晶铁芯
　　
　　功率(W)4545
　　
　　铁芯损耗(W)2.41.3
　　
　　激磁功率(VA)6.11.3
　　
　　总重量(g)295276
　　
　　（1）铁基非晶合金(Fe-based amorphousalloys)
　　
　　铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯,适合于10kHz以下频率使用；
　　
　　（2）铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Nibased-amorphousalloy)
　　
　　铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的*大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1J79便宜30－50％。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应,但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1J79，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是国内开发*早，也是目前国内非晶合金中应用量*大的非晶品种，年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（1K503）获得国家发明**和美国**权。
　　
　　（3）铁基纳米晶合金（Nanocrystalline alloy）
　　
　　铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。
　　
　　纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），电阻率为80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市场上综合性能*好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，*佳频率范围：20kHz-50kHz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯，而在工频变压器领域则极少采用。
　　
　　德国威珂TEM系列变压器则完全采用德国上等铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Nibased-amorphousalloy)作为铁芯材料，所以在变压器转换效率和温升等指标方面出于****地步。
　　

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