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    洛阳铭浩新材料科技有限公司 非晶合金带材介绍及应用

    2016-12-29  来自: 洛阳铭浩新材料科技有限公司 浏览次数:1018

    我们先从非晶材料说起,在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料, 一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料??蒲Ъ曳⑾?,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。 

    非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。 

    非晶带材的应用和历史

    在对非晶材料有了初步的了解后,我们在来看一下非晶带材的一个非常具有前景的应用领域——非晶变压器。非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器,它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时,在初级测得的功率损耗)下降80%左右,空载电流(变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流)下降约85%,是目前节能效果较理想的配电变压器,特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地方。中国的上市公司——置信电气从美国通用电气公司引进非晶合金变压器的专有技术后,通过消化吸收,自主创新开发了适合中国电网运行的非晶合金变压器系列产品,已经成为目前国内规模最大的非晶合金变压器专业化生产企业,这证明了非晶材料广阔的市场空间。 

    非晶合金变压器设计

    非晶合金铁心配电变压器的最大优点是,空载损耗值特低。最终能否确??赵厮鸷闹?,是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时,除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外,同时在计算时还须合理选取非晶合金的特性参数。除此设计思路外,还须遵循以下三点要求: 

    (1)由于非晶合金材料的饱和磁密较低,在产品设计时,额定磁通密度不宜选得太高,通常选取1.3~1.35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值。 

    (2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm,所以其叠片系数也只能达到82%~86%。 

    (3)为了使用户能获得免维护或少维护的好处,现把非晶合金配电变压器的产品,都设计成全密封式结构。 

    变压器非晶合金结构特点 

    利用导磁性能突出的非晶合金,来用作制造变压器的铁心材料,最终能获得很低的损耗值。但它具有许多特性,在设计和制造中是必须保证和考虑的。主要体体现以下几个方面: 

    (1)非晶合金片材料的硬度很高,用常规工具是难以剪切的,所以设计时应考虑减少剪切量。 

    (2)非晶合金单片厚度极薄,材料表面也不是很平坦,则铁心填充系数较低。 

    (3)非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时,必须避免采用以铁心作为主承重结构件的传统设计方案。 

    (4)为了获得优良的低损耗特性,非晶合金铁心片必须进行退火处理。 

    (5)从电气性能上。为了减少铁心片的剪切量,整台产品的铁心由四个单独的铁心框并列组成,并且每相绕组是套在磁路独立的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外,还有三次谐波磁通的存在,一个绕组中的两个卷铁心框内,其三次谐波磁通正好在相位上相反,数值上相等,因此,每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零。如一次侧是D接法,有三次谐波电流的回路,当在感应出的二次侧电压波形上,就不会有三次谐波电压的分量。 

    根据上面分析,三相非晶合金配电变压器最合理的结构为:铁心,由四个单独铁心框在同一平面内组成三相五柱式,必须经退火处理,并带有交叉铁轭接缝,截面形状呈长方形。绕组,为长方形截面,可单独绕制成型的,双层或多层矩形层式。油箱,为全密封免维护的波纹结构。 

    非晶合金变压器性能

    目前广泛采用的新S9型配电变压器,其铁心所采用的导磁材料通常为30Z140高导磁冷轧硅钢片,其饱和磁密比非晶合金高,产品设计时所选取的磁通密度通常在1.65~1.75T之间。这也就是非晶合金铁心配电变压器比新S9型配电变压器空载损耗低的一个主要原因。表1为三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器空载损耗值的比较。 

    表1 非晶合金和新S9型配电变压器空载损耗值的比较 


    非晶合金和新S9型配电变压器空载损耗值比较

    [1]

    从表1中的统计数据可以看出,要想节约能源,通过采用新材料的方法,来降低配电变压器的空载损耗值,是一条很有效的途径。 

    非晶合金变压器使用效果

    三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器相比,其年节约电能量是相当可观的。 

    以800kVA为例,△P0为1.05kW;两种型式配电变压器的负载损耗值是一样的,则△Pk=0, ,便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为: 

    △Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW?h 

    通过该种规格产品的计算可知,三相非晶合金铁心配电变压器系列产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构,使变压器内的油与外界空气不接触,防止了油的氧化,延长了产品的使用寿命,为用户节约了维护费用。 

    非晶合金变压器发展前景 

    非晶合金变压器若能完全替代新S9系列配变,如10kV级配电变压器年需求量按5000万kVA计算时,那么,一年便可节电100亿kW?h以上。同时,还可带来少建电厂的良好的环保效益,少向大气排放温室气体,这样会大大地减轻对环境的直接污染,使其成为新一代名副其实的绿色环保产品。总之,国家在城乡电力网系统发展与改造中,若能大量推广采用三相非晶铁心配电变压器产品,其最终会获得节能与环保两方面的效益。

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