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变压器铁芯材料的技术动向
[发布时间]:2009年5月20日 [来源]: [点击率]:8621
【导读】:     铁芯作为变压器的核心部件,所用的材料对电力变压器和电子变压器的性能和价格都起着关键性作用。例如,硅钢价格从2004年起上涨,到2005年初达到250~300%...

 

    硅含量增加,钢硬度增加,加工性能变差,一种方法是增加Al含量来控制Si合金,使硬度HV小于200,保证加工性能。因为Al增加电阻率和Si相近,但提高钢硬度只有Si的三分之一。一般都采用厚度0.35mm,降低损耗。采用这种方法的有日本新日铁公司开发的0.35mm厚2%Si+2%Al钢,损耗P1.5/50小于2.1W/kg。硬度HV小于200,平均晶粒尺寸约为150μm,冲片加工性明显提高,屈服强度260~370N/mm2。
 ⑶无取向冷轧硅钢薄带 
    把带厚从0.5mm和0.35mm减薄到0.2mm和0.15mm,可以使损耗降至三分之一和五分之一,使电机和变压器的工作频率提高到400~1kHz,近年来,0.35mm以下薄带开发出多种新产品。
    日本新日铁公司开发的20HTH1200硅钢薄带,厚0.20mm,损耗P1.0/400为11W/kg,P1.0/1K为21W/kg,磁密B50为1.63T,屈服强度为420Mpa。15HTH1000硅钢薄带,厚0.15mm,损耗P1.0/400为10W/kg,P1.0/1k为16.7W/kg,磁密B50为1.61T。
    ⑷粘接涂层 
    近年来日本各公司开发出各种粘接涂层,涂在硅钢带上,冲片后叠片时加0.1~1.0N/mm2压力,加热150~250℃,可以使叠片铁芯粘接在一起,形成整体,不再用焊接或铆接。这种粘接涂层的无取向冷轧硅钢的冲片性能好,不产生局部应变,磁性均匀,铁芯噪声小,但是铁芯不能再经消除应力退火。    
    日本住友金属公司的粘接涂层为涂环氧树脂(或丙烯树脂)+硬化剂(密脂树脂),再加SiO2或AL2O3,提高粘接强度,单面涂层厚度小于2μm,剪切强度大于50kgf/cm2。
    2、特种硅钢的技术动向 
    为了减少硅钢在中频和高频下的涡流损耗,除了开发硅钢带外,上世纪90年代开发出了硅含量6.5%的硅钢和梯度硅钢,但是硬度HV为350,加工性能差。近年来,日本川崎公司开发出加Cr的硅钢,主要成分为4.5%Si+4%Cr,电阻率为82μΩcm,与6.5%硅钢相同,硬度为230,伸长率为25%,晶粒小于100mm,可以冲压加工成冲片和铆接,0.10mm厚加Cr的硅钢,磁叠B50为1.55T,损耗P0.2/5k为20W/kg;P0.1/10k为10W/kg;P0.05/20K为6W//kg,耐磨蚀性好,在盐水和湿气中,不涂层也不腐蚀。用这种加Cr硅钢制成25kHz下开关电源中的滤波电感,在直流偏流0~30A时,电感为0.42MH和0.32MH,铁芯损耗为22W/kg,比铁基非晶合金(29W/kg)和6.5%硅钢(36W/kg)都小。还用作为70kHz感应加热焊接用双端阻抗元件和脉冲励磁的高速执行机构中,效果都比无取向冷轧硅钢和6.5%硅钢好。
 

 

    根据前面介绍的硅钢技术开发情况,现将有关技术指标汇集如下表: 
    2.1 非晶合金市场和技术动向 
    (1)非晶合金的市场动向 
    国内已有几家企业准备筹建铁基非晶合金带材生产线,国内生产非晶合金带材技术已经成熟。安泰科技股份有限公司生产的宽150mm以下的非晶合金带材,质量已接近国际水平。同时,非晶合金带材的主要原料产地在中国,在国内生产带材,不用把矿石原料出口到国外,再把非晶合金带材从国外进口回来。这样既减少来回的运输费,又减少出口和进口关税。可以使非晶合金带材生产成本和价格再降低一些。更重要的是可以形成从开矿、冶炼硼铁、非晶合金制带、非晶合金铁芯制造直到非晶合金变压器生产的完整的非晶合金产业链,从而可以独立自主的、充分的满足国内电网对非晶合金配电变压器的需要。
    (2)铁基非晶合金的技术动向 
    铁基非晶合金是非晶合金中用量最多的一种,为了改善用铁基非晶合金加工成的配电变压器铁芯性能,最近出现几点显著的变化: 
    ①工作磁密逐步提高。单相非晶合金配电变压器工作磁密从1.30T提高到1.35T最近又提高到1.40T;三相非晶合金配电变压器工作磁密从1.25T提高到1.30T,最近又提高到1.35T,这样可以减少配电变压器铁芯用量和成本。
    ②损耗逐步下降。原来在1.30T和50Hz下损耗小于0.20W/kg,现在1.40T50Hz下损耗小于0.18W/kg,个别可达到0.16W/kg。
    ③铁芯填充系数不断提高。从原来的0.80,提高到0.86,个别的已超过0.90,接近0.1mm厚冷轧硅钢铁芯填充系数水平。 
    这样,非晶合金配电变压器更显示出比取向冷轧硅钢配电变压器的优越性。以单相配电变压器为例,同样容量10kVA的非晶合金配电变压器铁芯,只比硅钢配电变压器铁芯重20%左右,体积大8%左右。在考虑非晶合金铁芯,单位重量价格仍为取向冷轧硅钢的120%情况下,非晶合金配电变压器铁芯总价格为硅钢配电变压器铁芯总价格的144%,变压器总成本只增加18%左右。如果按现行非晶合金铁芯单位重量价格40元/kg计算,非晶合金配电变压器铁芯总价格只有硅钢配电变压器铁芯总价格的89%,总成本还会低4%左右。因此,铁基非晶合金参数变化以后,将会显著提升非晶合金配电变压器与硅钢配电变压器的竞争力。
 

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