非晶合金变压器的优缺点

张宇强

摘要：在工业化进程中，工业革命的不断发展，给人们的生产生活带来了无数的方便，但同时也给自然环境带来极端的破坏。人们已经渐渐认识到环境保护的重要性，并提出了环保、低碳生活的概念。非晶合金变压器的诞生，响应了社会的主流。本文主要介绍了非晶合金材料的特点，及非晶合金变压器性能上的优缺点。

关键词：非晶合金 变压器 优缺点

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：

非晶合金变压器是高科技环保节能产品，其节能和环保作用已被国际所公认，也被国内电力系统、建设部门上下所认识。目前，产品在制造使用技术上的可行性已日趋成熟，在市场上获得了竞争优势。其高效能、美观环保的卓越特性赢得了广大用户的一致推崇和广泛好评，被誉为“当前世界电气潮流的高科技绿色产品”。

所谓非晶合金变压器，就是指用非晶合金制造成变压器铁芯，并组装成的变压器。

非晶合金是指，合金材料在制造过程中采用了超急冷凝固的技术，使得在材料的微观结构中，金属原子在从液体（钢水）固化成固体的过程中，原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化，而形成的原子结构无序排列的合金材料被成为非晶合金。非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能，它的去磁与被磁化过程极易完成。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。此外非晶态合金材料，还被广泛地应用于电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中，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。在第十个五年计划期间：我国的科技工作者必将在非晶态合金技术领域做出更加令世人瞩目的贡献。

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。铁基非晶合金较硅钢材料铁芯损耗大大降低，达到高效节能效果。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。

铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。

1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低。但是，在同样的磁通Bm下，铁基非晶合金磁通损耗的量比0.23mm厚的硅钢小3％。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。

2）铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130％左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低70％～80％。

3）考虑损耗，总的评估价为89％。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负载率较低的地方。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。

4）非晶合金片材料的硬度很高，用常规工具是难以剪切的；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；对机械应力非常敏感，张引力和弯曲应力都会影响磁性能，结构须进行特殊设计。

5）非晶合金变压器采用全密封式结构，可延缓变压器油和绝缘纸的老化，不仅结构紧凑，而且具有运行效率高、免维护的优点。非晶合金变压器由于损耗低、发热少、温升低，故运行性能非常稳定。非晶合金变压器低压绕组为箔绕式，损耗低、抗短路能力强、结构较为先进。

6）铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强

现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2％的正弦波电压下进行的。而实际的工频电网畸变为5％。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106％，硅钢损耗增加到123％。如果在高次谐波大，畸变为75％的条件下（例如工频整流变压器），铁基非晶合金损耗增加到160％，硅钢损耗增加到300％以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强。

7）非晶合金变压器造价比硅钢片铁芯变压器高，非晶合金铁芯加工制作成本比硅钢片贵。由于硅钢片是常用的导磁材料，生产和使用历史悠久，社会上已经形成了较为完善是产业链和市场，而非晶合金属于新兴 的材料，它的使用并未普及，在市场上没有形成生产、制作、加工到使用一系列完整的产业链。从经济的角度来说，非晶合金是一个未经市场竞争淘洗的新生产物，它的生产和制作具有较大的局限性，市场性还不强，所以价格较为昂贵。一般非晶合金变压器造价比同型号硅钢片铁芯变压器高30%左右。另外，硅钢材料生产工艺成熟，结构稳定。

但从综合使用成本较传统变压器低由于其节能效果显著，运营成本较低，同时为电网减负荷减压减负带来巨大作用。

假定工频变压器的负载损耗（铜损）都一样，负载率也都是50％。那么，要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的1.8倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130％～150％，并不符合市场要求的性能价格比原则。在减轻电网负荷压力方面，两种工频变压器所作的贡献进行比较，可以清晰的看出铁基非晶合金工频变压器的作用是非常明显的。以一个50Hz，315kVA三相变压器为例：用硅钢磁芯时，空载损耗0.48KW，负载率为80%时损耗为3.65KW；用铁基非晶合金磁芯时，空载损耗0.28KW，负载率为80%时损耗为1.35KW。从以上数据可以看出，一台非晶合金磁芯的315KVA变压器在空载或负载时可以比硅钢磁芯的少40%~60%的损耗。一年下来可以为电网节省约1万度电，同时为电网减轻了负荷率，降低了线路的运营成本。

8）非晶合金为铁芯的变压器，其显着特点就是节能和环保。首先在环保方面，经技术检测，当非晶合金铁芯用于油浸变压器时可有效减排CO、SO、NO等有害气体，对大气污染程度降低，所以可以称其为21世纪电力产品中的"绿色产品"。其次，非晶合金变压器最显着的特点是空载损耗很低，节能效果明显。由于非晶合金材料具有优越的导磁性，更易于以极少能耗磁化或消磁。因此非晶合金变压器的空载损耗远远低于传统变压器。以SEC公司（美国超导能源公司）生产的500kVA非晶合金变压器为例，非晶合金变压器和S9型变压器的空载损耗分别为190W和900W。非晶合金变压器的空载损耗仅为S9型变压器的20%左右，节能效果非常显着。对于公路、城市基础设施及住宅小区等电力负荷波动较大的领域，非晶合金变压器的节能效益更加明显。由于节能效果显着，可节省大量的电厂投资，减少发电燃料的消耗，从而减少对大气环境的污染。

铁基非晶合金的磁致伸缩系数大，是硅钢的3～5倍。因此，铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120％，要大3～5dB。

结束语：通过以上分析可以看出，非晶合金有着许多的优点，作为一种新型的磁导材料，它有着传统的硅钢材料无法比拟的优势，有着广阔的市场前景。在环保、节能的呼声中，非晶合金变压器必将成为新型变压器的主流。