非晶合金在电器中的应用

非晶合金在电器中的应用

一、新型磁性材料棗非晶态合金

1、概述

  这种非晶合金材料是将熔融的金属直接喷在高速旋转的飞轮上，用每秒近100万℃的超急冷方法，使熔化的液态合金立即凝固成薄带。由于超急冷却凝固，合金来不及结晶而形成非晶态合金。
  非晶合金具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视。在漏电保护器、电感滤波器、电力配电变压器和开关电源等方面均已得到应用。

2、非晶合金与其它软磁性材料性能比较

  常用的软磁性材料有热轧硅钢片、冷轧硅钢片、铁氧体、铁铝合金、坡莫合金和非晶合金等。它们的性能比较如表1。

表1软磁性材料性能比较

  从表1可见非晶合金具有磁导率高、电阻率高、铁损小等很多优点。如铁基FeSiB铁硅硼系列非晶态带材厚度仅0.03mm，它的铁心损耗仅为硅钢片的三分之一，电阻率是硅钢的3倍。其性能如表2。

表2

  从表2可以看出，非晶态材料在低频时可以取代硅钢片，在高频时可以取代铁氧体。由于非晶态材料厚度仅0.03mm，所以铁心的占空系数K_c较低，约在0.4～0.7之间，用非晶态材料制成的变压器，不但具有优良的高频电磁性能，而且与常规产品相比，体积可缩小30%。

3、非晶合金的分类和特点

  非晶合金根据主要成分可以分成三大类：钴基、铁基和铁镍基。它们的特点和用途如表3。

表3非晶态软磁材料的分类和特点

二、非晶合金在电器方面的应用

  近年来，随着信息处理和电力电子技术的飞速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。如在漏电保护器、电子镇流器、逆变器和各种开关电源中由于采用了非晶态合金使它们的性能大为提高，体积大大减小。

1、非晶合金在漏电保护器中的应用

  近年来大量使用的漏电保护器中的零序电流互感器的铁心是由软磁材料制成的，该互感器对漏电保护器的灵敏度、可靠性、体积和成本影响很大。由软磁材料制成的互感器作为检测元件，其作用是当互感器初级有毫安级漏电电流或触电电流产生的弱磁场作用时，在互感器次级产生足够大的感应电势，通过执行机构动作，达到保护人体及设备**的目的。允许的漏电电流的大小，即关系到漏电保护器的灵敏度，铁心在其中起重要作用，对铁心材料的要求主要是：

（1）在漏电电流作用下，具有高的交流磁导率。

（2）铁心随温度、时间的变化性能要稳定。

（3）互感器平衡特性好。

  坡莫合金是国内外漏电保护器中互感器铁心的基本选用材料，它虽然有不少优点，但生产工艺复杂、价格昂贵、对应力较为敏感，在运输及装配时要轻拿轻放，避免震动。

  而非晶态材料具有很多优异的特性，是一种超高导磁材料，使用于互感器铁心，不仅能提高漏电保护器的性能，降低产品成本，而且由于非晶铁心简单，从原材料到铁心成品，可节约大量人力、物力和财力，节时、节电，经济效益显著。另外非晶态材料与坡莫合金相比，不仅直流磁导率高，而且交流磁导率也高。非晶态材料的电阻率是坡莫合金的2倍。它的硬度和强度也比坡莫合金高得多。经过长时间和高低温试验表明它还有较高的稳定性。

2、非晶合金片式电抗器

  表面安装技术是80年代发展起来的新一代安装技术，它是把分立的片式元件和集成电路组装在印刷电路或基片的表面上，不再需要元件引线及穿孔，节约工时和材料，提高了效率和可靠性，提高了安装密度，改善了电路的频率特性。平面变压器和片式电感相继产生。非晶态合金片式电抗器有两种，一种是采用集成电路加工方法制成的。由非晶态合金薄膜、绝缘薄膜和导电薄膜组成，导电薄膜用光刻法加工成导电绕组，根据导电绕组形状分为螺旋线式和平行线式两种，电感为21～1500μH，工作频率在4.4～80.6MHz，品质因素4.4～9.9；另一种是用非晶态合金线和铜线编织而成的，电感在100μH左右，工作频率500KHz～1MHz，品质因素2～9。

3、在开关电源中的应用

  开关电源中使用的磁性器件较多，常用的磁性器件有：高频功率变压器、驱动变压器、滤波阻流圈、尖峰信号限制器等，由于一个500kHz的开关电源比一个同容量100kHz的开关电源体积小2/3，所以近年来开关电源频率迅速增高，这样非晶态合金与铁氧体相比各方面性能更为合适，大有用武之地，所以在开关电源中用非晶态合金制成的磁性器件正日益增多，它将为开关电源高频化、小型化作出贡献。