變壓器材料前沿技術突破——日本FDK錳鋅(Mn-Zn)類鐵氧體「6H60T」

2021-01-16 國際金屬在線

導讀：變壓器是整個電網中最重要的電力設備，本身效率非常的高，但是由於容量大、數量多的原因導致變壓器的損耗也非常的高，變壓器的損耗主要來源於變壓器中的鐵芯的鐵損和繞組的銅損，據統計全國變壓器的總損耗大概佔系統發電量的百分之十左右，損耗每降低百分之一每年可以節約上百億的電量，所以採用低損耗的的鐵磁材料能夠降低變壓器的空載損耗，利用低損耗鐵芯材料的節能變電器是整個電力行業的發展方向。


目前，日本FDK公司2016年4月11日宣布開發出了錳鋅（Mn-Zn）類鐵氧體的新材料「6H60T」。可用於工業設備用大功率電源變壓器等。


圖：6H60T UU79/129A


日本FDK公司利用自主開發的「鐵氧體材料技術」，開發出的「6H60T」鐵芯材料損耗比原產品「6H60」降低15％（使用環境：140℃）。該公司還能採用6H60T材料以行業標準鐵芯形狀「UU79/129A」進行生產。


 

Ca是「6H60T」材料中添加的一種重要的化學元素，Ca元素在提高材料的抗性的同時又能降低使用過程中的渦流損耗。但如果Ca溶解到鐵氧體晶體結構中時，這會降低材料的磁性，並增加磁損耗。通過在晶界沉澱高濃度的Ca，可以減少渦流損耗和磁損耗。



圖：Ca元素材料中的分布圖


為了在正常溫度範圍和高溫範圍內都能實現最小的損耗，降低磁各向異性受溫度的影響是很有必要的。通過添加化學元素和優化組合，我們降低了磁各向異性受溫度的影響性，並能在一個大的溫差變化範圍內降低磁損耗。

圖：鐵氧體晶體的各向異性



下圖電力損耗對比中，我們可以看出新材料"6H60T"比之前的「6H60」型號，在同等條件下，損耗降低了11kW/m2。（對比條件：10kHz, 300mT, 140℃）




Ferritecore用於高頻變壓器它是一種帶有尖晶石結晶狀結構的陶磁體，此種尖晶石為氧化鐵和其它二價的金屬化合物.如kFe2O4(k代表其它金屬)，目前常使用的金屬有錳(Mn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鎂(Mg)、銅(Cu).



其常用組合如錳鋅(MnZn)系列、鎳鋅(NiZn)系列及鎂鋅(MgZn)系列.此種材具有高導磁率和阻抗性的物性，其使用頻率範圍由1kHz到超過200kHz.



矽鋼片用於低頻變壓器,其種類很多,根據矽鋼片的形狀不同可分為EI（殼型、日型）、UI、口型和C型




圖：幾種常見的矽鋼片形狀


E型矽鋼片又稱殼型或日型矽鋼片，它的主要優點是初、次級線圈共同一個線架，有較高的窗口佔空係數(佔空係數Km:銅線淨截面積和窗口面積比);矽鋼片對繞組形成保護外殼，使繞組不易受到機械傷損傷;同時矽鋼片散熱面積較大，變壓器磁場發散較少.但是它的初次級漏感較大，外來磁場幹擾也較大，此外，由於繞組平均周長較長，在同樣圈數和鐵芯截面積條件下，EI型鐵芯的變壓器所用的銅線較多。


C型鐵芯性能優異所製作之變壓器體積小、重量輕、效率高，裝配的角度來看，C型矽鋼片零件很少，通用性強，因此生產效率高，但是C型矽鋼片加工工序較多，作較複雜，需用專用設備製造，因而目前成本還較高。


口型矽鋼片常在功率較大的變壓器中使用，它絕緣性能好，易於散熱，同時磁路短，主要用於功率大於500~1000W和大功率變壓器。由兩個C型矽鋼片組成一套矽鋼片稱為CD型矽鋼片，用CD型矽鋼片製作的電源變壓器在截面積相同的條件下，窗口愈越高。


整體磁芯分為三種類型，即環形磁芯（T CORE）、棒狀鐵芯（R CORE）和鼓形鐵芯（DR CORE）



圖：三種整體磁芯外形


拓展視頻：

視頻：變壓器晶片類型



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