非晶合金在配電及電子變壓器中的應(yīng)用

1、非晶合金在配電及電子變壓器中的應(yīng)用1引言 自從1978年美國(guó)開(kāi)始研制非晶合金配電變壓器以來(lái),已經(jīng)26年了。1982年第一臺(tái)非晶合金配電變壓器在美國(guó)電網(wǎng)上正式運(yùn)行，1985年美國(guó)開(kāi)始批量生產(chǎn)。到現(xiàn)在，非晶合金配電變壓器的生產(chǎn)和應(yīng)用已遍及世界各地。作為一種節(jié)能型配電變壓器，在新世紀(jì)已得到國(guó)際上廣泛的認(rèn)可，生產(chǎn)和應(yīng)用正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期。 從1980年起，非晶合金在電子變壓器中開(kāi)始應(yīng)用。作為漏電開(kāi)關(guān)用的零序電流互感器、逆變焊機(jī)中的逆變變壓器、電流互感器、高頻開(kāi)關(guān)電源用開(kāi)關(guān)變壓器和電感器、抗電磁干擾濾波器等的磁心材料，已得到廣泛的應(yīng)用。 1986年我國(guó)試制成功第一臺(tái)非晶合金配電變壓器。由于種種原因，經(jīng)過(guò)

2、十七年，在我國(guó)非晶合金配電變壓器仍然沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。非晶合金在電子變壓器中的應(yīng)用也存在一些問(wèn)題。因此，本文在介紹美國(guó)、歐洲、日本、印度、東南亞的非晶合金在配電變壓器和電子變壓器中應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀和前景的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)非晶合金在配電和電子變壓器中的應(yīng)用，提出一些建議，供讀者參考。 2非晶合金在國(guó)外配電變壓器中的應(yīng)用 2.1美國(guó)非晶合金在配電變壓器中的應(yīng)用 美國(guó)的6-10KV級(jí)配電變壓器有4000多萬(wàn)臺(tái)。居民住宅多半使用單相配電變壓器，容量為10-167kVA，其中最常用的為15kVA和25kVA。商業(yè)和工業(yè)多半使用三相配電變壓器，容量為75-1600kVA，個(gè)別的達(dá)到2500kVA和5000k

3、VA。 現(xiàn)在美國(guó)有9家以上的企業(yè)采用非晶合金生產(chǎn)非晶合金配電變壓器，其中至少有3家生產(chǎn)能力超過(guò)15萬(wàn)臺(tái)。CE公司年生產(chǎn)能力超過(guò)30萬(wàn)臺(tái)，2000萬(wàn)kVA?？蛰d損耗比同容量硅鋼配電變壓器下降60%以上。例如，2500kVA三相非晶合金配電變壓器的空載損耗為845W，而2500kVA三相硅鋼配電變壓器的空載損耗為2400W。因此，非晶合金配電變壓器有顯著的節(jié)能效果。 美國(guó)政府采取一系列措施，包括“能源之星”計(jì)劃在內(nèi)，推廣非晶合金配電變壓器。同時(shí)，電力公司在采購(gòu)配電變壓器時(shí)，充分考慮到非晶合金配電變壓器的節(jié)能所取得的經(jīng)濟(jì)效益。因此，投標(biāo)時(shí)，往往是非晶合金配電變壓器中標(biāo)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2000年非晶

4、合金配電變壓器已占配電變壓器總數(shù)的20%左右，超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)。 美國(guó)配電變壓器每年更換和補(bǔ)充100多萬(wàn)臺(tái)。而且據(jù)有關(guān)資料介紹，1996年至2004年，美國(guó)變壓器銷(xiāo)售量增加7.7%。非晶合金配電變壓器在美國(guó)的生產(chǎn)和應(yīng)用有美好的前景?，F(xiàn)在，無(wú)論在非晶合金配電變壓器的生產(chǎn)和應(yīng)用上，都處在世界上的前列。 2.2歐洲非晶合金在配電變壓器中的應(yīng)用 歐洲（主要指歐盟中的西歐國(guó)家）的6-10KV級(jí)配電變壓器總臺(tái)數(shù)基本上和美國(guó)相當(dāng)，也有4000多萬(wàn)臺(tái)。近年來(lái)，出于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能的目的，大力推廣采用非晶合金的非晶合金配電變壓器，約占總臺(tái)數(shù)的5%左右。生產(chǎn)廠家有：瑞士ABB公司，生產(chǎn)單相非晶合金配電變壓器10-30

5、0kVA，10種規(guī)格；三相非晶合金配電變壓器50-100kVA，9種規(guī)格；英國(guó)CET-阿爾斯通公司生產(chǎn)三相非晶合金配電變壓器25-630kVA，10種規(guī)格；西班牙Bilbao-ABB Trofodld SA公司生產(chǎn)三相非晶合金配電變壓器100-630kVA，8種規(guī)格?？蛰d損耗比同容量硅鋼配電變壓器下降60%以上。 歐盟中的英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)及瑞典和瑞士都有大量應(yīng)用，值得注意的是東歐國(guó)家（例如波蘭、匈牙利等）近年來(lái)也有生產(chǎn)和應(yīng)用非晶合金配電變壓器的報(bào)導(dǎo)。 2.3日本非晶合金在配電變壓器的應(yīng)用 日本由于資料有限，非常重視節(jié)能型配電變壓器的生產(chǎn)和應(yīng)用。1999年日本重新修改了配電變壓器的

6、損耗標(biāo)準(zhǔn)，把以前的節(jié)能型配電變壓器改為普通型配電變壓器，而把采用磁疇細(xì)化型硅鋼和非晶合金的，損耗更低的定為新的節(jié)能型配電變壓器。預(yù)計(jì)到2010年為止，要投入新的節(jié)能型配電變壓器1000萬(wàn)臺(tái)，其中非晶合金配電變壓器要占1/3左右。因此，非晶合金配電變壓器的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，一直受到特別重視。1999年日本節(jié)能大獎(jiǎng)和2001年的日本機(jī)械工業(yè)會(huì)長(zhǎng)獎(jiǎng)都授給了新開(kāi)發(fā)的非晶合金配電變壓器。 日本生產(chǎn)非晶合金配電變壓器的有大阪變壓器廠、日立公司、東芝公司、高岳制作所、愛(ài)知電機(jī)公司等，年生產(chǎn)能力超超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)。NAMCO公司以前主要生產(chǎn)非晶合金鐵心，最近也開(kāi)始生產(chǎn)非晶合金配電變壓器。2001年試制的500kVA三相

7、非晶合金配電變壓器，原邊22KV，副邊3.3KV，空載損耗980W，負(fù)載損耗28000W，空載電流0.04%，阻抗電壓5.9%，總重量20.5t，油量4700升，噪聲58db，是目前世界上容量最大的一臺(tái)非晶合金配電變壓器。 2.4印度非晶合金在配電變壓器中的應(yīng)用 從1992年起，印度新德里非晶合金有限公司就開(kāi)始批量生產(chǎn)三相非晶合金配電變壓器，容量為25-100kVA，主要用于農(nóng)村電網(wǎng)。印度農(nóng)村電氣化公司在政府資助下，每年向農(nóng)村電網(wǎng)投入上萬(wàn)臺(tái)非晶合金配電變壓器。據(jù)報(bào)導(dǎo)，到2000年，印度已有6家非晶合金配電變壓器制造廠，年生產(chǎn)能力超過(guò)15萬(wàn)臺(tái)。生產(chǎn)的非晶合金配電變壓器容量也擴(kuò)大到500kVA以上

8、。印度農(nóng)村電網(wǎng)中非晶合金配電變壓器的擁有量已占配電變壓器總量的20。 2.5東南亞非晶合金配電變壓器的應(yīng)用 東南亞的馬來(lái)西亞、印尼、菲律賓、泰國(guó)等國(guó)和南亞的孟加拉、尼泊爾等國(guó)都積極推廣應(yīng)用非晶合金配電變壓器。有的已向電網(wǎng)投入3萬(wàn)至5萬(wàn)臺(tái)非晶合金配電變壓器，有的每年都要采購(gòu)上千臺(tái)非晶合金配電變壓器，成為非晶合金配電變壓器的一個(gè)重要應(yīng)用市場(chǎng)。例如：孟加拉國(guó)2003年10月至2004年4月招標(biāo)的農(nóng)村用單相非晶合金配電變壓器共計(jì)10960臺(tái)，其中5kVA為6500臺(tái)，10kVA為3900臺(tái)，小容量占絕大多數(shù)。 3我國(guó)非晶合金在配電變壓器中的應(yīng)用 1986年我國(guó)試制成功第一臺(tái)非晶合金配電變壓器直到199

9、8年前后，內(nèi)地才形成批量生產(chǎn)能力。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)內(nèi)地?fù)碛蟹蔷Ш辖鹋潆娮儔浩魃a(chǎn)許可證的制造廠已超過(guò)40家。但是到目前為止，年產(chǎn)量上千臺(tái)的制造廠，只有不到4家。投入電網(wǎng)運(yùn)行的，還不到2萬(wàn)臺(tái)。即使與我國(guó)臺(tái)灣相比，也存在很大差距。更不用說(shuō)與美國(guó)、歐洲、日本、印度相比了。據(jù)報(bào)導(dǎo)，我國(guó)臺(tái)灣省年生產(chǎn)能力超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)的非晶合金配電變壓器制造廠已有4家。到2000年投入電網(wǎng)運(yùn)行的非晶合金配電變壓器已超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)。 我國(guó)內(nèi)地非晶合金在配電變壓器中應(yīng)用遲遲推廣不開(kāi)的原因是多方面的。從技術(shù)方面看，1996年前后進(jìn)行的聯(lián)合設(shè)計(jì)和試制，形成了從30kVA到1600kVA的三相非晶合金配電變壓器系列?，F(xiàn)在我國(guó)內(nèi)地40多

10、家非晶合金配電變壓器廠絕大多數(shù)采用這種技術(shù)。由于建立在國(guó)外非晶合金帶材和鐵心基礎(chǔ)上，這種技術(shù)存在先天不足之處。首先，必須采用國(guó)外非晶合金帶材和鐵心，鐵心的供應(yīng)量和價(jià)格受制于人，供應(yīng)量不足，使非晶合金配電變壓器生產(chǎn)總量受限制。鐵心價(jià)格高于國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格，從而造成非晶合金變壓器出廠價(jià)格居高不下。其次，這種技術(shù)基本上是從國(guó)外技術(shù)嫁接來(lái)的，沒(méi)有考慮本國(guó)國(guó)情對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。例如作為技術(shù)指標(biāo)之一的阻抗電壓，完全照抄硅鋼配電變壓器的數(shù)據(jù)，而不考慮非晶合金配電變壓器又矮又胖(受鐵心限制)的特點(diǎn)進(jìn)行修正，加大了制造成本。因此生產(chǎn)的非晶合金配電變壓器不能為我國(guó)內(nèi)地市場(chǎng)完全接受而形成批量生產(chǎn)能力。 針對(duì)

11、技術(shù)上存在的問(wèn)題，廣州市思翔電磁技術(shù)有限公司結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)出既能用國(guó)外非晶合金鐵心，又能用國(guó)內(nèi)非晶合金鐵心，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)適用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的新型單相和三相非晶合金配電變壓器，鐵心供應(yīng)量和價(jià)格上不再受單方面限制。國(guó)內(nèi)非晶合金帶材經(jīng)過(guò)多年努力，生產(chǎn)能力已超過(guò)上千噸，鐵心生產(chǎn)能力正在逐步擴(kuò)大，不久可以超過(guò)1000噸。因此，經(jīng)過(guò)努力，近兩三年內(nèi)可形成使用上千噸非晶合金鐵心的非晶合金配電變壓器生產(chǎn)能力。 為了加快我國(guó)非晶合金在配電變壓器中的應(yīng)用，下面提出幾點(diǎn)建議： (1)我國(guó)內(nèi)地，隨著城鄉(xiāng)人民生活水平的提高，家用電器使用日益增多，2002年夏季形成用電量達(dá)到歷史最高水平的城市不下十幾個(gè)，2003年同

12、樣出現(xiàn)這種情況。解決這種用電需求逐步增加的辦法，一個(gè)是新建電廠，增加供電量；一個(gè)是采用節(jié)能措施，減少損耗。采用損耗比較低的非晶合金配電變壓器是一個(gè)有效措施。建議國(guó)家盡快制訂“配電變壓器能效及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則”，有利于供電的電力公司和用戶(hù)根據(jù)損耗最低的要求，積極選用節(jié)能型的非晶合金配電變壓器。 (2)建議國(guó)家像美國(guó)和印度那樣。采取適當(dāng)措施，例如對(duì)國(guó)產(chǎn)非晶合金鐵心進(jìn)行補(bǔ)貼或者降低增值稅等等，既推廣應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)非晶合金材料，又降低采用國(guó)產(chǎn)非晶合金鐵心的非晶合金配電變壓器的制造成本，早日形成完全國(guó)產(chǎn)化的非晶合金配電變壓器批量生產(chǎn)能力和應(yīng)用市場(chǎng)。 (3)隨著西部大開(kāi)發(fā)的建設(shè)力度加大，西部將出現(xiàn)一批批新建廠

13、和住宅區(qū)，建議國(guó)家采取措施，鼓勵(lì)這些用戶(hù)采購(gòu)非晶合金配電變壓器，從而使西部新建的配電網(wǎng)一步到位為線(xiàn)損和變損都較低的節(jié)能型配電網(wǎng)，不必以后再進(jìn)行改造。 (4)國(guó)外城鄉(xiāng)電網(wǎng)大量使用5、10、15、25kVA單相非晶合金配電變壓器。小容量單相非晶合金配電變壓器的價(jià)格低，例如5kVA單相非晶合金配電變壓器的價(jià)格每臺(tái)為25003000元人民幣(約300350美元)，容易為用戶(hù)所接受。據(jù)估計(jì)國(guó)外小容量單相非晶合金配電變壓器約占非晶合金配電變壓器總臺(tái)數(shù)的80以上，我國(guó)在10kVA配電網(wǎng)中應(yīng)大力推廣單相三線(xiàn)制代替三相四線(xiàn)制，促進(jìn)單相非晶合金配電變壓器的應(yīng)用，從面降低配電網(wǎng)的線(xiàn)損和變損。 4非晶合金在國(guó)內(nèi)外電子

14、變壓器中的應(yīng)用 國(guó)外把非晶合金應(yīng)用在電子變壓器中比用在配電變壓器中要晚一些。國(guó)內(nèi)、日本、歐洲和美國(guó)都有一些公司開(kāi)展這方面的工作，主要應(yīng)用的電子變壓器有電流互感器、逆變焊機(jī)的逆變變壓器、高頻開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)變壓器和電感器、抗電磁干擾濾波器和家用電器中的一些變壓器和電感器等。國(guó)內(nèi)除以上幾種電子變壓器外，還大量將非晶合金用于漏電開(kāi)關(guān)用的零序電流互感器。 4.1電流互感器 20世紀(jì)90年代初美國(guó)和意大利相繼用鐵基非晶合金制成電流互感器，精度達(dá)到0.2級(jí)。估計(jì)已投入批量生產(chǎn)。我國(guó)也把非晶合金磁心用于電流互感器，但不是鐵基非晶合金，而是鐵基納米晶合金，現(xiàn)在用于電流互感器的鐵基納米晶合金磁心的產(chǎn)值相當(dāng)可觀，

15、可能居于非晶合金類(lèi)產(chǎn)品的第一、二位。國(guó)內(nèi)也有人試用過(guò)鐵基非晶合金用于電流互感器，到目前為止，結(jié)果并不滿(mǎn)意。如果用鐵基非晶合金代替鐵基納米晶合金制造電流互感器，磁心成本可降低三分之一以上。 4.2零序電流互感器 漏電開(kāi)關(guān)用零序電流互感器用非晶合金磁心，在我國(guó)正在大量生產(chǎn)。雖然產(chǎn)量大，由于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，總產(chǎn)值并不高。還存在一致性和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。因此高檔漏電開(kāi)關(guān)用零序電流互感器不用非晶合金磁心，仍用高磁導(dǎo)坡莫合金磁心。如何從配料和工藝流程上控制零序電流互感器用的非晶磁心的一致性和穩(wěn)定性是需要解決的問(wèn)題，現(xiàn)在，已有一些低Ni高磁導(dǎo)坡莫合金開(kāi)發(fā)出來(lái)，使這個(gè)問(wèn)題更顯得十分迫切。 4.3逆變焊機(jī)中的逆變變壓器

16、 美國(guó)、歐洲已經(jīng)把非晶合金大量用于逆變焊機(jī)中的逆變變壓器，從而使焊機(jī)的體積和重量大大降低，成為便攜式逆變焊機(jī)。方便在造船工業(yè)和建筑業(yè)中使用，同時(shí)效率有明顯提高，國(guó)內(nèi)也有公司大量生產(chǎn)，而且開(kāi)發(fā)出甲殼蟲(chóng)式線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，有所創(chuàng)新。如果能進(jìn)一步降低非晶合金損耗，可以比較容易解決散熱問(wèn)題，降低成本，更有利于推廣。 4.4大功率高頻電源變壓器和電感器 10kW以上的大功率高頻電源，工作頻率一般為20-40kHz，非晶合金磁心有可能和軟磁鐵氧體磁心競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)外已有用非晶合金磁心制成的高頻開(kāi)關(guān)電鍍電源，效率比晶閘管電鍍電源高，有明顯的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的電力操作和蓄電池充電電源也可以考慮采用非晶合金磁心制作變壓

17、器和電感器。由于各個(gè)批量之間一致性不好，價(jià)格較高?，F(xiàn)在與軟磁鐵氧體的競(jìng)爭(zhēng)中，性能價(jià)格比并不占優(yōu)勢(shì)，需要進(jìn)一步降低價(jià)格和提高性能。 4.5大功率UPS中的變壓器和電感器 50kVA以上大功率UPS中的變壓器、直流濾波電感器和功率因數(shù)校正電感器采用非晶合金磁心，比采用硅鋼磁心可提高效率，比采用軟磁鐵氧體磁心可縮小體積，國(guó)外已有成功的例子，尤其是直流濾波電感器用磁心，采用恒磁導(dǎo)的非晶合金磁心或粉心，是比較好的方案之一。50kVA以上大功率UPS中的整流變壓器采用非晶合代替硅鋼，可以降低鐵損，減少待機(jī)損耗，有明顯的節(jié)能效益。 4.6小功率高頻電源中的磁放大器 計(jì)算機(jī)電源一般為多路輸出電源，工作頻率正逐漸提高到100kHz，大量采用磁放大器（飽和電感器）作為輸出控制。國(guó)外已生產(chǎn)18m以下厚度的鈷基非晶合金帶材，可以用到1MHz，甚至5MHz的高頻電源。國(guó)內(nèi)如果不解決18m下厚度的鈷基非晶合金的批量生產(chǎn)，就無(wú)法與已進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的外國(guó)公司競(jìng)爭(zhēng)。 4.7抗電磁干擾濾波器 用鐵基納米晶合金磁心組成的共模濾波器性能價(jià)格比優(yōu)于軟磁鐵氧體，已成為日本日立公司的一種批量產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的共模濾波器和組合的抗電磁干擾濾波器。特別是現(xiàn)在強(qiáng)制執(zhí)行產(chǎn)品電磁兼容論證，抗電磁干擾濾波器的市場(chǎng)前景看好。 4.8家用電器中的變壓器和電感器 家用電器的變壓器和電感器數(shù)量大，是