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变压器主体的主要材料包括磁路材料、电路材料、绝缘材料、结构材料等,其具体材料用途和类别有:
1.硅钢片
在变压器中,对硅钢性能的要求主要是:
①铁损低,这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号,铁损愈低,牌号愈高。
②较强磁场下磁感应强度(磁感)高,这使电机和变压器的铁心体积与重量减小,节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。
③表面光滑、平整和厚度均匀,可以提高铁心的填充系数。
④冲片性好,易于加工。
⑤表面绝缘膜的附着性和焊接性良好,能防蚀和改善冲片性。
⑥基本无磁时效。
硅钢片的分类及牌号定义
变压器通常采用冷轧取向硅钢片,以确保其空载的能效水平。冷轧取向硅钢片按照性能和加工方式,又可分为普通冷轧取向硅钢片、高导磁硅钢片(或高磁感硅钢片)、激光刻痕硅钢片。通常,将50Hz,800A交变磁场(峰值)下,铁心所达到的最小磁极化强度B800A=1.78T~1.85T的硅钢片称为普通硅钢片,记为“CGO”,而B800A=1.85T以上的硅钢片记为高导磁硅钢片(高磁感硅钢片),记为“Hi-B钢”,Hi-B钢其与常规硅钢片的主要区别在于:Hi-B钢的高斯方位织构度非常高,即在易磁化方向上的硅钢晶粒排列位向整齐度非常高,工业上采用二次再结晶过程制造含硅量为3%的硅钢片,Hi-B钢的晶粒位向与轧制方向的平均偏差为3°,而普通硅钢片为7°,从而使得Hi-B钢有更高的磁导率,通常其B800A可达到1.88T以上,提高了高斯方位织构度以及磁导率可降低铁损。Hi-B钢的另一个特点是钢片表面附有的玻璃膜和绝缘涂层的弹性张力为3~5N/mm2,较普通取向硅钢片的1~2N/mm2更优,钢带表面的高张力层可减少磁畴宽度,减少异常涡流损耗。故Hi-B钢比常规取向硅钢片具有更低的铁损值。
激光刻痕硅钢片则是在Hi-B钢的基础上,通过激光束照射技术,使其表面产生微小的应变,进一步磁轴细化,实现更低的铁损。激光刻痕硅钢片不能进行退火处理,因为提高温度,则激光处理效果便会消失。
不同牌号的硅钢片其物理特性基本相当,密度基本都是7.65g/cm3。对于同种类硅钢片而言,其性能质量主要区别还是在硅的含量以及生产过程的工艺影响。
2.非晶合金铁心
非晶合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料,它采用国际先进的超急冷技术将液态金属以106℃/S冷却速度直接冷却形成厚度0.02~0.03mm的固体薄带,在它还没来得及结晶时就已经固化。该合金材料与玻璃类似呈不规则原子排列,没有金属表征的晶体结构,它的基础元素为铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等。其材料具有以下优点:
a)非晶合金材料不存在晶体结构,是一种各向同性的软磁材料;磁化功率小,具有良好的温度稳定性。由于非晶合金为无取向材料,故可以采用直接缝,使制造铁心的工艺比较简单;
b)不存在阻碍磁畴移动的结构缺陷,磁滞损耗要比硅钢片小;
c)带材的厚度极薄,只有0.02~0.03㎜,是硅钢片的1/10左右。
d)电阻率高,约为取向硅钢片的3倍;非晶合金材料的涡流损耗大大降低,因此单位损耗约为取向硅钢片的20%~30%;
e)退火温度低,约为取向硅钢片的1/2;非晶合金铁心空载性能优越,采用非晶合金铁心制造的变压器其空载损耗较常规变压器下降70~80%,空载电流下降50%以上,节能效果突出,目前电网公司在国家节能减排降低网络线损的目的下,国家电网和南方电网从2012年开始均大力提高了非晶合金变压器的采购比例,目前基本上非晶合金配变采购占比已达50%以上。
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