磁性元件小型化——新软磁材料在电子变压器中的应用

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，现在正在努力扩展.

以100kHz，0.2T和100℃下的损耗为例，TDK公司的PC40为410mW/cm3，PC44为300mW/cm3，PC47为250mW/cm3.TOKIN公司的BH1为250mW/cm3，损耗不断在下降.国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3.

不断地提高工作频率，是另一个努力方向.TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz.FDK公司的7H20，TOKIN的B40也能在1MHz下工作.Philips公司的3F4，3F45，3F5工作频率都超过1MHz.国内金宁的JP5，天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz.东磁的DMR1.2K的工作频率甚至超越3MHz，达到5.64MHz.

磁导率是软磁铁氧体的弱项.现在国内生产的产品一般为10000左右.国外TDK公司的H5C5，Philips公司的3E9，分别达到30000和20000.

采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究，值得注意.用这种方法的试验结果表明，可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本.国内已有试验成功的报导。非晶和纳米晶合金

铁基非晶合金在频和中频领域，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Bm下，铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3%硅钢小.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)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86，与硅钢填充系数0.90~0.95相比，同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大。

3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为

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%。

4)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.国外提出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较.另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿.每瓦空载损耗折合成5~11美元，相当于人民币42~92元.每瓦负载损耗折合成0.7~1.0美元，相当于人民币6~8.3元.例如一个50Hz，5kVA单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台;空载损耗28W，按60元人民币/W计，为1680元;负载损耗110W，按8元人民币/W计，为880元;则，总的评估价为4260元/台.用铁基非晶合金磁芯，报价为2500元/台;空载损耗6W，折合成人民币360元;负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台.如果不考虑损耗，单计算报价，5kVA铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147%.如果考虑损耗，总的评估价为89%。

5)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。

6)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。

7)现行市场上，铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢的150%，是0.15mm3%取向硅钢(经过特殊处理)的40%左右。

8)铁基非晶合金退火温度比硅钢低，消耗能量小，而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生产厂制造.硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造。

根据以上比较，只要达到一定生产规模，铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中将取代部分硅钢市场.在400Hz至10kHz中频范围内，即使有新的硅钢品种出现，铁基非晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场。

值得注意的是，日本正在大力开发FeMB系非晶合金和纳米晶合金，其Bs可达1.7~1.8T，而且损耗为现有FeSiB系非晶合金的50%以下，如果用于工频电子变压器，工作磁通密度达到1.5T以上，而损耗只有硅钢工频变压器的10%~15%，将是硅钢工频变压器的更有力的竞争者

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