非晶合金在電器中的應用

一、新型磁性材料棗非晶態合金

1、概述

  這種非晶合金材料是將熔融的金屬直接噴在高速旋轉的飛輪上，用每秒近100萬℃的超急冷方法，使熔化的液態合金立即凝固成薄帶。由于超急冷卻凝固，合金來不及結晶而形成非晶態合金。
  非晶合金具有鐵芯損耗小、電阻率高、頻率特性好、磁感應強度高、抗腐蝕性強等優點，引起了人們的極大重視。在漏電保護器、電感濾波器、電力配電變壓器和開關電源等方面均已得到應用。

2、非晶合金與其它軟磁性材料性能比較

  常用的軟磁性材料有熱軋硅鋼片、冷軋硅鋼片、鐵氧體、鐵鋁合金、坡莫合金和非晶合金等。它們的性能比較如表1。

表1軟磁性材料性能比較

  從表1可見非晶合金具有磁導率高、電阻率高、鐵損小等很多優點。如鐵基FeSiB鐵硅硼系列非晶態帶材厚度僅0.03mm，它的鐵心損耗僅為硅鋼片的三分之一，電阻率是硅鋼的3倍。其性能如表2。

表2

  從表2可以看出，非晶態材料在低頻時可以取代硅鋼片，在高頻時可以取代鐵氧體。由于非晶態材料厚度僅0.03mm，所以鐵心的占空系數K_c較低，約在0.4～0.7之間，用非晶態材料制成的變壓器，不但具有優良的高頻電磁性能，而且與常規產品相比，體積可縮小30%。

3、非晶合金的分類和特點

  非晶合金根據主要成分可以分成三大類：鈷基、鐵基和鐵鎳基。它們的特點和用途如表3。

表3非晶態軟磁材料的分類和特點

二、非晶合金在電器方面的應用

  近年來，隨著信息處理和電力電子技術的飛速發展，各種電器設備趨向高頻化、小型化、節能化。如在漏電保護器、電子鎮流器、逆變器和各種開關電源中由于采用了非晶態合金使它們的性能大為提高，體積大大減小。

1、非晶合金在漏電保護器中的應用

  近年來大量使用的漏電保護器中的零序電流互感器的鐵心是由軟磁材料制成的，該互感器對漏電保護器的靈敏度、可靠性、體積和成本影響很大。由軟磁材料制成的互感器作為檢測元件，其作用是當互感器初級有毫安級漏電電流或觸電電流產生的弱磁場作用時，在互感器次級產生足夠大的感應電勢，通過執行機構動作，達到保護人體及設備**的目的。允許的漏電電流的大小，即關系到漏電保護器的靈敏度，鐵心在其中起重要作用，對鐵心材料的要求主要是：

（1）在漏電電流作用下，具有高的交流磁導率。

（2）鐵心隨溫度、時間的變化性能要穩定。

（3）互感器平衡特性好。

  坡莫合金是國內外漏電保護器中互感器鐵心的基本選用材料，它雖然有不少優點，但生產工藝復雜、價格昂貴、對應力較為敏感，在運輸及裝配時要輕拿輕放，避免震動。

  而非晶態材料具有很多優異的特性，是一種超高導磁材料，使用于互感器鐵心，不僅能提高漏電保護器的性能，降低產品成本，而且由于非晶鐵心簡單，從原材料到鐵心成品，可節約大量人力、物力和財力，節時、節電，經濟效益顯著。另外非晶態材料與坡莫合金相比，不僅直流磁導率高，而且交流磁導率也高。非晶態材料的電阻率是坡莫合金的2倍。它的硬度和強度也比坡莫合金高得多。經過長時間和高低溫試驗表明它還有較高的穩定性。

2、非晶合金片式電抗器

  表面安裝技術是80年代發展起來的新一代安裝技術，它是把分立的片式元件和集成電路組裝在印刷電路或基片的表面上，不再需要元件引線及穿孔，節約工時和材料，提高了效率和可靠性，提高了安裝密度，改善了電路的頻率特性。平面變壓器和片式電感相繼產生。非晶態合金片式電抗器有兩種，一種是采用集成電路加工方法制成的。由非晶態合金薄膜、絕緣薄膜和導電薄膜組成，導電薄膜用光刻法加工成導電繞組，根據導電繞組形狀分為螺旋線式和平行線式兩種，電感為21～1500μH，工作頻率在4.4～80.6MHz，品質因素4.4～9.9；另一種是用非晶態合金線和銅線編織而成的，電感在100μH左右，工作頻率500KHz～1MHz，品質因素2～9。

3、在開關電源中的應用

  開關電源中使用的磁性器件較多，常用的磁性器件有：高頻功率變壓器、驅動變壓器、濾波阻流圈、尖峰信號限制器等，由于一個500kHz的開關電源比一個同容量100kHz的開關電源體積小2/3，所以近年來開關電源頻率迅速增高，這樣非晶態合金與鐵氧體相比各方面性能更為合適，大有用武之地，所以在開關電源中用非晶態合金制成的磁性器件正日益增多，它將為開關電源高頻化、小型化作出貢獻。