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船舶软磁材料应用选择 非晶纳米晶与硅钢竞争渐趋明显

2019-08-16 13:46:49 来源:大比特商务网 作者:卞娅琪 点击:1447

【大比特导读】近年来,船舶制造业起起伏伏,对船舶电气设备的需求变动也产生较大影响。

8月14日深夜,中国船舶披露了发行股份购买资产并募集配套资金暨关联交易报告书(草案),以366亿收购中船集团核心军民船资产,引起船舶制造业上下游热议。近年来,船舶制造业起起伏伏,对船舶电气设备的需求变动也产生较大影响。

船舶
图片来源于网络

船舶电气设备,一般是指船舶中的中小型电动机及变压器、电抗器、电力电子装置等,有时也包括大型的推进电机及发电机。对于软磁性材料企业而言,这是一个较为冷门的市场,但也不得否认,船舶对于软磁材料有很高的需求。

据悉,船舶上可应用到的软磁材料就包括了硅钢、高硅钢、非晶合金、坡莫合金、纳米结晶、粉末合金等。

近年来,铁基非晶合金在工频和中频领域,与硅钢竞争明显。

而在中高频领域,非晶纳米晶合金也正在和软磁铁氧体竞争。磁性元件在大功率电力电子领域占有非常重要的地位。

纳米晶合金具有高磁感、高磁导率和低损耗的优异磁性能,介于10kHz~25kHz间。而且制备工艺简单,可以代替钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体,广泛应用于高频变压器、扼流器、传感器等领域。现在实际应用的纳米晶合金,由于Fe含量低,导致合金的饱和磁感应强度Bs很低;含有一些价格较高的元素,使其成本较高。

针对软磁材料在船舶领域的应用产生的选择难题,《磁性元件与电源》记者也于近日采访了海军工程大学高嵬教授。

高嵬副教授是IEEE PELS Member,中国电源学会青年工作委员会、无线电能传输技术专委会委员,长期从事电机与电器、电力电子与电力传动及无线电能传输技术等领域的研究,获军队科技进步一等奖1项,三等奖1项,发表学术论文40余篇。他对新型铁磁材料在船舶电气设备,尤其是电机等电气设备中的应用格外了解。

高教授谈到,对于船舶来说,软磁材料的应用并非像应用于普通的变压器等用电设备,拿来就可以用,船舶毕竟是在海上运行的,那么软磁材料在这种特殊的应用场景就需要考虑到高温、高湿、高盐这三个环境,它的环境适应性是我们要考虑的一个重点。

对于软磁新材料的应用,要辩证的看,不能盲目的去推新材料,如果盲目的推,一些没有被发现的特性在使用过程中出现问题。一旦它装到船上去,可能会引起很多的不必要的问题。他建议新材料在应用的时候,一定要事先把它的特性和应用场景都摸透,可行性环境适应性通过了之后才可以逐步的推广使用,而且不能大规模的同批次上很多。

“比如说一条船,我先用试用一年两年或者几年时间,合格没问题了,再大规模的推广”。

目前来说,新材料在电气设备领域推广非常快,不管是非晶、纳米晶,还是超薄硅钢,这种类型的软磁材料很多。高教授认为这几类都是各有优势,非晶材料在效率上有优势,超薄硅钢可能在噪声抑制上又有优势。

非晶合金与硅钢和坡莫合金相比,损耗更低(降低60%~80%)、磁导率更高。非晶变压器空载损耗只有取向硅钢变压器的1/3左右,在非线性负荷(谐波)也具有高性能。工频电网畸变为5%,铁基非晶合金损耗增加到106%,硅钢损耗增加到123%。

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。

成本略高于硅钢,从目前看非晶替代硅钢在电力电子磁性元件是一种趋势,符合节能、小轻薄、低功耗、低温升要求。铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢150%,是0.15mm3%取向硅钢40%左右。

高教授认为,如果企业重点关注噪声的防治,可能就选超薄硅钢,因为有些船舶,尤其是我们军用的船舶,它对噪声是有很严格的要求,把噪声降下来,对船的隐蔽性也是有非常重要的意义。但如果关注效率的提高,那就可考虑非晶。

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