软磁材料易被磁化但也容易退磁,其磁滞效应可近似忽略,矫顽力很低,非饱和区的磁导率很高。由式(5-21)可知,永磁饱和型FCL的限流能力取决于软磁铁心未饱和时的磁性能参数,采用性能优异、经济合理的软磁铁心材料是研制大容量FCL的关键所在。较理想的软磁材料应具有磁感应强度高、磁导率高、铁损小、塑性好、表面光滑、绝缘性好和填充系数高等特点。表5-2和图5-5给出了几种典型软磁材料的磁性能和磁化曲线比较。
表5-2 典型软磁材料的性能比较
综合表5-2和图5-5,可得到如下结论:
图5-5 典型软磁材料的磁化曲线(www.daowen.com)
1)铁硅软磁合金(硅钢片)大量应用于电力变压器等场合,尽管初始磁导率和最大磁导率不大,电阻率较小(铁耗较大),机械可延压性较差,但其经济性较好,饱和磁感应强度在各类合金中最大,居里温度非常高,尤其适于高温场合。铁硅合金是研制大容量永磁饱和型FCL的首选铁心材料。
2)镍铁合金(坡莫合金)的力学性能好(易于加工),磁导率非常高,其应用领域非常广,特别适于小型化和轻量化的场合。但它也存在含镍量高、价格昂贵、受环境影响大、生产设备和工艺复杂等不足。镍铁合金可作为研制中小容量永磁饱和型FCL的备选铁心材料。
3)以Fe-Si-B系非晶合金为代表的非晶态软磁合金,与晶态合金相比具有电阻率较高、矫顽力较小、机械强度高、韧性好、耐磨、耐腐蚀等优点,已应用于某些配电变压器中。但非晶态软磁合金也存在初始磁导率低、居里温度不高、温度稳定性较差(晶化温度为300~500℃)等不足。综合而言,非晶合金可作为大容量FCL软磁铁心的备选材料。
4)软磁铁氧体具有电阻率极高、价格非常便宜等优势,但其整体磁性能较前三种材料显著降低,且存在温度稳定性差、机械性能既硬且脆、可延展性差而难以加工等不足。软磁铁氧体常用于高频、超高频的电子领域,很难应用到高压大容量的电力场合。
总之,当对磁导率和限流比要求不太高时,可选择经济性较好的0.23~0.5mm硅钢片作为FCL的铁心材料;Fe-Si-B系非晶态软磁合金的整体磁性能较优,在研制高压大容量FCL时可作重点考虑。
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