非晶合金是通过超高速冷却凝固而形成的,当合金凝固时,原子不能有序排列形成晶体,因此在长期无序的结构中没有晶体合金晶粒和晶界。其耐腐蚀、小型化和其他许多独特的性质,特别是在软磁性能有一个独特的优势,如高饱和磁感应强度(1.54 t)渗透率、磁电流和缺铁和其他属性比其他软磁性材料,可用于制造现代高科技设备或产品的磁性元件的关键。
光伏发电在“新基础设施”建设中,5G基站、光伏逆变器、轨道交通变压器、新能源汽车及充电桩、大数据中心变电站、超高压控制柜等关键配套设备或部件对相关制造材料要求较高。基于技术考虑,结合相关技术人员的设计需求,非晶合金在许多关键配套设备中具有巨大的潜力。
首先,非晶磁粉材料在5G基站建设中的应用前景非常广阔。5G的高传输速度和大覆盖特性要求5G关键电感具有大的备用容量范围、体积超小、额定电压高、高频特性好等特点。5G基站功率放大器需要实现更大的输出功率和更高的工作频率;在介质滤波器和声表面滤波器方面,随着频率和精度要求的提高,相关配套5G基站的设备设计将转向新设备。此外,5G基站的建设也增加了对无源器件的需求,这些电感、功率放大器、非晶材料制成的介质滤波器可以很好的满足5G基站建设的要求。
第二,光伏产业的快速发展需要非晶材料的器件。目前,光伏逆变器的转换效率达到97%~99%。MPPT控制器(最大功率点跟踪太阳能控制器)的最高效率为98%~99.9%。每单位的最大功率约为2.5兆瓦;目前,该电路的拓扑结构主要为2级,少数为3级。冷却方式主要为空气冷却,少量为自冷和液体冷却。功率器件主要有IGBT(绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。当前电压水平在1000伏特以内。
然而,随着电力电子技术的发展,开关频率将逐步提高,3电平将取代传统的2电平,这就需要使用非晶铁芯来实现。从而充分体现非晶磁芯在大功率光伏逆变器中的应用优势。
由于其特殊的结构和优异的综合软磁性能,非晶态和nanocrystallite材料特别适用于制造各种类型的中高频变压器、高性能电感器和过滤器,电磁测量和高精度传感器、高性能电磁屏蔽和吸收材料等。电动汽车的电动驱动系统、电动控制系统、充电系统和充电桩都需要使用磁性装置。目前,非晶和纳米晶合金是最理想的软磁材料。特斯拉Modle 3自行车使用了大约9200个无定形等电感,而Modle S和Modle X自行车使用了超过10000个无定形等电感。
最后,非晶合金变压器也应用于大数据中心的建设。大数据中心可以为经济的高质量发展提供坚实的“数字基础”。绿色、节能、环保的新一代数据中心是时代的呼唤。数据显示,机房用电占IDC总成本的一半。与普通干式变压器的相关技术参数相比,非晶合金变压器的空载损耗可降低65%~70%。目前,已有多家企业开始使用非晶合金变压器代替原有的干式变压器,如山西阳泉百度建立的数据中心,京东建立的第一个自建数据中心。
我国的非晶合金产业起步较晚,但发展迅速,已成为世界上最大的工业基地。据中国电器工业协会非晶合金材料应用分会大数据中心统计,截至2019年底,全国共有宽带配电企业11家,设计容量35万吨。现有240家纳米晶企业,设计能力4.6万吨。有6家无定形粉末企业;有11家大宗非晶企业;其他母合金等配套企业23家,基本实现了非晶合金产业全覆盖。
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