纳米晶合金晶粒尺寸与体积分数对高频磁损耗特性影响分析.pdfVIP

2023 年 9 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No. 18 第 38 卷第 18 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Sep. 2023 DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.221704 纳米晶合金晶粒尺寸与体积分数对高频 磁损耗特性影响分析 1 1 2 1 3 4 代岭均 邹 亮 郭凯航 张 黎 李永建 孙秋霞 （1. 山东大学电气工程学院 济南 250061 2. 国网辽宁省电力有限公司大连供电公司 大连 116001 3. 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学） 天津 300130 4. 山东泰开变压器有限公司 泰安 271000 ） 摘要 为明确纳米晶合金高频磁损耗与其微观结构的关系，基于随机各向异性理论，建立了 介观尺度下纳米晶合金的三维模型。以晶体相体积分数 V 和晶粒尺寸d 为研究参数，从介观层面 探究了微观结构的变化对高频磁损耗p v 的影响，并得出材料p v 与 V 和 d 的函数关系式。结果表 明：材料p v 会随着 V 和d 的增加而增加，且d 对于材料p v 的影响更为显著。当外部磁场频率保 持 10 kHz 不变、V 从60%增大为 80% 时，材料p v 增长率为27.11% ；相应地，d 从6 nm 增大到 15 nm 时，材料p v 增长率为51.83% 。从三者之间的函数关系式也可看出，晶粒尺寸d 和体积分数 V 都与高频磁损耗p v 正相关，但两者的指数系数却不相同，d 的指数系数大于 V 的指数系数，因 此，d 的变化对于材料p v 的影响更为显著。 关键词：纳米晶合金 晶粒尺寸 体积分数 高频磁损耗 中图分类号：TM274 [7-10] 0 引言 的中高频铁磁材料 。 近年来，国内外学者针对纳米晶合金材料的磁 随着我国远距离直流输电和储能系统并网技术 损耗及磁性能表征等开展了一系列研究工作，并 的不断发展，通过大功率电力电子器件及其控制技 取得了重要进展。高频激励条件下对于磁损耗的计 术以 实现直流 电压变换 的高频变 压器（ High 算方法主要分为工程经验公式法和损耗分离法。文 Frequency Transformer, HFT ）逐渐获得应用，并得 到了广泛的关注[1-6] 。与工频变压器相比，高频变压 献[11]采用相似元素协同取代的方法，用 P 元素替 换 Fe Nb B 合金中的 B 元素，发现元素替换后降 器具有体积小、功率密度高、负荷侧电压输出恒定 84 7 9 低了合金的晶粒尺寸，提高了 α-Fe 相的尺寸均匀性 等优势，但随着工作频率逐渐提高至 kHz ，高频复 和体积分数，使饱和磁感应强度从 1.50 T 提高到 杂磁场下的铁心损耗将大幅增加，对高频变压器用 1.57 T